Топологии построения сетей VSAT

3.4.1 Спутниковая сеть VSAT SCPC, топология POINT-TO-POINT (точка-точка)

      Эта сеть характеризуется одним каналом на несущей частоте. Это самый простая версия сети VSAT. Для передачи информации между двумя абонентским терминалам (точкам) через спутник выделяются два канала – там и наоборот, каждая из которых имеет свою несущую частоту. Этот та технология называется SCPC (Single Channel Per Carrier) и всегда позволяет иметь готовый канал передачи с гарантированной скоростью. Схема организации для этой технологии показано на рис. 6.

   Однако этот метод неэффективен при использовании спутниковый ресурс. Чтобы организовать этот спутниковый канал это связано со значительными финансовыми затратами, поэтому они могут быть менее дорогими. Они используют трафик для решения определенных проблем крупные организации.

Рис. 3.4.1 – Схема организации по топологии POINT-TO-POINT

         Спутниковая сеть с топологией «звезда» может быть организована на основе каналы точка-точка с технологией SCPC. Схема представлена ​​на рис.7. При такой организации сети используется несколько каналов на одном Несущая частота с временным разделением информационных потоков. С этим подход, базовая станция отправляет весь поток, а абонентские станции разделить предназначенную для них информацию на так называемые заголовки служб - теги владения трафиком. То есть спутник ресурс эффективно используется и к центральной станции базовый.

Рис.3.4.2 – Схема организации сети VSAT топологии STAR по технологии

MCPC

      Однако в обратном направлении сохраняется необходимость резервирование отдельной полосы частот и наличие отдельного спутника модем со всеми недостатками неравномерной нагрузки или простоев. тем не мение, сеть VSAT MCPC в форме звезды вполне приемлема для проекта спутниковое телевидение, и в подтверждение, современный DVBS2 - это один из вариантов MCPC.

      Сети MCPC / SCPC могут использоваться, когда они маленькие количество периферийных станций потребляет значительный и пульсирующий трафик и обратный трафик с этих станций невысокий и более-менее стабильный.

  

3.4.2 Спутниковая сеть VSAT топологии STAR (звезда), технология TDM/ и TDM/MF- TDMA

      В сети TDM / TDMA (мультиплексирование с временным разделением) множественный доступ с временным разделением - множественный доступ с временным разделением) можно использовать независимо от количества абонентских станций (терминалов) всего две частоты: для передачи от центральной наземной станции к абонентским терминалам и для передачи со всех абонентских терминалов на центральную станция. Передача сигнала такая же, как в сети MCPC / SCPC: данные для всех абонентов отправляются на одном носителе, в одном цифровом поток с разделением по времени. Поток разбит на блоки, каждый из которых имеет личный титул. При приеме две абонентские станции не могут работает на передачу на одной частоте одновременно - такой сигнал невозможен принять и декодировать. Следовательно, абонентские терминалы передают информацию с другой стороны, «мигает» не постоянно, а отдельными пакетами. Такой режим

передача называется пакетным режимом (от слова burst - вспышка). Мигает

разные терминалы не совпадали по времени, каждый из абонентских терминалов передает не при попадании, а только назначенному "персоналу"

временные интервалы - это временные интервалы. Поскольку абонентские терминалы в сети TDM / TDMÀ не «видят» друг друга; центральная станция. Представлена ​​организационная схема данной технологии на рис. 8.

Рис. 3.4.3 – Схема организации сети TDM/TDMA

                   Глава 4. Особенности спутниковых антенн

4.1 Вид спутниковых антенн

         Спутниковая антенна используется для приема сигналов со спутника.

Отраженный от поверхности антенны спутниковый сигнал фокусируется

преобразователь радиатора, где он превращается в первый промежуточный

частота. Самые распространенные спутниковые антенны - это

параболические антенны. Есть три типа таких антенн: прямая фокусировка,

офсетный и тороидальный.

            Прямофокусная (осесимметричная) антенна - это антенна

классический тип параболоида вращения. Это способствует более точному

установка на выбранный спутник. Как правило, такие антенны используются для прием сигнала в C-диапазоне, так как он слабее сигнала в Ku-диапазоне.

Также возможен прием сигнала в Ku-диапазоне, а также в комбинированном диапазон. Вид этой антенны показан на рис.4.1

Рис.4.1. Прямофокусная антенна

      Рассмотрим основные достоинства и недостатки этого типа антенны.

К достоинствам можно отнести простой производственный процесс и низкую стоимость цена.

Недостаток:

      - невозможно установить на стены дома без длинного пульта ДУ, устанавливается (чтобы обеспечить нужный угол возвышения), иначе край зеркала антенна только на стене;

    - сложная настройка и установка;

   - конвертер устанавливается на пути прохождения сигнала от спутника. Это затеняет часть отражателя, и это снижает общий коэффициент t усиление принимаемого сигнала;

   - в антенне собираются атмосферные осадки: дождевая вода и снег.

           В основном используется антенна с прямым фокусом профессиональный прием сигналов со спутника с размерами рефлектора более 1,5... 2,0 метра.

 

Офсетная антенна - самая распространенная антенна для приема спутниковых сигналов телевидение и радио. Офсетная антенна имеет форму эллипса. параболоид. Фокус этого сегмента находится ниже геометрического центра антенна, исключающая затенение полезной площади антенны с помощью радиатор и его опоры. В свою очередь, это увеличивает его эффективность одновременно такая же площадь зеркала с осесимметричной антенной. Также радиатор устанавливается под центром тяжести антенны, что увеличивает ее устойчивость при ветровые нагрузки. Офсетная антенна устанавливается практически вертикально. В зависимости от географической широты угол наклона меняется незначительно.

Такое положение исключает скопление атмосферных осадков в антенной тарелке сильно влияет на качество приема. Антенны обычно расположены в шахматном порядке используются для приема сигнала Ku-диапазона (при использовании круговая поляризация). Однако вы можете принимать сигнал как в C-диапазоне, так и в комбинированном диапазоне. На рис.4.2. показана тип данного антенна.

    Рис.4.2. Офсетная антенна

            Офсетная спутниковая антенна, фокус отраженной рефлектором

сигнал смещен в сторону. Это имеет значительный и положительный эффект.

его беспрепятственный проход к питанию преобразователя. И в антенна прямая фокусировка, передача сигнала затруднена, как и ее стойки держите преобразователь так же хорошо, как и себя. Быть в разных климатических условиях. Дождь или снег, смещенный спутник антенны. Это связано с положением самого отражателя.

 Антенны с параболическим рефлектором бывают более чем одной отражатель, но также с двумя отражателями: благодаря второму отражателю отражающая поверхность антенны увеличивается, тем самым усиливая сигнал. Параболические рефлекторные антенны с двумя рефлекторами также называют тороидальный.

Тороидальная спутниковая антенна в дополнение к двум отражателям может быть укомплектованным несколькими преобразователями. Благодаря этой технологии изготовленная тороидальная спутниковая антенна способна принимать сигналы от нескольких спутников одновременно, при этом каждый конвертер будет находиться непосредственно в фокусе спутника, на который он направлен – это большой плюс, так как нет необходимости устанавливать поворотные устройства для прием спутникового сигнала.

          Внешнее главное зеркало тороидальной антенны отличается от обычного офсетная спутниковая антенна, так как скорее всего ее нет

овальная, но яйцевидной формы. Из-за такого сложного профиля и отражения от вспомогательное зеркало в пространстве не образовано отдельной точкой фокус и расширенная кривая, т.е. фокус любой видимой точки геостационарная орбита. Антенна этого типа показана на рисунке 4.3..

 

Рис.4.3. Тороидальная спуниковая антенна

       Тороидальную спутниковую антенну очень сложно изготовить и

на верфи. Установка спутниковой антенны требует определенных навыков:

точный выбор азимута, положения установки, угла наклона.

 

Фазированные антенные решётки

    ФАР состоит из множества передатчиков с когерентным питанием, которые могут быть полосовыми, рупорными, щелевыми и другими антеннами. Если сигнал поступает на все излучатели в одной фазе (фазированная решетка), то диаграмма направленности антенны перпендикулярна ее плоскости. Коэффициент усиления такой антенны зависит от отношения ее размера (апертуры) к длине волны, количества и относительного положения излучателей, а также потерь в линиях, по которым они питаются. Как и любая направленная антенна, синфазная решетка требует механической юстировки в направлении сигнала. Когда соотношение фаз между излучателями изменяется, диаграмма направленности фазированной решетки отклоняется относительно плоскости антенны, усиление антенны уменьшается по мере того, как диаграмма направленности отклоняется от нормали. Управляемые фазовращатели в линиях питания передатчиков ФАР позволяют построить антенну с электронным управлением диаграммой направленности, которая не требует никаких механических перемещений при наведении. Электронное наведение антенны, в отличие от механического, может осуществляться практически мгновенно. Хотя эта конструкция довольно сложна в реализации и приводит к уменьшению усиления антенны при изменении диаграммы направленности, она требуется во многих приложениях спутниковой связи. Гибридная схема также используется для управления диаграммой направленности фазированной решетки: электронное сканирование в одной плоскости и механическое перемещение в другой.

    Спутниковые антенны на основе фазированных решеток имеют ряд ограничений. Они могут работать только в относительно узком частотном диапазоне (например, работа во всем диапазоне от 10,7 до 12,75 ГГц с одной антенной на основе фазированной решетки невозможна), сложны в проектировании и изготовлении, имеют высокую стоимость. На основе ФАР в основном строятся спутниковые антенны с малой апертурой.

    Преимущества антенн на основе ФАР - компактность и возможность электронного управления диаграммой направленности - делают их востребованными в мобильной спутниковой связи. Фазированные решетки используются в портативных и мобильных станциях диапазонов Ku и Ka, портативных терминалах Inmarsat BGAN (диапазон L) и портативных спутниковых станциях специального назначения. Разрабатываются новые типы спутниковых антенн на основе ФАР, в которых используются управляемые линзы из метаматериалов для улучшения их свойств и снижения стоимости массового производства в будущем. В земных станциях спутниковой сети SpaceX Starlink, где требуется непрерывное антенное сопровождение низкоорбитальных спутников, планировалось использовать поэтапные сети с электронным управлением диаграммой направленности, при этом стоимость терминала была заявлена ​​менее 300 долларов, но на начальном этапе предлагалось использовать гораздо более дорогие антенны, по прикидкам, сочетающие в себе электронное наведение и механическое опережение (интегрированные двигатели).

          Кроме того, на основе антенных устройств производятся компактные плоские антенны для домашнего приема спутникового ТВ, которые требуют гораздо меньше места для установки, чем классические «антенны» сопоставимого отверстия, поскольку у них нет блока питания, размещенного на плоской передней панели. антенны. Это позволяет размещать их не только на улице, но и внутри (на окне, балконе, лоджии и т. Д.), При условии, что место установки гарантирует видимость спутника.

Рис.4.3. -Фазированные антенные решётки

Конвертор

     Как уже упоминалось выше, спутниковый сигнал сфокусирован

спутниковая антенна в одной точке. Именно в этот момент

конвертер с помощью специального держателя. Конвертер (иными словами LNB, от "Low Noise Block" – малошумящий блок) предназначен для приема высокочастотного сигнала со спутника. Конвертер преобразует сигнал в более низкую частоту и усиливает его на последующая передача по коаксиальному кабелю на приемник. Фактор собственных шумов - одна из основных характеристик преобразователя. Низший шума, тем лучше будет преобразователь. Типичное значение этого параметра, равное производители преобразователя указывают, что оно составляет 0,1 - 0,3 дБ. Структурно

преобразователи различаются для разных диапазонов (C и Ku), а также в зависимости от поляризация (линейная и круговая). На рисунке 13 показан универсальный конвертер Ku диапазона.

 

Рис.4.4. Универсальная конвертор Ku-диапазона

      Универсальные преобразователи диапазона Ku - двухчастотные

гетеродин. Использование такого гетеродина связано с тем, что диапазон Ku достаточно широк, по этому диапазону Ku он подразделяется на два поддиапазона: нижний 10700–11800 МГц и верхний 11800–12750 МГц.

Переключение между диапазонами осуществляется сигналом, передаваемым через кабель от спутникового ресивера (ресивера). от ресивера также происходит контроль переключения поляризации преобразователя. Самая простая схема универсальный преобразователь показан на рисунке 14.

Рис.4.5. Простейшая схема универсального конвертора

 

          Рассмотрим составные элементы универсального преобразователя,

представлен на рис.4.5. МШУ - это малошумящий усилитель. Как только уровень сигнала войдет на входе спутникового преобразователя небольшой, усилитель в преобразователе должен быть c низкий уровень собственного шума. Перед преобразованием сигнала, мощность должна быть усилена, что и происходит в LNA. При выборе шум спутникового конвертера - один из самых важных особенности.

PF - полосовой фильтр. Он выбирает только из всего частотного спектра полоса занятого спектра. Весь шум и ненужные сигналы на других частотах удалены.

CM - смеситель. В смесителе частота понижена (частота гетеродин вычитается из частоты принятого сигнала а).

УПЧ - усилитель промежуточной частоты. Здесь сигнал усилен. Это необходим для дальнейшей передачи сигнала на приемник.

 

Ресивер

         Ресивер спутникового телевидения (часто называемый тюнером или

спутниковый ресивер) - это ресивер, который выбирает нужный спутниковый канал и транслирует его на телевизор. Спутник ресиверы используются для подключения спутниковой антенны ТЕЛЕВИЗОР. Спутниковый ресивер преобразует спутниковый сигнал в сигнал понятный для телевизора. Функциональная схема декодера STB для приема цифрового телевидения

показано на рис.4.6.

Рис.4.6. Функциональная схема абонентской приставки

 

      Декодер состоит из селектора каналов (тюнера), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блока обработки цифрового сигнала (DSP),

который включает в себя демодуляцию, деинтерлейсинг, декодирование и

демультиплексирование потоков, а также декодер видео и аудио по стандарту MPEG. После блока DSP кодирование выполняется в системе PAL.

Компонентный сигнал, композитный аналоговый выход видеосигнал и вывод на разъем SCART или RCA.

4.4. Как работает спутниковая антенна

    Антенна спутникового телевидения используется для приема телевизионного сигнала с космического спутника. Параметры самой антенны и ее преобразователя во многом определяют качество изображения и звука, которое спутниковый декодер будет передавать вам на экране вашего телевизора. Рассмотрим принцип их действия.

                              Рис.4.7. Работа спутниковой антенны

Уровень сигнала, полученного от спутника на земле, очень низкий по сравнению с его исходным уровнем: затухание составляет около 200 дБ. Это и понятно: расстояние, которое отделяет Землю от спутника, составляет около 36000 км. Получить сигнал такой силы для просмотра программ можно только в том случае, если вы его максимально сконцентрируете. Эту функцию выполняет спутниковый приемник волн, который представляет собой изогнутую поверхность, в просторечии называемую тарелкой.

Волны, посылаемые со спутника на землю, отражаются внутренней поверхностью антенны, соблюдая законы оптики, и концентрируются в точке, называемой фокусной точкой. Здесь находится приемная головка преобразователя, устройство для преобразования высокочастотных колебаний в сигнал кабеля.

Какие бывают спутниковые антенны

         С момента открытия спутниковой связи было разработано множество разновидностей приемников волн для приема и передачи сигнала. Каждый тип нашел свое наземное применение в зависимости от назначения системы спутниковой связи:

     -мобильная связь;

    - спутниковая телефония и радиовещание;

    - навигация с помощью орбитальной связи;

      -Интернет;

      -метеорология;

      - связь с космическим кораблем;

      -ТЕЛЕВИЗОР.