Многостанционный доступ

Многостанционный доступ (МД) позволяет реализовать одну из особенностей спутниковой связи — возможность работы всех ЗС, расположенных в зоне обслуживания, через один ИСЗ. Причем КС может иметь одну приемопередающую антенну для работы со всеми ЗС.

Рис.5.3

Каналы связи, организованные через ИСЗ между земными станциями разделены на две группы:

- постоянные (закрепленные) каналы, для связи только между определенными земными станциями;

- непостоянные (незакрепленные) каналы, временно организуемые между различными станциями.

Системы, с незакрепленными каналами являются более эффективными, однако они имеют и недостатки: - требуется дополнительно время для установления связи,

- возможен отказ в установлении немедленного соединения системы.

При любом виде каналов связи (закрепленных или незакрепленных) могут быть созданы:

- многоадресные,

- одноадресные,

- смешанные сообщения и стволы.

При многоадресном построении групповых сообщений каждая земная станция излучает один ствол, в котором передается групповое сообщение, предназначенное для приема всеми земными станциями. Стволы, излученные всеми ЗС, пройдя через бортовой ретранслятор, принимаются на каждой ЗС. После демодуляции из каждого ствола выделяются те части групповых сообщений, которые предназначаются только для данной ЗС. Приемная аппаратура получается сложнее передающей.

При одноадресном построении для каждой ЗС формируется свое групповое сообщение и свой ВЧ ствол, в котором каждая передающая станция занимает соответствующее число каналов. В этом случае на каждой станции необходимо принять и демодулировать только один ствол, предназначенный для этой станции. Передающая аппаратура получается сложнее приемной.

При смешанном построении стволов на каждой земной станции осуществляется многоадресное формирование стволов, а на ретрансляторе производится переход от многоадресного к одноадресному построению стволов, то есть осуществляется перегруппировка каналов. Таким образом, при смешанном построении стволов получается упрощение как приемного, так и передающего оборудования земных станций, но усложняется аппаратура ретранслятора.

Существует три основных метода разделения общего канала связи:

- по частоте (ЧР),

- во времени (ВР),

- посредством сигналов различающихся по форме (кодовое разделение каналов).

Рис.5.4. Многостанционный доступ с разделением по частоте (а) и по времени (б)

При МДЧР полосу частот ретранслятора разделяют между всеми ЗС (рис 5.4). Полосыотделены друг от друга защитными частотными интервалами (необходимы, чтобы уменьшить переходные помехи между сигналами соседних ЗС, возникающие при одновременном прохождении сигналов).

Недостатки МДЧР:

- снижение эффективности использования полосы и мощности ретранслятора КС;

- необходимость поддержания одинаковых уровней мощности всех принимаемых сигналов на КС с точностью не хуже 0,5 дБ (когда сигналы с разными уровнями одновременно проходят через нелинейные устройства ретранслятора, то происходит подавление слабого сигнала сильным; приходиться автоматически регулировать выходную мощность передатчика ЗС).

В отечественной аппаратуре “ Градиент Н ” используется МДЧР, при котором каждое телефонное сообщение передается на отдельной несущей путем ЧМ. Число несущих частот в стволе составляет 200, разнос между соседними несущими равен 160 кГц. В аппаратуре “Группа” число несущих составляет 24; разнос между ними 1.35 МГц. Частотная модуляция в этом варианте аппаратуры осуществляется стандартной 12-канальной группой (спектр 12-60 кГц). Число передаваемых телефонных сообщений составляет 24·12 = 288.

В системах с МДВР работа ЗС через ретранслятор осуществляется поочередно. Поэтому все станции могут работать на одной несущей частоте и должны иметь общую систему синхронизации, обеспечивающую строго поочередные включения и выключения передатчиков.

В течение интервалов времени τ, которые называются кадрами станций, каждая станция излучает колебания несущей частоты, модулированные сообщением, поступающем от аппаратуры разделения; через τ₃ обозначен защитный интервал времени, предотвращающий одновременное включение двух наземных станций, а через Т_ц - цикл передачи. Описанный вариант относится к случаю синхронной работы наземных станций. Система синхронизации осуществляется по пилот-тону.

Обычно системы с МДВР работают с геостационарными ИСЗ, поскольку осуществить синхронизацию при использовании подвижных ИСЗ сложно.

Системы с МДВР по сравнению с МДЧР обладают рядом преимуществ:

1) импульсная мощность передающего устройства данной станции не зависит от условий работы других станций и не требует регулировок, так как взаимное подавление сигналов отсутствует;

2) все земные передающие станции могут работать на одной несущей частоте, а приемные – на другой, что упрощает построение станций;

К недостаткам систем с МДВР можно отнести сложность системы синхронизации станций и возникновение помех при нарушении синхронизации работы хотя бы одной станции.

Рассмотрим структурную схему дуплексной связи между ЗС, размещенными в точках а и б при активной ретрансляции сигнала (рисунок 9.3). Здесь сообщение С₁ подводится к модулятору М станции ЗС_а, в результате чего осуществляется модуляция колебаний с несущей частотой f₁. Эти колебания от передатчика П подводятся к антенне А_а1 и излучаются в сторону ИСЗ, где принимаются бортовой антенной А ретранслятора. Затем колебания с частотой f₁ поступают на разделительный фильтр (РФ), усиливаются приемником Пр₁, преобразуются к частоте f₂, и поступают к передатчику П₁. С выхода передатчика колебания с частотой f₂ через РФ подводятся к бортовой антенне А и излучаются в сторону Земли. Эти колебания принимаются антенной А_б2 станцией ЗС_б, подводятся к приемнику (Пр) и детектору (Дет), на выходе которого выделяется сообщение С₁. Передача от ЗС_б к станции ЗС_а сообщения С₂ происходит по частоте f₃ аналогичным образом, причем на бортовом ретрансляторе осуществляется преобразование колебаний с несущей частотой f₃ в колебания с частотой f₄.

Рисунок 9.3 – Структурная схема радиосвязи через ИСЗ

5.3. Космические станции

Космическая станция содержит ретранслятор и системы обеспечения: источники энергоснабжения, системы ориентации антенн (на Землю) и солнечных батарей (на Солнце), системы коррекции положения ИСЗ на орбите.

Аппаратура КС должна иметь минимальную массу и габариты, высокую надежность и потреблять малую мощность. Ретрансляторы КС многоствольные. Они состоят из приемопередающей аппаратуры и антенн. Структурные схемы стволов ретранслятора подобны применяемым на ПРС РРЛ.

В зависимости от схемы ствола различают ретрансляторы:

- гетеродинного типа,

- с одним преобразованием частоты,

- с обработкой сигнала на борту.

Выходная мощность достигает 200...300 Вт. (ретранслятор на спутнике “Экран”), принято “холодное” резервирование всех блоков. По команде с Земли выбирают рабочий комплект. Одновременно на него начинает поступать питающее напряжение

Современные многоствольные ретрансляторы выполняют так, чтобы получить максимальную пропускную способность. В полосе 500 МГц, отводимой на один ИСЗ, можно разместить спектры сигналов 12 стволов. Обычно полоса ствола — 36 МГц, а ЗЧИ между стволами — 4 МГц. Увеличение емкости ретрансляторов получают за счет поляризации. Для всех нечетных стволов берут вертикальную поляризацию (ВП), а для четных - горизонтальную (ГП). Срок службы спутников связи вырос с 1,5 лет до 10 лет.

К основным характеристикам ретранслятора системы связи “ Молния-1 ” относятся:

- диапазон частот - 800…1000 МГц;

- ширина диаграммы направленности бортовой антенны - 22º;

- мощность бортовых передатчиков - 40 Вт (телевизионный сигнал), - 14 Вт (телефонные разговоры).

ИСЗ “ Молния-2 ” с модернизированным ретранслятором (передатчики работают в диапазоне 4 ГГц).

Спутники размещаются в трёх зонах:

- геостационарные спутники - на высоте 35786 км;

- средневысотные спутники - от 5000 до 15000 километров, для покрытия всей земной поверхности спутников требуется около 10 (в системе GPS);

- низкоорбитальные спутники, которых для покрытия связью всей Земли нужно не менее пятидесяти.

5.4. З емные станции

Приемопередающую аппаратуру ЗС выполняют примерно по таким же схемам, что и аппаратуру РРЛ

(частотная или фазовая модуляция). Антенны ЗС имеют узкую диаграмму направленности. Луч антенны должен быть точно наведен на ИСЗ и перемещаться при движении спутника. Поэтому антенны ЗС имеют поворотные устройства. При работе с геостационарным ИСЗ луч антенны можно перемещать путем качания облучателя ( ЗС “ Москва ”). При работе с ИСЗ типа “ Молния ” луч антенны нужно перемещать в пределах угла b - (180°-b). Слежение за спутником ведет система автосопровождения, входящая в состав ЗС.

Земные станции подразделяют на:

- передающие,

- приемные,

- приемопередающие (дуплексной телефонной связи и обмен ТВ программами).

Приемопередающие ЗС обычно являются многоствольными.

Передающая часть аппаратуры «Градиент» работает в полосе частот 5975…6225 МГц и устанавливается на каждый ствол земной станции (ЗС). Осуществляется частотная модуляция колебаний (мощность 3 Вт). Последующее усиление (до 3-10 кВт) осуществляется в мощных усилителях на клистронах.

Приемное устройство “ Орбита-2 ” рассчитанно для работы в полосе частот 3400…3900 МГц.

Антенные системы используются с усилением 50…60 дБ и малыми боковыми лепестками - рупорно-параболические и параболические антенны с переизлучателем (антенны Кассегрена).

Антенная система должна обеспечивать непрерывное слежение за движением ИСЗ. Это необходимо даже при использовании геостационарных ИСЗ, так как из-за неточностей выведения на орбиту они имеют некоторое перемещение и требуют коррекции движения.

К основным характеристикам современных ССС относятся:

1.Обслуживаемая территория спутниковых систем.

По обслуживаемой территории спутниковые системы делятся на глобальные, обслуживающие всю земную поверхность, включая и акваторию Мирового океана, и региональные (зональные), обслуживающие часть земной поверхности или отдельные ее части.

Обслуживаемая территория определяется, прежде всего видом космической группировки, высотой и наклоном орбит, количеством космических аппаратов в группировке и ее структурой, а также характеристикой применяемых бортовых антенн.

Для глобальной связи применяют космические группировки на средних или низких круговых орбитах. Для региональной связи удобны космические группировки на высокоэллиптических орбитах.

2. Пропускная способность спутниковой системы.

Чем выше пропускная способность системы, тем большее количество абонентов она в состоянии обслужить. Однако важна не только общая пропускная способность, но и возможность ее перераспределения внутри зоны радиовидимости КА, сосредоточения большей ее части в ограниченных регионах с большим количеством пользователей.

Дата добавления: 2013-12-13