Структурная схема приемного блока терминала доступа к сети спутниковой связи.

Техническая часть

Постановка задачи

Исходя из задания на ВКР произведем следующие расчеты:

- составление, обоснование, определение основных параметров общей структурной схемы терминала одностороннего доступа в интернет и структурной схемы тракта радиочастоты;

- расчет канала спутниковой связи;

- составление, а также расчет части принципиальной электрической схемы терминала спутниковой связи –одной из частей конвертора, а именно - малошумящего усилителя.

Расчет канала связи производится по методике представленной в [1], для расчета принципиальной схемы использовались методики описанные в [3], [4], [5]. При проведение расчетов была использована программа MathCAD.

 

 

4.2. Структурная схема терминала

В соответствии с заданием требуется разработать приемную часть терминала одностороннего доступа в интернет через сеть спутниковой связи. Ретранслятором является спутник «Eutelsat 10A», находящийся на геостационарной орбите, высота которой Н=35875 ; диапазон частот для приема составляет: 950–2150 . Терминал выполнен в виде двух модулей: внешнего и внутреннего.

На рис.4.2.1. показана общая структурная схема доступа к сети спутниковой связи

Рис. 4.2.1.

 

Внешний модуль терминала состоит из:

а) антенного модуля;

б) радиочастотного оборудования (тракта до стыка 70 );

в) средств контроля и управления внешнего модуля.

 

 

Внутренний модуль терминала состоит из:

а) модемов спутниковой связи;

б) средств каналообразования: мультиплексоров, а также средств передачи данных;

в) позиционер системы наведения антенны;

г) тюнер системы наведения антенны;

д) блок контроля и управления станции.

Допускается комплектация станции радиочастотным приемным и передающим оборудованием разных фирм производителей, как отечественных так и иностранных.

Работа терминала.

Принятый антенным устройством СВЧ–сигнал поступает в блок облучателя. Из него сигнал поступает в волноводный фильтр, который обеспечивает подавление принятого сигнала в тракте приема. С выхода блока облучателя сигнал поступает через волноводный тракт на конвертор, состоящий из МШУ (с коэффициентом усиления 30–32 и температурой шума не более ), полосового фильтра, смесителя (с гетеродином) и усилителя промежуточной частоты (УПЧ).

Усиленный и преобразованный сигнал поступает по коаксиальному кабелю (с потерями не более 10 ) на вход приемного тракта блока преобразования радиочастоты (БПР). В БПР сигнал усиливается на 40–50 и преобразуется в промежуточную частоту (ПЧ) . Максимальный входной уровень сигнала: , максимальный выходной уровень сигнала: 0 . Коэффициент передачи БПР может меняться от 50 до 35 .

С выхода БПР сигнал ПЧ по кабелю с волновым сопротивлением 50 поступает на вход разветвителя.

К выходам разветвителя подключены входы модемов и вход тюнера системы наведения антенны (СНА). Затухание сигнала между входом и любым из выходов разветвителя составляет не более 10,5 .

В модеме сигнал преобразуется, демодулируется и поступает на оконечное устройство.

 

Техническая часть

Постановка задачи

Исходя из задания на ВКР произведем следующие расчеты:

- составление, обоснование, определение основных параметров общей структурной схемы терминала одностороннего доступа в интернет и структурной схемы тракта радиочастоты;

- расчет канала спутниковой связи;

- составление, а также расчет части принципиальной электрической схемы терминала спутниковой связи –одной из частей конвертора, а именно - малошумящего усилителя.

Расчет канала связи производится по методике представленной в [1], для расчета принципиальной схемы использовались методики описанные в [3], [4], [5]. При проведение расчетов была использована программа MathCAD.

 

 

4.2. Структурная схема терминала

В соответствии с заданием требуется разработать приемную часть терминала одностороннего доступа в интернет через сеть спутниковой связи. Ретранслятором является спутник «Eutelsat 10A», находящийся на геостационарной орбите, высота которой Н=35875 ; диапазон частот для приема составляет: 950–2150 . Терминал выполнен в виде двух модулей: внешнего и внутреннего.

На рис.4.2.1. показана общая структурная схема доступа к сети спутниковой связи

Рис. 4.2.1.

 

Внешний модуль терминала состоит из:

а) антенного модуля;

б) радиочастотного оборудования (тракта до стыка 70 );

в) средств контроля и управления внешнего модуля.

 

 

Внутренний модуль терминала состоит из:

а) модемов спутниковой связи;

б) средств каналообразования: мультиплексоров, а также средств передачи данных;

в) позиционер системы наведения антенны;

г) тюнер системы наведения антенны;

д) блок контроля и управления станции.

Допускается комплектация станции радиочастотным приемным и передающим оборудованием разных фирм производителей, как отечественных так и иностранных.

Работа терминала.

Принятый антенным устройством СВЧ–сигнал поступает в блок облучателя. Из него сигнал поступает в волноводный фильтр, который обеспечивает подавление принятого сигнала в тракте приема. С выхода блока облучателя сигнал поступает через волноводный тракт на конвертор, состоящий из МШУ (с коэффициентом усиления 30–32 и температурой шума не более ), полосового фильтра, смесителя (с гетеродином) и усилителя промежуточной частоты (УПЧ).

Усиленный и преобразованный сигнал поступает по коаксиальному кабелю (с потерями не более 10 ) на вход приемного тракта блока преобразования радиочастоты (БПР). В БПР сигнал усиливается на 40–50 и преобразуется в промежуточную частоту (ПЧ) . Максимальный входной уровень сигнала: , максимальный выходной уровень сигнала: 0 . Коэффициент передачи БПР может меняться от 50 до 35 .

С выхода БПР сигнал ПЧ по кабелю с волновым сопротивлением 50 поступает на вход разветвителя.

К выходам разветвителя подключены входы модемов и вход тюнера системы наведения антенны (СНА). Затухание сигнала между входом и любым из выходов разветвителя составляет не более 10,5 .

В модеме сигнал преобразуется, демодулируется и поступает на оконечное устройство.

 

Структурная схема приемного блока терминала доступа к сети спутниковой связи.

Структурная схема приемного блока терминала широкополосного доступа к сети спутниковой связи представлена на рисунке 4.3.1.

Рис. 4.3.1.

Приемник состоит из малошумящего конвертора и блока преобразования радиочастот. Конвертор закреплен на антенне в непосредственной близости от облучателя. Первым каскадом конвертора является малошумящий усилитель. Он построен на малошумящих СВЧ транзисторах. Для минимизации общего коэффициента шума конвертора зададим коэффициент усиления МШУ=30 . Это также позволяет исключить влияние шумов последующих каскадов. Шумовая температура МШУ не более 50 .

 

 

Суммарный коэффициент шума представлен следующей формулой:

Чтобы уменьшить влияния отраженных волн, а также обеспечить устойчивость работы активных элементов, каждый каскад МШУ согласован по входу и выходу СВЧ трансформатором. Следующий каскад конвертора – полосовой фильтр (ПФ). Он применяется для подавления побочных каналов приема (зеркального канала первого гетеродина). Многозвенные фильтры в полосе пропускания имеют значительное затухание (около -20 ), согласно с этим большой коэффициент шума. Из всего вышесказанного следует, что полосовой фильтр - это фильтр малого порядка. Преобразователь частоты выполнен по схеме малошумящего двойного балансного смесителя с фазовым подавлением зеркального канала и сигнала гетеродина на выходе. Такая схема позволяет обеспечить подавление зеркального канала примерно на -40 . Для передачи сигнала по коаксиальному кабелю и для удобства построения УПЧ выбрана промежуточная частота 720 . Для построения УПЧ используем схему широкополосного транзисторного усилителя с комбинированной обратной связью приведенную в [5]. Усилитель обеспечивает усиление 10 дБ на один каскад в полосе 1 – 1400 . В структурной схеме широкополосного доступа к сети спутниковой связи необходимо 2 каскада. Далее сигнал по коаксиальному кабелю поступает в блок преобразования радиочастоты (БПР). БПР состоит из преобразователя частоты (ПЧ) (предварительный усилитель не показан), фильтра промежуточной частоты и усилителя промежуточной частоты 2. БПР обеспечивает перенос спектра сигнала на промежуточную частоту и осуществляет фильтрацию по соседним и комбинационным каналам приема. Полоса пропускания БПР равна 40, шаг настройки гетеродина при выборе ствола равен 50 (интервал между стволами), коэффициент усиления 50 , уровень подавления соседнего и зеркального канала – 50 . Электропитание МШУ, гетеродина и УПЧ 1 осуществляется без использования отдельного источника питания в конверторе. БПР может быть размещен либо у основания антенны либо в стойке, где расположено модемно-мультиплексерное оборудование внутреннего модуля станции.

4.4. Расчет энергетического потенциала линии спутниковой связи

 

Целью энергетического расчета радиолиний является расчет коэффициента шума приемника, коэффициента усиления антенн и потерь в антенно-фидерном тракте, удовлетворяющих заданной надежности работы сети.

Основными техническими требованиями, предъявляемыми к линии, являются следующие: пропускная способность, достоверность передачи сообщений, помехозащищённость, надёжность и живучесть, электромагнитная совместимость с другими линиями, массогабаритные параметры, время развёртывания.

Решение поставленной задачи будем осуществлять в соответствие со следующим алгоритмом [6]:

1) анализ исходных данных, нормирование требований к качеству участков связи, выбор (обоснование) недостающих параметров;

2) расчёт ослабления радиосигнала на участках линии спутниковой связи;

3) расчёт энергетических параметров приёмных устройств;

4) расчёт энергетических параметров передающих устройств;

5) разработка структурной схемы ретранслятора;

6) анализ полученных результатов и обоснование принятых технических решений;

Анализ исходных данных:

Географический район линии:

Географические координаты КА:

, в.д.

Географические координаты города Рязань:

, в.д.

Диапазон рабочих частот (Ku-диапазон):

Коэффициент шума ретранслятора спутника и земли:

Диаметр антенны:

Вероятность ошибки: