Запуск спутников. Спутники ретрансляторы на геостационарной орбите

ЗАПУСК СПУТНИКОВ. СПУТНИКИ РЕТРАНСЛЯТОРЫ НА ГЕОСТАЦИОНАРНОЙ ОРБИТЕ

Другие орбиты

Эллиптические орбиты. Прием телевизионного спутникового вещания с геостационарной орбиты в точках, расположенных выше 81,3° северной и южной широт, весьма сложен при приемопередаче аналоговым способом, так как малый угол места приемной антенны приводит к ее практически полному затенению рельефом местности. Поэтому для обслуживания наземных территорий, расположенных выше 81,3^е северной и южной широт, используются спутники, нахо­дящиеся на эллиптической орбите, которая имеет угол наклона к плоскости Экватора 63,5° (рис. 1.4). Высота ее апогея в северном полушарии составляет около 40550 км, высота перигея в южном по­лушарии - 500 км. Движение спутника относительно Земли в области апогея замедляется, а область перигея, расположенную над южным полушарием Земли, спутник проходит очень быстро. Обслуживание северных территорий одним спутником возможно в течение не менее 8 ч, поэтому трех спутников, сменяющих друг друга с равными раз­ными фазами, достаточно для ведения круглосуточного приема. Очевидно, что антенна земной станции при передаче на спутник, а также антенны приемных станций на Земле должны отслеживать спутник на высоком участке эллиптической орбиты. Для этого нужна сложная и дорогостоящая система автосопровождения и система переключения с одного "заходящего" спутника на другой "восходя­щий". Если учесть высокую стоимость изготовления трех спутников, стоимость их запуска и эксплуатации, стоимость автосопровождения земных приемных устройств, то все вместе взятое делает экономи­чески не выгодным использование спутников на эллиптической орби­те для ретрансляции телевизионных программ.

Низковысотные и средневысотные круговые орбиты. Осо­бый интерес представляет использование спутников на невысоких околоземных орбитах. В зависимости от высоты орбиты различают круговые орбиты:

□ геостационарную (GEO);

□ низковысотную, Low Earth Orbit (LEO);

□ средневысотную, Medium Earth Orbit (MEO).

Небольшие расстояния от Земли до спутников, находящихся на невысоких орбитах, приводят к меньшим потерям сигнала и мень­шему времени его запаздывания. Кроме того, спутники на таких ор­битах позволяют охватить и приполярные районы. Однако здесь недостаточно иметь один спутник, а необходимо их около десятка и больше, и устанавливаться они должны на разных орбитах.

Низковысотные орбиты (LEO) используются системой IRIDIUM, представляющей собой спутниковую сеть персональной связи, предназначенную для обеспечения всего комплекса телефонных услуг: передачи речи, данных и т.д. в любую точку Земли и в любое время. В системе IRIDIUM сеть из 66 спутников на 6-ти орбитах в разных плоскостях располагается на высоте приблизительно 780 км над поверхностью Земли. На каждой из шести орбит движется 11 рабочих спутников и один запасной. По сравнению со спутника­ми на геостационарной орбите низкоорбитальные спутники позво­ляют осуществлять связь при помощи маломощной портативной наземной аппаратуры. Это реализуется благодаря их низким орби­там, небольшому расстоянию и возможности создать большую плотность потока мощности у поверхности Земли (в относительно узкой полосе частот - до 4 кГц). Поэтому приемопередающее уст­ройство - абонентский телефон - становится также столь малым, что помещается на ладони. Срок жизни спутника на низких орбитах небольшой (всего 6...8 лет) из-за того, что спутник пересекает ра­диационный пояс Земли и аппаратура под воздействием радиации (накопленной дозы) выходит из строя

Апогей

 

 

Перигей Рис. 1.4 Эллиптическая (1) и геостационарная (2) орбиты

 

Стабилизация положения спутника на геостационарной

Орбите

После того как спутник выведен на орбиту, его положение долж­но быть определено и строго фиксировано. Для этого необходимо стабилизировать положение спутника относительно плоскости гео­стационарной орбиты и удерживать спутник постоянно на плановой позиции в точке стояния для точной и жесткой ориентации излу­чения антенн в нужном направлении на земную поверхность. Но положение спутника на геостационарной орбите только условно считается постоянным. На самом деле, даже на протяжении суток, под воздействием переменного влияния гравитационных сил Луны, Земли и Солнца оно изменяется непредсказуемым образом. Спут­ник совершает сложные гармонические суточные и годовые коле­бания, которые с Земли наблюдаются в виде восьмерки, изменяю­щейся относительно плоскости геостационарной орбиты. Следова­тельно, без стабилизации положения спутника и его антенн ретрансляцию телепередач на отведенную территорию на Земле обеспечить невозможно. Стабилизация положения в сущности оз­начает сохранение постоянного направления оси корпуса спутника относительно плоскости геостационарной орбиты. Если эта про­блема решена, то обеспечить постоянную направленность антенн уже проще. Существуют два основных способа стабилизации спут­ника на геостационарной орбите:

□ стабилизация вращением. Обычно для стационарных спутни­ков ось вращения (стабилизации) выбирается параллельной оси Земли;

□ стабилизация по трем осям (непосредственная стабилиза­ция) осуществляется при управлении угловым положением спутни­ка относительно каждой из трех осей координат.

Стабилизация вращением является простейшим видом стаби­лизации (метод вращающегося "волчка" на столе). Она осуществ­ляется за счет вращения спутника или его части с частотой 80... 100 об/мин вокруг оси, параллельной оси вращения Земли. При враще­нии появляется гироскопическая жесткость и создается угловой момент в фиксированном направлении. При отклонении его от за­данной величины включаются собственные реактивные двигатели спутника, которые устраняют это отклонение. На рис. 1.5 показана типовая конструкция спутника двойного вращения, в котором ис­пользуется вращающийся цилиндр и противовращательная плат­форма (т.е. направление вращения платформы постоянно проти­воположно направлению вращения цилиндра). За счет этого плат форма, на которой устанавливаются неповоротные направленные на Землю антенны, имеет почти нулевую угловую скорость. Антен­ны соединены с приемопередающим блоком волноводными вра­щающимися сочленениями.

Стабилизация по трем осям координат (по оси рыскания, оси крена, оси тангажа) или непосредственная стабилизация - это дру­гой способ стабилизации. Непосредственная стабилизация осуще­ствляется при управлении угловым положением спутника относи­тельно каждой из осей координат. Такое управление выполняется либо в результате непосредственного изменения угловых переме­щений и приложения моментов силы относительно каждой из его трех осей, либо за счет применения устройств с инерционным мо­ментом, например, маховика, который действует одновременно как гироскоп, стабилизатор вращения и двигатель. Такая система ис­пользована в американских спутниках "Интелсат V" и "Интелсат 5V". На них быстроходный вращающийся маховик удерживает на­правленные на Солнце панели солнечных батарей, обеспечивая гироскопическую жесткость спутника по одной, двум или трем осям. Для поддержания постоянной ориентации спутника эти устройства снабжаются чувствительными элементами и датчиками. На рис. 1.6 показана типовая конструкция спутника с непосредственной стаби­лизацией.

Кроме этого, для удержания спутника на заданной позиции в точке стояния применяют специальный сигнал пилот-луч.

Сформированный на земной передающей станции и направляе­мый постоянно под фиксированным углом в сторону спутника этот сигнал принимается и обрабатывается на его борту, в результате

 

 

Рис. 1.5. Типовая конструкция спутника со стабилизацией вращением: 1 - вращающийся цилиндр; 2 - распреде­ление электроэнергии платформа

 

 

Рис. 1.6.Типовая конструкция спутника со стабилизацией по трем осям (непосредственная стабилизация)

чего определяется величина отклонения спутника от его орбитальной позиции. Затем, в случае превышения спутником допустимого откло­нения, включаются его собственные двигатели, которые устраняют отклонение, что позволяет в 2...3 раза улучшить суммарную точность наведения антенн спутника на заданную территорию Земли.

Согласно плана ВАКР нестабильность положения спутника на геостационарной орбите в направлении север-юг и восток-запад не должна превышать 0,1°.

У современных спутников-ретрансляторов максимальная ошибка системы ориентации и стабилизации положения спутника не превы­шает: по оси крена 0,1°; по оси тангажа 0,15°; по оси рыскания 0,2°.

Вещания

Основные функции. Спутники на геостационарной орбите обеспечивают прием информации со станций, находящихся на Земле и передачу ее многочисленным наземным абонентам - при­емным устройствам. В этой системе они выполняют роль станции повторения - ретранслятора. Такие спутники выполняют следую­щие основные функции:

□ принимают сигналы (выделенном диапазоне частот), пере­даваемые со станции на Земле в направлении спутника;

□ усиливают принятые сигналы;

□ преобразовывают частоту принятых сигналов в частоту сигна­лов, предназначенных для передачи в направлении спутник- Земля;

□ ретранслируют (передают) преобразованные и усиленные сигналы многочисленным наземным приемным устройствам только на отведенную территорию.

Структурная схема спутника-ретранслятора, стабилизированно­го по трем осям, показана на рис. 1.7. Функционально спутник со­стоит из пяти основных частей и включает в себя: модуль антенн, приемоусилительный и передающий блоки (они соединяются с мо­дулем антенн волноводным трактом), модуль стабилизации и кор­рекции положения спутника на орбите, включая двигатели, систему обеспечения электроэнергией с солнечными батареями.

Выводы

В главе рассматривается вывод спутников на геостационарную орбиту для ретрансляции телевизионных и радиовещательных про­грамм многочисленным абонентам - наземным приемным устрой­ствам. Спутник на геостационарной орбите устанавливается на плановой позиции в точке стояния и движется по орбите синхронно (без затрат энергии), с угловой скоростью равной угловой скорости вращения Земли, поэтому кажется неподвижно "висящим" над зем­ной поверхностью. Однако под воздействием внешних гравитаци­онных сил Солнца, Земли, Луны он постепенно смещается. Для удержания на установленной плановой позиции в точке стояния спутник автономно или по командам с Земли проводит корректировку своего положения собственными ракетными двигателями, используя для этого топливо, находящееся на борту. Количество топлива определяет (вместе с продолжительностью работы акку­муляторных батарей) продолжительность "жизни" спутника, которая составляет от 7 до 10 лет и более. При отсутствии топлива он без­возвратно смещается, прекращает свое существование и заменя­ется новым, устанавливаемым на той же позиции. Спутник на гео­стационарной орбите удерживается строго на своей плановой по­зиции в точке стояния, положение его жестко фиксировано по от­ношению к оси вращения Земли и стабилизировано, что дает воз­можность точно ориентировать антенны в нужном направлении и вести передачи на отведенную территорию. Стабилизация положе­ния спутника осуществляется или методом вращения (метод вра­щающегося "волчка"), что создает гироскопическую жесткость по отношению к своей оси вращения, которая выбирается параллель­но оси вращения Земли, или стабилизацией по трем осям коорди­нат, т.е. стабилизацией положения спутника относительно оси тан­гажа, оси рыскания и оси крена.

Энергоснабжение спутника на орбите обеспечивается исключи­тельно за счет электроэнергии получаемой от солнечных батарей, которые вырабатывают ее мощностью от 1,0 до 10 кВт и более. Она предназначена для работы бортовых приемопередающих сис­тем и систем обеспечения "живучести" спутника в целом, а также для зарядки аккумуляторных батарей, так как при нахождении спут­ника в тени Земли солнечные батареи энергию не вырабатывают и энергоснабжение всех его систем обеспечивается за счет энергии запасенной аккумуляторными батареями.

На борту спутника-ретранслятора устанавливаются антенны, ко­торые принимают со станции на Земле СВЧ сигналы, предназначен­ные для ретрансляции. Принятые СВЧ сигналы фильтруются, усили­ваются, изменяется их несущая частота. Затем они передаются с заданной конфигурацией излучения на отведенную территорию.

Для передач со спутников ретрансляторы выполняются в виде отдельных частотных стволов-транспондеров. Каждый транспондер содержит тракт преобразования частоты и усилитель с ограничен­ной пиковой мощностью. Антенна на спутнике принимает сигналы от многих земных станций. Для разделения сигналов и развязки между излучающими СВЧ сигналами большой мощности и слабыми приемными входными сигналами (в случае установки приемопере­дающей антенны) применяются полосовые высококачественные разделительные фильтры, роль которых здесь огромная.

 

Глава 2

ТЕРМИНОЛОГИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Шумы

В любой системе связи наряду с полезными сигналами всегда присутствуют и посторонние, ненужные, которые создают помехи приему. Такие сигналы - помехи, имеющие случайную природу и не передаваемые никакими другими системами, называются шумами. Шумы - это природное явление. В идеальных системах связи сиг­нал мог бы передаваться и приниматься без помех. Однако в лю­бом реальном приемном электронном устройстве всегда присутст­вуют шумы, от которых полностью избавиться невозможно. Они состоят:

□ из внешних принятых шумов (атмосферные шумы, галакти­ческие шумы, шумы Солнца, Земли и др.)

□ из внутренних шумов приемного устройства (эквивалентные
шумы антенны, шумы коаксиальной линии питания, шумы предва­рительного усилителя, смесителя и т.д.). Они вызывают ухудшение

приема, снижают чувствительность приемного устройства, так как ограничивают прием минимального полезного сигнала по уровню.

Спутники непосредственного телевизионного вещания (НТВ) и спутники фиксированных средств связи - распределительные (ФСС)

Функционирующие спутники, находящиеся на геостационарной орбите, являются в основном интернациональными - принадлежат или Европейскому сообществу (спутники EUTELSAT, сокращенно ECS) или Международному (спутники INTELSAT). Они делятся на две большие группы:

□ спутники фиксированных средств связи, связи с фиксирован­ными точками ФСС (FSS - Fixed Satelit Servise);

□ спутники непосредственного телевизионного вещания НТВ (DBS - Direkt Broadcast Satelit).

Спутники ФСС

Другой тип спутников - ФСС спутники фиксированных средств связи ФСС, связи с фиксированными точками, или иначе - распреде­лительные. В соответствии с Планом ВАКР 1988 г. для них выделены полосы частот 10,7... 10,95 и 11,2... 11,45 ГГц (плановые), также поло­сы частот 3400...4200 МГц; 10,95... 11,2 ГГц; 11,45... 11,7 ГГц. По­следние три полосы частот относятся к так называемым координи­рованным. Для работы спутников в этих диапазонах необходимо получить разрешение в МСЭ-Р, после чего они могут располагаться в любой точке стояния на орбите, для которой получено разреше­ние в процессе координации (согласования). Спутники, предназна­ченные для работы в этих полосах частот, могут вести передачи и на узкие, региональные, а также и на глобальные зоны покрытия. Для спутников ФСС излучаемая мощность транспондера ограничивается (допускается не более 50 Вт), так как в выделенной для них полосе частот работают наземные службы радиосвязи - радиолокационные, радионавигационные, радиорелейные и другие, для которых спутни­ковые сигналы при их достаточной мощности будут создавать недо­пустимый уровень помех. Для спутников, работающих как в плани­руемых, так и в координируемых участках частотного диапазона, плотность потока мощности у поверхности Земли составляет не бо­лее - 113... 116 дБ Вт/м², т.е. примерно в десять раз (на 10 дБ) меньше, чем плотность потока мощности, разрешенная для спутни­ков НТВ. Допустимые значения ППМ для них с учетом разных усло­вий приема приведены в табл.2.1. Точность удержания этих спутни­ков в точке стояния на позиции геостационарной орбиты невысокая, т.е. "след" их большой. Поэтому возникает необходимость при прие­ме иметь автоподстройку (автофокус) антенны.

Однако спутники ФСС имеют большое количество транспондеров (частотных стволов) и широко используются для ретрансляции теле­передач на территорию Европы и Северной Америки. Это объясня­ется, во-первых, тем, что спутники ФСС дешевле спутников НТВ из-за меньшей мощности излучения и меньшей мощности энергопо­требления. Во-вторых, благодаря большему количеству транспонде­ров, с одного спутника можно передавать большее количество теле­визионных каналов на разные страны и на разные территории. Кроме того, на одну и ту же территорию можно ретранслировать передачи с нескольких спутников ФСС, в результате чего увеличивается количе­ство телевизионных каналов (50 - 100), в которых могут принимать передачи в странах Европы и Америки.

Благодаря применению малошумящих усилителей-конвертеров с коэффициентом шума не более 1,0...0,6 дБ, современные приемные устройства позволяют принимать сигналы со спутников ФСС на ан­тенны диаметром от 1,0 до 2,0 м. Как видно, для приема со спутников ФСС требуются антенны большого размера, особенно для приема за зоной покрытия. Поэтому, наземные приемные устройства распре­делительных систем с такими антеннами - это дорогостоящие со­оружения. Они принимают сигналы со спутника, а после, преобразо­вав в соответствующий стандарт наземные телевизионные сигналы, распределяют их потребителям по кабельным коаксиальным линиям или через радиорелейные наземные ретрансляторы.

Выводы

Спутники на геостационарной орбите выполняют роль ретранс­ляторов. Они принимают телевизионные СВЧ - сигналы, направлен­ные с Земли, усиливают, преобразовывают их - изменяют частоту несущей и передают в направлении Космос-Земля на отведенную территорию. Сигналы, преодолевая огромное расстояние, рассеи­ваясь, достигают земной поверхности весьма слабыми. Их уровень по отношению к первоначальному уменьшается приблизительно в 10²⁰ раз (минус 200 дБ).

Индивидуальные устройства могут принимать телевизионные передачи со спутников, находясь внутри зоны покрытия, на границе которой плотность потока мощности составляет (минус) -103 дБ Вт/м², а для коллективных (минус) -111 дБ Вт/м². Для снижения вероятных помех другим системам связи, в частности спутниковым телефонным системам или наземным радиорелейным телефонным и т.д., ППМ ограничивают. Она не должна для них превышать (ми­нус) -152 дБ Вт/м² в контрольной полосе частот 0...4.0 кГц (что записывается - 152 дБ ) при всех видах модуляции, при этом учитывается угол прихода мешающей электромагнитной волны (см. табл.2.1).

С целью получения достаточного уровня плотности потока мощности, необходимого для качественного приема и при этом ма­лого уровня помех, при передаче прибегают к сглаживанию энерге­тических выбросов в спектре передаваемого видеосигнала,- дис­персии, что делает его спектр равномерным или приближает к рав­номерному. Для уменьшения заметности сигнала дисперсии на изображении при приеме применяют известные схемы фиксации (схемы привязки) уровня.

Ширина частотной полосы спутникового телевизионного канала вы­брана для спутников НТВ в 27 МГц при девиации ±6 МГц и 36 МГц для спутников ФСС при девиации ±15 МГц. Передачи со спутников ве­дутся в СВЧ диапазоне, который обеспечивает большую пропуск­ную способность. Это позволяет принимать большое количество телевизионных частотных каналов при достаточно широкой час­тотной полосе каждого. Работа в СВЧ диапазоне позволяет также сформировать острую диаграмму направленности передающих ан­тенн и создать тем самым необходимую плотность потока мощно­сти только на отведенной территории при относительно небольшой излучаемой мощности передатчика спутника и небольших размерах его антенн. Прием в этом диапазоне ведется также на небольшие антенны, особенно со спутников НТВ. Это дает возможность вести прием со спутников-ретрансляторов как коллективными, так и инди­видуальными устройствами. Особенно большие возможности от­крывает приемопередача телевизионной информации цифровым способом, у которого целый ряд преимуществ по отношению к ана­логовому, а самое главное, он позволяет реализовать большую пропускную способность частотной полосы спутникового канала, обеспечивая высокое качество принимаемого изображения и звука.

Спутники, функционирующие на геостационарной орбите, в боль­шинстве своем являются интернациональными и принадлежат или европейскому, или мировому сообществам. Они делятся условно на спутники непосредственного телевизионного вещания - НТВ и рас­пределительные, спутники фиксированных средств связи - ФСС.

У спутников НТВ мощность излучения передатчиков порядка 250...350 Вт на канал, маленький "след", т.е. высокая точность удержания на позиции в точке стояния. Каждый спутник может ретранслировать аналоговым способом не более чем в пяти теле­визионных каналах. При цифровом способе количество телевизи­онных каналов увеличивается в 3 - 4 раза в той же частотной поло­се спутникового канала.

У спутников ФСС мощность излучения передатчиков небольшая (10...50 Вт на канал), "след" спутника большой, количество телеви­зионных каналов для ретрансляции до 16.

Однако с развитием средств связи - введением цифровых спо­собов - различие между спутниками НТВ и ФСС постепенно стира­ется. Широкое применение находят спутники, имеющие на борту передатчики средней мощности, маленький "след" и ретрансли­рующие телевизионные передачи цифровым способом.

В заключение следует отметить, что международное перерас­пределение частот в трех Районах, перерегистрация спутниковых позиций для каждой страны, а также внесение изменений и допол­нений в Регламент радиосвязи проводятся только на Всемирных Конференциях по Радиосвязи.

Глава 3

Перемежение

Перемежение бит представляет собой эффективный способ борьбы с групповыми ошибками, появляющихся в цифровом потоке при передаче информации по каналу связи при замираниях сигна­ла и помехах.

Цель перемежения следующая. В условиях плохого приема при воздействии помех может произойти потеря целой, рядом стоящей, совокупности бит или появление группы ошибок. Если не использо­вать перемежение, то возможная потеря совокупности бит принад­лежала бы одному или двум кодовым словам, и эту потерю практи­чески нельзя было бы восстановить на приемной стороне. Благо­даря перемежению, потерянная совокупность бит распределяется (при восстановлении в декодере на приемной стороне первоначаль­ного порядка следования) на несколько не рядом стоящих слов и восстанавливается различными исправляющими кодами. Известно несколько способов перемежения: диагональное, сверточное, меж­блоковое и блоковое.

Наиболее простым и распространенным из них является блоко­вое. Оно представляет собой прямоугольную блок-матрицу, со­стоящую из К кодовых слов (строк), каждое из которых содержит л бит, что образует п столбцов. Считывание данных (обход матрицы) при передаче выполняется сверху- вниз, как показано на рис. 3.8.

В цифровой код

Определение. Основной принцип преобразования аналогового сигнала в цифровой код гласит.

Для представления без искажений аналогового сигнала в циф­ровом коде количество отсчетов (замеров) при дискретизации должно вдвое превышать максимальную частоту колебаний в его спектре.

(3.3)

где F_макс - максимальная частота колебания в спектре аналогового сигнала.

Для представления аналогового телевизионного изображения в цифровом коде необходимо при дискретизации согласно основного принципа, чтобы для самой мелкой детали на изображении (при амплитудно-пространственном представлении) приходилось бы не менее двух отсчетов (замеров). Если это не выполняется, то исче­зают не только самые мелкие детали, но появляются дополнитель­ные муары и узоры, которые могут исказить изображение.

Для сигналов, изменяющихся во времени (при амплитудно-временном представлении), также важную роль имеет частота от­счетов (частота дискретизации). Это наглядно видно при преобра­зовании в цифровую форму напряжения звуковой частоты, т. е. сиг­нала, изменяющегося во времени. Из основного принципа дискре­тизации вытекает, что если частота звука 20000 Гц, то отсчеты должны проводиться не менее 40000 раз в секунду. В противном случае в полученном цифровом коде появятся данные, отражаю­щие новые комбинационные колебания (частоты), приводящие к искажениям. Этот эффект называется помехой дискретизации.

Интерфейс RS 232C

Обычно информация передается по каналу связи последова­тельным способом. В простейшем случае он требует наличия всего двух физических проводников (сигнального и обратного - корпуса).

Имеется несколько стандартов реализации последовательной связи, но самым распространенным является интерфейс RS 232C. Он предполагает использование 25-контактного разъема, в котором каждый контакт предназначен для сигнала, функция и направление передачи которого полностью определены интерфейсом. Напри­мер, контакт 2 назван XMIT DATA (сокращенно X х D) и использует­ся для передачи информации от терминала в модем. Терминал имеет штырьковую, а модем - ответную часть разъема. Описание интерфейса RS 232C выполнено в терминах модема и терминала. В общем, интерфейс RS 232C использует 20 из 25 контактов разъ­ема и предусматривает два канала передачи, хотя всегда на прак­тике используется только один.

Модем и терминал имеют стандартный 25-контактный разъем D-типа. Это означает, что оба конца линии связи предполагают пе­редачу данных через один и тот же контакт, т. е. по единственной линии связи.

Применяются следующие мнемоники сигналов:

АВ - сигнальный общий провод (SG);

СЕ - индикатор звонка (вызова из модема), (RI);

CD - готовность терминала DTR (в модем);

СС - готовность модема DSR (из модема);

В А - передаваемые данные Тх D (в модем);

ВВ - принимаемые данные R x D (из модема);

DA - синхронизация передатчика DTE (в модем);

DB - синхронизация передатчика ТС (из модема);

DD - синхронизация приемника RC (из модема);

СА - запрос передачи RTS (в модем);

СВ - сброс передачи CTS (из модема);

CF - детектор сигнала приемной линии DCD (из модема);

CG - детектор качества сигнала SQ (из модема);

СН - селектор скорости передачи данных (в модем);

CI - селектор скорости передачи данных (из модема);

SBA - вторичные передаваемые данные (STD);

SBB - вторичные принимаемые данные (SRD);

SCA - вторичный запрос передачи (SCTS);

SCD - вторичный сброс передачи;

SCF - детектор сигнала вторичной приемной линии (SRTS)

В простейшем интерфейсе для приемопередающего терминала используются только сигнальный общий провод (АВ), линии пере­даваемых (ВА) и принимаемых данных (ВВ). Однако для перифе­рийного оборудования на одном конце линии может быть затребо­ван управляющий сигнал CTS, который останавливает прием дан­ных из модема и разрешает передачу из терминала. Если этот сиг­нал не формируется приемником на противоположном конце кабе­ля, то соединяются контакты в разъеме, чтобы устройство как бы принимало сигнал квитирования с другого конца. Такое подключе­ние осуществляется на приемопередающих концах и называется автоответом.

Интерфейс RS 232C является последовательным, асинхронным интерфейсом. В нем при асинхронной передаче требуется, чтобы от передатчика в приемник первым был послан стартовый бит, со­общающий о начале передачи информации. После этого переда­ются информационные биты, причем первым передается младший бит, а затем старший. Вслед за информационными битами переда­ется контрольный бит или бит паритета.

Интерфейс RS 232C определяет также электрические характе­ристики сигналов - уровни напряжения, максимальную длину линии связи и скорость передачи данных. Основные его характеристики:

Максимальная длина линии, м 30

Максимальная скорость, бит/с 20000

Уровень логической 1,В -1,5... -36

Уровень логического 0, В + 1,5... +36

Информация в последовательной линии связи представляется в формате без возврата к нулю, т.е. между битами линия не возвраща­ется к состоянию логического 0. Если, например, два соседних бита находятся в состоянии логической 1, то линия остается в этом со­стоянии в течение двух синхроимпульсов.

В интерфейсе RS 232C логическому 0 соответствует уровень на­пряжения +12В, а логической 1 - минус 12В.

Код ASCII (American Standart Code for Information Interchange). Прежде чем передавать информацию по каналу связи между двумя системами, обе системы должны иметь одинаковые скорости обра­ботки и однотипные форматы приемопередачи кодов. Наиболее эф­фективным способом кодирования, который обеспечивает передачу информационных и управляющих кодов между системами, служит 7-битовый Американский стандартный код для обмена информацией.

Однако вместо него в основном используется расширенный код ASCII, который имеет 256 бит. Он включает в себя 128 бит названного кода и еще дополнительно 128 бит, которые ис­пользуются для кодирования букв - символов практически всех евро­пейских алфавитов, символов псевдографики, а также математиче­ских символов. Именно расширенный код ASCII всегда применяется для передачи данных по последовательному каналу, и каждый сим­вол кодируется в нем восьмью битами. Если выбран код ASCII и реа­лизован интерфейс RS 232C, остается определить порядок передачи информации. Этот порядок называется протоколом передачи и оп­ределяет не только порядок передачи кодов-символов, но и порядок работы с управляющими битами, которые необходимы для синхро­низации взаимодействующих систем приемопередачи.

Выводы

В главе рассматриваются некоторые способы модуляции несу­щей и их сравнительная оценка. Как отмечалось в начале главы, амплитудная модуляция в системах телевизионного вещания со спутников не может применяться ввиду ее серьезных недостатков. При передаче телевизионной информации аналоговым способом применяется частотная модуляция, так как она обладает высокой помехоустойчивостью и обеспечивает стабильный уровень сигнала в местах приема. Высокая ее помехоустойчивость объясняется тем, что помехи в канале связи воздействуют в основном на ампли­туду сигнала, а не на частоту, и при приеме при определенных ус­ловиях возможно значительное ослабление уровня шума. Но для реализации своих преимуществ частотная модуляция при передаче требует широкой частотной полосы дорогостоящего спутникового канала, в этом ее основной недостаток.

При передаче информации цифровым способом в системах свя­зи применяется в основном фазовая манипуляция несущей, кото­рая обладает всеми преимуществами частотной модуляции и в то же время свободна от многих недостатков присущих ЧМ.

Для повышения помехоустойчивости данных, передаваемых по каналу связи, вводятся в цифровые слова избыточные биты, но не произвольное количество, а строго закономерное, в соответствии с законом применяемого кодирования. Широко применяются для этих целей коды Хемминга, БЧХ, Рида-Соломона, Голея и бит-перемежение. Кроме названных кодов, относящихся к блоковым, применяются сверточные коды, обеспечивающие непрерывное коди­рование цифрового потока. По спутниковому каналу для передачи

телевизионной информации цифровым способом применяется в ос­новном квадратурная фазовая манипуляция несущей (Quadrature Phase Shift Keying, QPSK), при которой частотная полоса спутникового канала используется более эффективно, чем при двоичной фазо­вой манипуляции (Binary Phase Shift Keying BPSK). А для передачи по кабельной сети при непосредственной "доставке" телевизионных программ потребителю применяется, как более экономная, многопо­зиционная квадратурная амплитудная манипуляции (16-QAM, 32-QAM, 64-QAM и т.д.), в которую транскодируются сигналы QPSK.

Для формирования из аналоговых видеосигналов цифровых осуществляется дискретизация с частотой 13,5 МГц сигнала ярко­сти и с частотой 6,75 МГц - цветноразностных. Выбранная частота дискретизации 13,5 МГц сигнала яркости позволила ввести единый международный стандарт цифрового кодирования полного телеви­зионного видеосигнала, что очень важно для спутниковых систем при ретрансляции глобальных телевизионных передач.

В этой главе рассмотрены так же интерфейс RS 232C и код ASCII, широко применяемые при передаче информации.

Глава 4

Выводы

Для приема программ через спутники-ретрансляторы применя­ются дополнительные наземные устройства, состоящие из внеш­него (находящегося на антенне) и внутреннего (ресивера) блоков.

Помимо антенны внешний блок включает в себя первичный об­лучатель, переключатель поляризаций, волноводный разделитель электромагнитных волн по поляризации, полосовой фильтр СВЧ, волноводно-полосковый переход, малошумящий предварительный усилитель, преобразователь (конвертер) частот, включающий сме­ситель, гетеродин и усилитель сигналов ПЧ. Кроме того, к дополни­тельным устройствам относится блок управления наведением ан­тенны на спутник.

Глава 5

Требования, предъявляемые к антеннам для приема со спутников-ретрансляторов

Антенны являются неотъемлемой частью приемного устройства. Электромагнитные волны длинных, средних, коротких, ультрако­ротких диапазонов, распространяясь в свободном пространстве, наводят в них токи, которые подаются во входные каскады прием­ных устройств.

Антенны, предназначенные для приема телевизионных сигналов со спутников-ретрансляторов, принимают электромагнитные волны СВЧ диапазона (длина волны 1...3 см) весьма низкого уровня, ко­торый практически соизмерим с уровнем естественных шумов и помех. Поэтому такие антенны имеют:

□ большой коэффициент усиления;

□ низкую шумовую температуру;

□ острую диаграмму направленности;

□ малый уровень боковых лепестков;

□ большую поверхность для "сбора" электромагнитных волн. Приведенным условиям в значительной мере удовлетворяют

антенны параболоидного типа, плоские (планарные) антенны - фа­зированные антенные решетки (ФАРы), сферические антенны и т.п.

Но наиболее широкое распространение получили параболоидные антенны, т.е. антенны, использующие в качестве собирающей и отражающей (переизлучающей) поверхности внутреннюю по­верхность параболоида вращения и первичный облучатель.

Параболоидная поверхность не является непосредственно ан­тенной, а только ее составной весьма важной конструктивной ча­стью. Она предназначена для сбора, отражения (переизлучения) электромагнитных волн СВЧ, падающих на нее и для направления их в фокус, на размещенный там первичный облучатель. Он, явля­ясь сам небольшой субантенной, представляет активную часть общей антенны. Параметры первичного облучателя и поверхности па­раболоида, а также их взаимное расположение, формируют в целом параметры параболоидной антенны.

Основные определения параболоидных антенн для приема электромагнитных волн СВЧ