Лекция 11. Энергетический расчет спутниковой лини связи
Цель лекции: Изучить методику расчета спутниковой лини связи.
Задача энергетического расчета – определение основных энергетических параметров, обеспечивающих требуемое качество передачи сигналов по спутниковой линии связи.
Выбираем общую структуру системы, в результате чего определяем диапазоны частот, методы многостанционного доступа и использование полосы частот, режим работы ретранслятора, используемые виды и параметры модуляции, зоны обслуживания и т. п.
Энергетическими параметрами линии связи являются мощность передатчика, коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, эквивалентная шумовая температура приемного устройства в целом.
Рассмотрим один участок спутниковой линии, состоящей из передающего и приемного устройства, антенного тракта и тракта распространения, как это показано на рисунке 11.1.
Пропускная способность спутниковой линии ограничивается, с одной стороны, шириной полосы пропускания, а с другой – энергетикой участка «вниз».
Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) передающей станции
(11.1)
где РПЕР – эффективная мощность на выходе передатчика;
ηПЕР – коэффициент передачи по мощности волноводного тракта;
GПЕР – коэффициент усиления передающей антенны относительно изотропного излучателя.
Затухание энергии сигнала в свободном пространстве – уменьшение плотности потока мощности при удалении от излучателя
(11.2)
где λ- длина волны;
d – наклонная дальность (расстояние между передающей и приемной антеннами).
Рисунок 11.1 – Структурная схема и диаграмма уровней одного участка линии спутниковой связи
Полное значение потерь на трассе
. (11.3)
При согласовании волновых сопротивлений антенны, элементов тракта и приемника мощность сигнала на входе приемника
. (11.4)
Если SПР – эффективная площадь апертуры антенны, то ее коэффициент усиления имеет вид
(11.5)
то
. (11.6)
Формула позволяет определить необходимую мощность передатчика по заданному значению мощности сигнала на входе приемника.
Если заданы не мощность сигала на входе приемника, а отношение сигнал-шум на входе приемника 
, то в формулу необходимо подставить 
, где суммарная мощность шума выражается формулой
, (11.7)
где K – постоянная Больцмана;
ТΣ – эквивалентная шумовая температура всей приемной системы с учетом внутренних и внешних шумов;
Δf – эквивалентная шумовая полоса приемника.
Иногда при расчете энергетики спутниковых линий необходимо знать напряженность электромагнитного поля, создаваемого излучением ИСЗ на поверхности Земли А0, или плотность потока мощности излучения ИСЗ у поверхности Земли W
; 
(11.8, 11.9)
где r0=120π – волновое сопротивление свободного пространства, А0 измеряется в милливатт на метр (мВ/м);
W – в ватт на квадратный метр (Вт/м2).
Следовательно
. (11.10)
Качество связи оценивается для цифровых методов передачи частостью ошибок, приходящихся на 1 бит. При этом для различных случаев частость ошибок составляет 10-6, 10-4, 10-3. При правильных методах измерений она близка к вероятности ошибочного приема
. (11.11)
ЕЭ/N0 выбирается из таблиц [c. 111] для различных видов модуляции.
В роли критерия качества при передаче ТФ сообщений аналоговым методом используют мощность шума на выходе канала, при передаче ТВ сообщений – отношение сигнал-шум на выходе канала, а при использовании цифровых методов – часть ошибок, которая определяется отношением мощности сигнала к мощности шума на входе приемника.
На практике лучше использовать более общий критерий – отношение средней мощности модулированного сигнала на входе демодулятора к средней мощности шума, называемый отношение несущая-шум и и определяемый по формуле
(11.12)
где РС – средняя мощность модулированного сигнала в полосе ПШ на входе демодулятора, Вт;
ПШ – ширина полосы пропускания тракта, предшествующего демодулятору (шумовая полоса), Гц;
ТΣ – эквивалентная эффективная шумовая температура приемника ЗС, включающая в себя шумовую температуру антенны и приемника, К;
k=1,38·1023 Вт/(Гц·К) – постоянная Больцмана.
Во многих случаях удобно использовать отношение средней мощности модулированного сигнала к спектральной плотности мощности шума, Гц или дБ·Гц.
Например, при передаче ТВ с помощью ЧМ параметры качества на входе демодулятора и выходе канала связаны следующим образом
(11.13)
где [С/Ш] – отношение мощности сигнала, соответствующей квадрату напряжения сигнала изображения (без синхроимпульсов), к визометрически взвешенной мощности шума, дБ;
F2ТВ – верхняя граничная частота спектра ТВ сообщения, которая должна быть принята равной 5 МГц при использовании унифицированного взвешивающего фильтра (УВФ);
ΔfТВ=Δfр/0,7 – полный размах девиации частоты ( с учетом синхроимпульсов);
Δfр – размах девиации частоты, соответствующий сигналу изображения (без синхроимпульсов);
κΣ=κПИ+κТВ – результирующий выигрыш, обусловленный введением предыскажений и использованием взвешивающего визометрического фильтра, учитывающего особенности спектральной чувствительности человека.
При κΣ=13,2 дБ(УВФ) получим
. (11.14)
Учитываем наличие порогового уровня.