Контрольная работа по дисциплине: Космические и наземные системы радиосвязи. Вариант №08

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 1. Расчет некоторых параметров цифровых РРЛ.
Задание
1. Разработать структуру цифровой РРЛ заданной протяженности L км.
2. Разработать частотный план РРЛ в заданном диапазоне частот.

Методика решения.

1) РРЛ состоит из оконечных (ОРС), промежуточных (ПРС) и узловых (УРС) радиостанций. Часть РРЛ, ограниченная соседними станциями, называется пролетом или интервалом РРЛ. На пролете происходит ретрансляция радиосигнала по промежуточной частоте или по СВЧ. Часть РРЛ между ОРС и УРС, УРС и УРС называется участком или секцией РРЛ. На участке происходит полный или частичный ввод-вывод передаваемых сообщений.
В участок может входить несколько пролетов, организованных ПРС. Эталонная длина участка при реализации каналов ТЧ принимается равной . Длина пролета Rпр определяется энергетическими показателями оборудования РРЛ и условиями распространения на радиотрассе (10...60 км), в данном задании берется из таблицы исходных данных.
Для разработки структуры РРЛ необходимо определить число ее участков и пролетов. Число участков , где - протяженность всей РРЛ, км, а - эталонная длина участка, км. Так, например, при = 700 км получаем


Принимаем, что на заданной РРЛ необходимо образовать 3 участка, причем последний будет иметь укороченную протяженность.
Составим схему РРЛ по участкам. 

Lуч1 = 278 км Lуч2 = 278 км Lуч3 = 144 км
1 участок 2участок 3 уч-к

ОРС УРС УРС ОРС

Рисунок 1. Схема РРЛ по участкам.

Далее, принимая среднюю длину пролета Rпр=Ri , км, рассчитываем число пролетов nпр на каждом участке РРЛ, например, при Ri=30 км

т.е. организуем на первом и втором участках по 9 пролетов с небольшим увеличением их протяженности. На третьем участке число пролетов будет составлять 5, т.к.


Составим структурную схему первого участка РРЛ.
ОРС ПРС ПРС ПРС ПРС ПРС ПРС ПРС ПРС УРС




Рисунок 2. Схема первого участка по пролетам по участкам.
2) Для заданной РРЛ, реализующей К стволов в диапазоне частот F, согласно исходным данным разработаем частотный план. В общем виде S-канальный частотный план представлен на рисунке 3.




Рисунок 3. Частотный план РРЛ.
В таблице представлены значения параметров частотного плана.
Таблица 1. Параметры частотного плана РРЛ.
Диапазон частот, ГГц Средняя частота
F0, МГц Полоса частот
FРРЛ, МГц Число каналов,
S Разнос каналов приема и передачи
Fдупл, МГц Разнос соседних каналов
Fск, МГц
2(1,7-2,1)  400 6 213 29
4(3,4-3,9) 3653 500 8 266 28
6(5,7-6,2) 5920 500 8 266 28
8(7,9-8,4) 8157 500 8 266 28
11(10,7-11,7)  1000 12 530 40

Рассмотрим пример для РРЛ диапазона 8 ГГц при организации 2 стволов. В этом случае можно использовать 2-х частотный вариант, при котором на каждый ствол используется всего 2 частоты (по одной из нижней и верхней части плана). Если приемникам ОРС выделим частотные каналы в нижней части спектра, то передатчикам – в верхней части, то такую РРС обозначаем «НВ». Соседняя ПРС будет использовать для приема каналы верхней части спектра, а для передатчиков – нижней, т.е. она будет иметь обозначение «ВН». Следующая ПРС – «НВ» и т.д.


f1Н f1В f1Н f1В





ОРС ПРС ПРС ПРС ПРС

Рисунок 4. Использование частотных каналов для одного ствола.

Выбор частот и поляризации радиоволн для стволов РРЛ определяется по условиям их электромагнитной совместимости (ЭМС). При использовании одинаковой поляризации частотный разнос каналов разных стволов выбирается 2Fск (через канал), например, f1Н и f3Н , а при использовании ортогональной поляризации (горизонтальной и вертикальной) частотный разнос каналов разных стволов выбирается Fск, например, f1Н и f2Н.
Составим частотный план для ПРС типа «НВ» с учетом использования разной поляризации.




7900 МГц 8400 МГц
Рисунок 5. Частотные каналы для двух стволов РРЛ на ПРС типа «НВ» при ортогональной поляризации.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2. Расчет некоторых параметров спутникового ТВ.

Задание

1. Определить требуемое отношение сигнал/шум на входе абонентской ТВ земной станции (ЗС).
2. Рассчитать мощность шумов Рш.вх.ЗС на входе абонентской ТВ ЗС.
3. Рассчитать коэффициент потерь свободного пространства Асв на спутниковой линии БР ИСЗ – ТВ ЗС.
4. Рассчитать коэффициент усиления GA ЗС, дБ, антенны ТВ ЗС, обеспечивающий качественный прием с заданным отношением сигнал/шум.
5. Оценить диаметр рефлектора антенны ЗС, ширину ее главного лепестка.

Методика решения.

1) Требуемое отношение сигнал/шум 2 на входе абонентской ТВ ЗС (только для участка «БР ИСЗ – абонентская ЗС») должно быть в b раз больше заданного для всей спутниковой радиолинии.
, раз
Коэффициент запаса по мощности b участка «БР ИСЗ – абонентская ЗС» связан с коэффициентом запаса a участка «передающая ЗС – БР ИСЗ» при ретрансляции сигнала по радиочастоте

Например, при = 6 и а = 10 значение b = 10/9 = 1,11 , а отношение
, раз

2) Мощность шумов, воздействующих на полезный сигнал, на входе ЗС определяется как

, Вт

где k = 1,38 *10-23 - постоянная Больцмана;
Т - эквивалентная шумовая температура ЗС:

, К

где ТА - эквивалентная шумовая температура антенны (200 К);
То - абсолютная температура окружающей среды (290 К);
ηАФТ - КПД фидерной линии (0,7-0,9);
ТПР - эквивалентная шумовая температура приемника (150-500 К).

fЗС - шумовая полоса частот абонентского приемника ЗС

, Гц

где = 1,1 - коэффициент, определяемый избирательными свойствами приемника;
Вцс - скорость цифрового потока, содержащего n ТВ программ, причем при М-
ОФМ модуляции Вцс = n*В1 , а средняя скорость цифрового сигнала
MPEG2 В1 = 8 Мбит/с.
М – позиционность модуляции ОФМ.

Рассмотрим пример расчета РШ.ВХ.ЗС при использовании 4-ОФМ модуляции радионесущей в стволе спутникового ТВ и организации 7 программ телевидения.

1) fЗС = 1,1 * 7 * 8 * 106 / 2 = 30,8*106 Гц ;
2) Т = 200 * 0,8 + 290 * (1-0,8) + 300 = 518 К ;
3) РШ.ВХ.ЗС = 1,38 * 10-23 * 518 * 30,8 *106 = 2,2 * 10-13 Вт .

3) Оценим потери свободного пространства на радиолинии спутникового ТВ между БР ИСЗ и абонентской ТВ ЗС. Для расчета Асв используем известное выражение:

,

где - длина волны , , м, f – рабочая частота в МГц ;
d – длинна радиолинии, м;
Длина радиолинии при условии использования геостационарного ИСЗ составляет в среднем 40000 км. В диапазоне С на исследуемом участке используется рабочая частота в области 4 ГГц, в диапазоне Ku – 12 ГГц.
Так в диапазоне Кu АСВ = (300 / 12000)2 / (4 * 3,14 * 4* 107)2 = 4*10-20, раз.

4) Оценим необходимый для обеспечения заданного качества радиоприема коэффициент усиления антенны GАЗС абонентской ЗС. Запишем выражение для реального отношения сигнал/шум на входе приемника ЗС с учетом параметров БР ИСЗ и радиолинии, используя уравнение радиосвязи:

,

где РпдБР – мощность передатчика БР ИСЗ, Вт ;
АФТБР, АФТЗС – коэффициент потерь АФТ БР и ЗС соответственно, раз ;
GАБР - коэффициент усиления антенны БР, раз ;
V2 – коэффициент дополнительных потерь на радиотрассе, раз, для спутниковых линий от 0,5 до 0,1 ( 3 – 10 дБ).
Т.к. условие качественной радиосвязи:

,

запишем выражение для искомого GАЗС с учетом выше сказанного:

, раз.

Для БР с параметрами РпдБР = 40 Вт, АФТБР, АФТЗС = 0,9 , GАБР = 102 и с учетом приведенных выше расчетов запишем:

GАЗС = 6,7 * 2,2*10-13/(40 * 0,9 *102 * 4*10-20 * 0,5 * 0,9) = 0,23*105 , раз

В дБ:

10lg GАЗС = 43,4 дБ

5) Оценим диаметр рефлектора антенны из следующей приближенной зависимости:

GАЗС = 20lg(D) + 20lg(f) +17,5 , дБ,

где D - диаметр антенны, м;
f - рабочая частота, ГГц.
Для нашего примера

= 2,7 м.

Ширина главного лепестка данной зеркальной антенны может быть определена из следующей эмпирической зависимости:

GАЗС = kа * (49000 / ), раз,

где kа - коэффициент использования поверхности зеркала антенны (0.5-0.6).
– ширина диаграммы направленности антенны, град.
Для нашего случая:

0,23*105 = 1,27 ,град.





Таблица 1
Последние две цифры
номера зач. книжки LРРЛ, КМ Ri, КМ F, ГГц Тип станции Кол-во стволов поляризация
01, 51 200 20 2 ВН 1 Г
02, 52 250 25 11 НВ 2 В
03, 53 300 30 8 ВН 3 Г,В
04, 54 350 35 6 НВ 2 Г
05, 55 400 40 4 НВ 1 В
06, 56 450 25 11 ВН 2 Г,В
07, 57 500 20 2 НВ 3 Г
08, 58 200 25 4 ВН 2 В
09, 59 250 30 6 НВ 1 Г,В
10, 60 300 35 8 НВ 2 Г
11, 61 350 40 2 ВН 3 В
12, 62 400 25 11 НВ 2 Г,В
13, 63 450 20 8 ВН 1 Г
14, 64 500 25 6 НВ 2 В
15, 65 200 30 4 НВ 3 Г,В
16, 66 250 25 11 ВН 2 Г
17, 67 300 30 2 НВ 1 В
18, 68 350 35 4 ВН 2 Г,В
19, 69 400 40 6 НВ 3 Г
20, 70 450 25 8 НВ 2 В
21, 71 500 20 2 ВН 1 Г,В
22, 72 200 25 4 НВ 2 Г
23, 73 250 35 6 ВН 3 В
24, 74 300 40 8 НВ 2 Г,В
25, 75 350 30 11 НВ 1 Г








Таблица 2
Последние две цифры
номера зач. книжки F, ГГц , дБ а, раз Число позиций, М Число ТВ программ, n Т,К V2, дБ
01, 21, 41, 61, 81 4 3 10 2  1 100 3
02, 22, 42, 62, 82 11 4 9 4  2 200 6
03, 23, 43, 63, 83 12 5 8 8 3 300 8
04, 24, 44, 64, 84 4 6 7 2 4 250 10
05, 25, 45, 65, 85 11 7 6 4  5 150 9
06, 26, 46, 66, 86 12 8 7 8 4 350 7
07, 27, 47, 67, 87 4 7 8 2 3 400 4
08, 28, 48, 68, 88 11 6 9 4  2 300 2
09, 29, 49, 69, 89 12 5 10 8  1 200 8
10, 30, 50, 70, 90 4 4 9 2  2 100 10
11, 31, 51, 71, 91 11 3 8 4  3 150 9
12, 32, 52, 72, 92 12 4 7 8 4 250 7
13, 33, 53, 73, 93 4 5 6 2 5 350 3
14, 34, 54, 74, 94 11 6 7 4  4 400 6
15, 35, 55, 75, 95 12 7 8 8 3 300 8
16, 36, 56, 76, 96 4 8 9 2 2 200 10
17, 37, 57, 77, 97 11 7 10 4  1 100 7
18, 38, 58, 78, 98 12 6 9 8  2 250 5
19, 39, 59, 79, 99 4 5 8 2 3 350 4
20, 40, 60, 80, 00 11 4 7 4 4 400 3
РперБР = 30 Вт, η = 0,8 , GаБР = 20 дБ, геостационарная орбита R = 40000 км для всех


доцент каф. СРС Воинцев Г.А.
31.01.13

Работа успешно сдана!