Конспект лекций по курсу: «Основы построения Земных станций и бортовых ретрансляторов». Часть 1: "Спутниковые системы связи"

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ»

Кафедра «Приема передачи и обработки сигналов»

ТОЦКИЙ А. В.

конспект лекций по курсу:

«Основы построения Земных станций и бортовых ретрансляторов»

1. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

1. 1. Основные принципы построения спутниковых систем связи

Концепция ретрансляции СВЧ сигналов с помощью спутников для обеспечения загоризонтной связи, предложенная в 50-е годы, впервые была реализована с помощью спутника “Echo”, который представлял собой металлический шар - пассивный рефлектор, отражавший электромагнитные волны, передаваемые с Земной станции. Была обеспечена связь в пределах США и через Атлантический океан.

Позже и в настоящее время используют активные спутники-ретрансляторы, содержащие усилители мощности.

Таблица 1. 1.

Различают три основных типа спутниковых систем связи:

I – Система связи, содержащая каналы «Земля-спутник» (вверх) и «спутник-Земля» (вниз) (спутник-ретранслятор или транспондер). На спутнике-ретрансляторе может также проводиться обработка сигналов перед передачей по каналу «спутник-Земля».

II – Система связи, содержащая канал «спутник-спутник». Может обеспечить глобальную связь при размещении на орбите нескольких спутников.

III - Система связи с подвижными пользователями (самолеты, корабли, автомобили), содержащая каналы «спутник-пользователь» и «пользователь-спутник». Например, система TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System, см. Таблицу 1.1).

I

II

III

Рис. 1. 1. Основные типы спутниковых систем: I - «Земля-Земля»,

II- «Земля-спутник-спутник-Земля», III - «Земля-пользователь».

Земные станции делятся на:

- большие (диаметр зеркальной антенны равен 30 м);

- малые (диаметр зеркальной антенны лежит в пределах 3…10 м).

Рис. 1. 2. Структурная схема Земной станции: (а) режим передачи; (б) режим приема.

На передающей станции (Рис. 1. 2а) информационные сигналы по кабелю или по радиоканалу поступают на мультиплексор, модулируются на промежуточной частоте/частотах (ПЧ) и поступают на выходное устройство, где выполняют преобразование частоты и усиление передаваемого на спутник сигнала. Если информация от единичного источника передается на одной несущей, то такой формат носит название SCPC (single-channel-per-carrier). Часто на одной несущей частоте размещают информацию от нескольких источников.

На приемной станции (Рис. 1. 2б) после обработки в малошумящих входных каскадах и преобразования на ПЧ восстанавливают полосу модулирующих сигналов, которые затем передают в нужных направлениях.

1. 2. Бортовые ретрансляторы

Назначение: передача речевой (телефония), видео (телевидение) и цифровой информации от одного Земного пункта связи к другому.

Рис. 1. 3. Структура построения бортового ретранслятора:

а) идеальная; б) с преобразованием частоты.

Спутниковый транспондер должен обеспечивать ретрансляцию сигналов с линии связи «Земля-спутник» (прямая линия связи – forwardlink) в линию связи «спутник-Земля» (обратная линия связи – returnlink). В идеальном случае активный ретранслятор-спутник должен обеспечить прием сигналов, поступающих на спутник по каналу «Земля-спутник», усиление этих сигналов и ретрансляцию по каналу «спутник-Земля» (Рис. 1. 3а).

Для устранения нежелательной обратной связи сигналов в прямой и обратной линиях связи перед усилением по мощности выполняют преобразование частоты и последующую фильтрацию разнесенных по частоте сигналов в прямой и обратной линиях связи (см. Рис. 1. 3б). При этом возможно использовать одну и ту же спутниковую антенну в режиме передачи и приема. В более сложных системах используют различие форматов сигналов в прямой и обратной линиях связи.

Бортовой ретранслятор содержит:

- устройство непрерывного отслеживания дальности спутника по отношению к Земной станции;

- устройство приема и декодирования команд, поступающих из Земных станций управления, для коррекции ориентации спутника и контроля его орбиты.

Большинство спутников связи используют отдельные каналы «спутник-Земля», связывающие борт с Земными системами управления для передачи телеметрических и контрольных данных. Для этого на борту размещают устройства слежения, телеметрии и обработки команд (tracking, telemetry and command – TT&C).