Конспект лекций по курсу: «Основы построения Земных станций и бортовых ретрансляторов». Часть 4: "Спутниковый транспондер (бортовой ретранслятор)" (Обработка сигналов в спутниковой системе связи), страница 2

Важно отметить требование стабильности бортового гетеродина, которая важна при преобразовании (сдвиге) частоты и фазы. Отклонения частоты гетеродина порождают девиацию частоты несущей в канале линии связи вниз. Вариации фазы гетеродина, такие как, например, вариации фазового шума передаются непосредственно на сдвинутую частоту несущей и оказывают влияние на точность всей спутниковой системы связи. Поэтому в спутниковых транспондерах для преобразования частоты требуются высокостабильные генераторы – гетеродины.

Для обеспечения стабильности по частоте в спутниковом гетеродине обычно используют специальные высокостабильные несущие колебания, которые передают с управляющей Земной станции на спутник на фиксированной частоте, величина которой находится вне спектра модулированного колебания. В результате этого частота и фаза гетеродина транспондера удерживается (захватывается) с помощью высокостабильной несущей. После идеального захвата фазы частота смесителя транспондера используется для передачи сигнала на Земную станцию. Стабильность частоты передаваемого сигнала может регулироваться с Земной станции. Если захват отличается от идеального, то колебания бортового гетеродина будут содержать фазовые шумовые компоненты, которые передаются на Земную станцию.

Преобразование ВЧ-ПЧ-ВЧ

При двойном преобразовании частоты используют промежуточную частоту (ПЧ). Для этой цели применяют два смесителя, которыми управляет один гетеродин, как это показано на рис. 4.12b. Сигнал с частотой гетеродина одновременно умножают на сигналы с частотами, которые необходимо преобразовать. Вначале выполняют преобразование на ПЧ, а затем – обратно на ВЧ. Для анализа преобразования частоты удобно воспользоваться моделью, приведенной на рис. 4.13а и рис. 4.13b. Мы полагаем, что преобразования частоты f₀ к требуемой частоте выполнены с помощью частотного перемножения, которое одновременно умножает (или делит) на один и тот же коэффициент частоту и фазу гетеродина. Из рис. 4.13b следует, что если сигнал на входе преобразователя частоты задан в виде (4.4.2), то ВЧ сигнал после двойного преобразования равен

 (4.4.7)

где  – требуемая частота ВЧ несущей, направляемой в канал связи вниз. Шум  имеет ВЧ входной спектр, полученный в результате полосовой фильтрации на ПЧ и сдвинутый к частоте ω_3. В спектральном уровне следует учесть амплитудный масштабный коэффициент, равный . Так же как и в выше рассмотренном способе преобразования ВЧ-ВЧ последовательность процедур смешения колебаний идеально сохраняет отношение сигнал/шум. Отметим, что фаза в выражении (4.4.7) примет вид . Таким образом, фаза местного гетеродина Φ₀ должна быть умножена на разностную частоту преобразования, нормированную на частоту местного гетеродина.

ВЧ ремодуляция

Обработка сигналов на бортовом ретрансляторе с использованием ремодуляции на ПЧ представлена на рис. 4.12с. Колебание, поступившее из линии связи вверх, преобразуют на ПЧ и этот сигнал на ПЧ модулируют для последующей передачи в линию вниз. Так как полоса частот, занимаемая на ПЧ, должна быть помещена в частотную полосу ВЧ колебания, данный способ преобразования может быть применен при условии, что полоса на ПЧ, соответствующая линии вверх намного меньше по сравнению с частотной полосой, соответствующей линии вниз.

Для анализа процедур обработки сигналов обратимся к выражению (4.4.2), в котором содержится член, описывающий фазовую модуляцию θ(t) = Δ_um(t). ВЧ колебание, поступившее из линии вверх после преобразования на ПЧ имеет вид

         .                  (4.4.8)

Отношение сигнал/шум для последнего сигнала равно

                                             ,                               (4.4.9)

где B_IF частотная полоса шума на ПЧ. Амплитуда сигнала ПЧ задана такой, чтобы обеспечить необходимую величину индекса фазовой модуляции Δ_d для передачи вниз. Это эквивалентно умножению x_IF(t) на Δ_d/A_IF. Тогда модулированный сигнал в линии вниз равен

         .(4.4.10)

После усиления в транспондере несущее колебание в линии вниз равно

                           ,                           (4.4.11)

где Р_Т – мощность в спутниковом канале связи вниз.

Отметим, что в формуле (4.4.11) не содержится аддитивный шум на несущей частоте канала линии связи вниз. Однако шум содержится в модулирующем сигнале и его влияние проявляется после демодуляции на Земной станции связи. Несущее колебание вида (4.4.11) будет принято Земной станцией с мощностью, равной P_TL. Отношение сигнал/шум в линии связи вниз равно