Особенности передачи сигналов в спутниковых системах связи

Запаздывание сигнала. Большая протяженность линий связи между ЗС и рентранслятором, находящимся на борту ИСЗ, приводит к запаздыванию сигналов. Это определяется тем, что для прохождения расстояния между ЗС сигналу требуется время

t 2 H / с,

где Н – расстояние от спутника до поверхности Земли, с = 3 х 10⁸ м/с – скорость света. Из данного соотношения следует, что при Н = 36 000 км (случай геостационарного спутника) величина запаздывания составит приблизительно 250 мс. Запаздывание сигнала при передаче дуплексных телефонных разговоров приводит к появлению вынужденных пауз в разговоре, потере "контакта" между абонентами, т.е. ограничивает естественность беседы.

Эхосигналы. Запаздывание сигналов приводит к появлению заметных для абонентов эхосигналов, возникающих при переходе с четырехпроводных цепей связи на двухпроводные из-за неидеальности дифференциальных систем. Эхосигналы проявляются в виде прослушива-ния абонентом своего разговора, задержанного на время, равное удвоенному времени распространения сигнала между абонентами, т.е.
t _эс 4Н/с. Особенно заметны эхосигналы при больших значениях t _эс. Для систем связи, использующих геостационарные спутники, t 500 мс. В этих случаях следует обеспечить затухание эхосигналов до величины, равной 60 дБ относительно уровня полезного сигнала. Необходимое затухание эхосигналов осуществляется с помощью эхозаградителей.

Эффект Доплера. Особенностью систем связи через ИСЗ является возникновение эффекта Доплера, вызываемого движением спутника относительно ЗС. Для примера обозначим через V _г ту компоненту скорости движения ИСЗ, которая совпадает с линией радиосвязи ИСЗ-ЗС, и условимся считать величину V _г отрицательной в случае уменьшения расстояния между ИСЗ и ЗС и положительной при увеличении этого расстояния. Тогда при движении источника сигнала со скоростью ± V _гчастота принимаемых колебаний ƒ связана с частотой излучаемых колебаний ƒ₀ соотношением

ƒ = ƒ₀ (1 V _г/ c),

где с - скорость света.

На практике всегда выполняется условие V _г/ с << 1, поэтому при движении источника сигнала в сторону приемника ƒ = ƒ₀(1 V _г/ с). Тогда изменение частоты ∆ƒ₀, вызванное эффектом Доплера, определяется выражением:

∆ƒ₀ = ƒ – ƒ₀ = ƒ₀ V _г/ c.

Эффект Доплера в основном проявляется в системах связи, исполь-зующих эллиптические орбиты. Например, в системе "Молния" на рабочем участке орбиты | V _г/ c | 10^–5. В системах связи с геостационар-ными ИСЗ эффект Доплера может иметь место при коррекции положения спутника на орбите.

Эффект Доплера приводит не только к изменению частоты излучаемых колебаний, но вызывает деформацию спектра передаваемого сообщения, причем верхние частоты в спектре сигнала будут изменяться на большую величину.

Диапазоны рабочих частот систем связи через ИСЗ. Выбор полос частот, выделяемых для работы систем связи через ИСЗ, определяется следующими основными условиями:

- особенностями распространения электромагнитных колебаний через атмосферу;

- интенсивностью шумов, вызванных радиоизлучениями различ-ных внешних источников (Солнца, Луны, планет, атмосферы Земли и др.);

- простотой аппаратурной реализации антенн и приемных установок;

- возможностью локализации сверхвысокочастотного излучения бортовыми антеннами;

- возможностью работы систем связи через ИСЗ в выделяемых полосах частот совместно с другими радиослужбами при допустимых значениях радиопомех.

Детальное научно-техническое рассмотрение перечисленных условий, проведенное Международным Союзом Электросвязи на Всемирной административной радиоконференции в 1979 г., позволило осуществить распределение радиочастот между различными радиослужбами. Согласно этому распределению, приведенному в Регламенте радиосвязи, для района 1 (Европа, Россия, Монголия, Африка) ФСС, к которой относятся системы связи через ИСЗ, от­водятся следующие полосы частот:

- для передачи сообщений на участке ИСЗ-Земля 620...790 МГц, 2,5...2,69, 3,4...4,2, 4,5...4,8, 7,25...7,75, 10,7...11,7, 12,5...12,75, 17,7...21,2, 37,5...40,5, 40,5...42, 42,5, 84...86 ГГц;

- для передачи сообщений на участке Земля-ИСЗ 5,725...7,075, 7,9...8,4, 12,5...13,75, 14...14,8, 17,3...18,1, 27,5...31 ГГц.

Перечисленные выше полосы частот (кроме 40,5...42,5 ГГц и 84...86 ГГц), выделенные спутниковым системам связи, одновременно используются и другими радиослужбами, например фиксированной наземной радиослужбой, к которой относится РРЛ. Для предотвращения помех, которые могут быть вызваны излучениями как спутниковых систем, так и РРЛ, в соответствии с Регламентом радиосвязи вводятся специальные ограничения (величины излучаемой мощности, введение сигналов дисперсии), обеспечивающие равномерное рассеяние мощности несущей частоты по спектру.

Особое значение придается выбору диапазона частот для спутникового ТВ вещания (СТВ), в том числе и непосредственного (НТВ), относящегося к РВСС.

Рис. 12.3. Затраты на создание систем СТВ в разных диапазонах частот.

Для осуществления НТВ в полном смысле этого понятия необходимо, чтобы излучаемый с ИСЗ сигнал соответствовал параметрам сигнала, на который рассчитаны телевизоры, – диапазону волн, способу модуляции, уровню сигнала. Но в метровом и дециметровом диапазонах, в которых работает наземная ТВ передающая сеть, реализовать НТВ по техническим причинам невозможно. Например, на третьем ТВ канале пришлось бы на ИСЗ установить антенну диаметром 500 м и иметь источник питания в 1 кВт, а на 37 канале диаметр антенны можно было бы сократить до 60 м, но потребляемую мощность передатчика пришлось бы увеличить до 30 кВт. Суммируя затраты по космическому комплексу и земной сети, можно определить затраты на всю систему СТВ. Результаты подобного расчета представлены на рис. 12.3, из анализа которого видно, что наиболее выгодным с экономической точки зрения является диапазон 12 ГГц, где суммарная стоимость системы оказывается минимальной. Близким к нему по экономической эффективности является диапазон
0,7 ГГц. В остальных диапазонах стоимость создания систем СТВ оказывается на 30–40 % выше. Поэтому для НТВ в ближайшем будущем наиболее перспективным является использование диапазона 12 ГГц, а телевизоры в этом случае должны дополняться специальными преобразующими устройствами (конверторами).