Розрахунок супутникового каналу Алмати-Атирау

1. Енергетичний розрахунок супутникового каналу Алмати-Атирау

Для розрахунку енергетики радіоліній задамося вихідними даними.
Виберемо в якості використовуваного ШСЗ супутник АзіяСат-2 (100,5 ° східної довготи). Цегеостаціонарній супутник, промінь якого в С-діапазоні покриває Китай,
Японію, Індонезію, Індію, Середній Схід, країни СНД. Технічнаспецифікація супутника наведена в таблиці 2.1, зона покриття - на малюнку
2.1.

Рисунок 2.1 - Зона покриття ШСЗ АзіяСат-2

Так як Алмати знаходиться в зоні з еквівалентною изотропно випромінюваноїпотужністю потоку енергії 39 дБ? Вт, а решта території Республіки
Казахстан знаходиться в зоні з ЕІВП 37 дБ · Вт, виберемо в якостімісця розташування периферійної станції місто Атирау, географічнікоординати якого 47 ° 6 'пн.ш. і 51 ° 55 'сх.д. Центральну станцію системирозмістимо в місті Алмати, координати якого 43 ° 14 'пн.ш. і 76 ° 58 'сх.д.

На малюнку 2.2 приведений частотний план ШСЗ АзіяСат-2.

Малюнок 2.2 - Частотний план ШСЗ АзіяСат-2

Розрахуємо відстані від земних станцій до бортового ретранслятора поформулою, наведеною в/5 /:

, (2.1)де,де? - Широта наземної станції,

? - Різниця довгот супутника і земної станції, d - відстань від земної станції до супутника, км.

Підставляючи вихідні дані у формулу (2.1), отримаємо:для Алмати:

для Атирау:

Далі розрахуємо кут місця і азимут на супутник з земних станцій поформулами, наведеними в/5 /:

(2.2)

(2.3)де,

- довгота підсупутникової точки, грд;

- довгота земної станції, грд;

- широта земної станції, грд.

Підставляючи вихідні дані у формули (2.2) та (2.3), отримаємо:для Алмати:
,
,для Атирау:
,
.

Далі розрахуємо загасання енергії сигналу, у вільному просторі:для цього необхідно вибрати конкретний транспондер, через який будепрацювати мережу, щоб знати частоти прийому та передачі, необхідні длярозрахунків (малюнок 2.2).

Виберемо для розрахунків транспондер 1А, центральні частоти цьоготранспондера - 5885 МГц на прийом і 3660 МГц на передачу.

Загасання енергії сигналу у вільному просторі розраховується заформулою:

(2.4)де L - загасання енергії, дБ; d - відстань між ШСЗ і ЗС, м;

- довжина хвилі, м; з = 3.108 м/с - швидкість світла; f - частота сигналу, Гц.

Для Алмати загасання енергії сигналів у вільному просторі зарахунок розбіжності фронту хвилі на шляху розповсюдження Земля - супутник (f =
5885 МГц,? = 0,0509 м) дорівнюватиме:

а на шляху розповсюдження супутник - Земля (f = 3660 МГц,? = 0,0819 м)одно:

Аналогічно розраховуємо загасання для ЗССС в Атирау. Підставляючи вформулу (2.4) вихідні дані, отримуємо затухання на лінії Земля супутник:

а на лінії супутник - Земля:

Для подальших розрахунків необхідно скористатися деякимитехнічними характеристиками станції. Технічні характеристикицентральної та віддаленої станцій і бортового ретранслятора зведемо в таблиці
2.2, 2.3, 2.4.

Таблиця 2.2 - Параметри центральної станції

| Параметр | Величина | Позначення |
| Діаметр антени, м | 4,6 | Dцс |
| Коефіцієнти підсилення антени: | | |
| на передачу, дБ | 53,4 | |
| на прийом, дБ | 52 | |
| Загасання у ВЧ-частини: | | |
| на передачу, дБ | 4,1 | |
| на прийом, дБ | 1,9 | |
| Вихідна потужність передавача, дБ | 13 | |
| Еквівалентна шумова температура, К | 355 | Тцс |
| Необхідне відношення сигнал/шум на вході | 7,2 | |
| приймача при ймовірності помилки 10-6, дБ | | |

Таблиця 2.3 - Параметри віддаленої станції

| Параметр | Величина | Позначення |
| Діаметр антени, м | 1,8 | Dус |
| Коефіцієнти підсилення антени: | | |
| на передачу, дБ | 40 | |
| на прийом, дБ | 39 | |
| Загасання у ВЧ-частини: | | |
| на передачу, дБ | 4,7 | |
| на прийом, дБ | 1,7 | |
| Еквівалентна шумова температура, К | 355 | Тус |
| Необхідне відношення сигнал/шум на вході | 7,2 | |
| приймача при ймовірності помилки 10-6, дБ | | |

Таблиця 2.4 - Параметри бортового ретранслятора

Для подальших розрахунків необхідно, обчислити коефіцієнти підсиленняантени супутника в напрямку на ЗС Алмати і Атирау.

Скористаємося формулою з/5 /:

, (2.5) де Рпер - ефективна потужність сигналу на виході передавача, дБ;

? - Загасання в ВЧ-частини, дБ.
Виходячи з рисунку 2.1, Алмати знаходиться в зоні з ЕІВП = 39 дБ; Атирау в зоні з ЕІВП = 37 дБ. Перетворимо формулу (2.5).
(2.6)

Обчислимо посилення антени супутника в напрямкуна Алмати:

на Атирау:

Зробимо розрахунок додаткового затухання при розповсюдженні радіохвиль в атмосфері. Скористаємося формулою, наведеною в/5 /:

(2.7)де - додаткове загасання, дБ;

- поглинання енергії сигналу в атмосфері, дБ;

- втрати в гідрометеорах, дБ;

- втрати через неузгодженість поляризації антен, дБ.

Визначимо величину втрат для кожної станції, виходячи з графіків,представлених в/5/і результатів, отриманих за формулами (2.2) та (2.3):для Алмати (азимут = 147,56 °, кут місця = 31,98 °):
La = 1 дБ; Ln = 1 дБ; Lg = 7 дБ; LН = 2 дБ;тоді:
для Атирау (азимут = 122,8 °, кут місця = 16,37 °)
La = 1 дБ; Ln = 1 дБ; Lg = 7 дБ; LН = 2 дБ;

Додаткове затухання при розповсюдженні вниз відрізнятиметьсявід загасання при поширенні променя вгору на малу величину, якоюможна, зневажити, тому для зручності розрахунків приймемо.

Наступним кроком необхідно провести розрахунок потужності дляпередавачів і ЗС бортового ретранслятора. Так що потужності передавачів ЦСі ШСЗ нам відомі, приведемо розрахунок потужності для віддаленої станції, виходячиз умов мінімізації потужності передавача віддаленої станції.
Розрахунок потужності передавача земної станції виконується за формулою з/6 /:

(2.8)де - загасання на трасі вгору, дБ;

- додаткове загасання, дБ; k = -228,6 дБ - постійна Больцмана;

- сумарна шумова температура борту, дБ;

- шумова смуга ЗС, дБ;

- коефіцієнт підсилення на передачу ЗС, дБ;

- коефіцієнт посилення на прийом супутника, дБ;

- загасання в ВЧ-частини земної, станції на передачу, дБ;

- загасання в ВЧ-частини супутника на прийом, дБ; а = 7 дБ - коефіцієнт запасу;

( Рс/РШ) - сигнал/шум на вході приймача, дБ.

Для формули (2.8) всі величини підставляються в децибелах. Підставляючивсі вищевказані величини в формулу (2.8) отримаємо:

Переведемо в вати, отримуємо:

Для реальної станції для C -діапазону пропонується використанняпередавача потужністю 5 Вт

Розрахуємо потужність, що вимагається при роботі віддаленої станції нацентральну станцію за формулою (2.8):

Переведемо Рпер.З в вати:

При роботі віддаленої станції на центральну потрібно потужність 1,26
Вт, що показує працездатність станції з передавача потужністю 5 Вт

Виходячи з розрахунків за потужністю та енергетиці радіоліній, робимо висновокпро те, що система реалізована для існуючого обладнання.
2. Розрахунок електромагнітної сумісності системи для Казахстану привикористанні ШСЗ AsiaSat 2

Розрахунок електромагнітної сумісності системи заснований наподанні, що в міру зростання рівня заважає випромінювання,збільшується шумова температура системи, що піддається перешкод.

Відповідно до цього методу розраховується здається збільшенняеквівалентної шумовий температури лінії, обумовлене перешкодами,створюваними заважає станцією і ставлення цього збільшення до еквівалентноїшумовий температурі супутникової лінії, виражене у відсотках/7 /.

Для конкретного випадку виберемо земну станцію, що знаходиться натериторії Росії в Москві; ця станція є заважає станцією дляпроектованої системи і навпаки. Дані з цієї станції наведені втаблиці 3.1.

заважає система працює на тих же частотах, що і проектується івикористовує штучний супутник геостаціонарній Горизонт Стаціонар 12,що знаходиться на 40 ° східної довготи, максимальна щільність потоку потужності в смузі 1
Гц, що підводиться до антени супутника, усереднена у найгіршій смузі шириною 4кГц, дорівнює -57 дБ · Вт/Гц.

Таблиця 3.1 - Параметри заважає системи для розрахунку електромагнітноїсумісності

Методика розрахунку наведена в/7/і зводиться до визначення приростушумовий температури за наступними формулами:

, (3.1)де - приріст шумовий температури на шляху вгору, дБ;

- максимальна щільність потужності в смузі 1 Гц, що підводиться доантени передавача станції заважає, усереднена у найгіршій смузі,шириною 4 кГц, дБ;

- посилення антени, що працює на передачу земної станції ЗС1,в напрямку супутника С2, дБ;

- посилення приймальної антени супутника С2 у напрямку ЗС1, дБ; k - постійна Больцмана;

Lu - затухання при розповсюдженні хвилі вгору, дБ.

, (3.2)де - приріст шумовий температури на шляху вниз, дБ;

- максимальна щільність потоку потужності в смузі 1 Гц,підводиться до антени супутника С1, усереднена у найгіршій смузі шириною 4кГц, дБ;

- посилення передавальної антени супутника С1 в напрямку земноїстанції ЗС2;

- посилення антени приймальної станції ЗС2 в напрямку супутника
С1, дБ;
Ld - затухання при розповсюдженні хвилі вниз.
, (3.3)де - що здається збільшення еквівалентної шумовий температури всійсупутникової лінії, К;
- Коефіцієнт передачі конкретної супутникової лінії.

На малюнку 3.1 наведені всі відстані та кути, визначені врозрахунку. Система А1, пов'язана із супутником С1 і земної станції ЗС1є заважає для системи А2, що складається з супутника С2 і земної станції
ЗС2.

Визначимо невідомі величини для формул (3.2) та (3.3):

Відстань від станції до супутників за формулою (2.1):а) Алмати:

;

;б) Москва:

;

Далі визначимо відстань між земними станціями:

, (3.4)де;

;

,де R - радіус Землі (R = 6370 м);

- широта Алматинської станції;

- довгота Алматинської станції;

- широта Московської станції;

- довгота Московської станції.

Визначимо топоцентріческіе кути і/7 /:

; (3.5)де - відстань від земної станції до першого супутника, км;

- відстань від земної станції до другого супутника, км;

- геоцентричних кутовий радіус, грд.

;

Далі визначимо екзоцентріческіе кути? і?:

; (3.6)

;

Розрахуємо посилення антен у напрямку на заважає систему. Такяк на цих супутниках використовуються вузькоспрямовані промені, то посиленняантен за напрямом, що розходяться з головним, пелюсткою на кутможна визначити, за формулою:

. (3.7)

Таким чином, обчислюємо:

;

Необхідно обчислити втрати при поширенні сигналу на трасівгору і вниз за формулою:

, (3.8)де f - частота, МГц; d - відстань, км.

;

Оцінимо заважає вплив Алматинської станції на Московську. Підставившидані, отримані вище, у формули (3.1), (3.2) отримаємо:

;

Звідси

;

,тоді

Таким чином,

Процентне збільшення еквівалентної шумовий температури складає
5,98%, що менше порогового рівня - 6%, отже, координацією невимагається і робота системи не вносить перешкод роботі Московської системи.
Оцінимо вплив Московської системи на Алматинська. Як і в попередньомуприкладі розрахуємо:

;

Звідси

;

,тоді

Таким чином,

Значення менше порогового рівня 6%. З результатів обчислень можнасказати, що системи не заважають один одному в роботі, хоча обидва супутникавикористовують глобальний промінь і практично немає різниці в рівнях міжкорисним і що заважає сигналом, яка могла б мати місце за рахунокдіаграми спрямованості антени на супутнику. Тобто можна зробити висновок просумісності систем.