Индивидуальный прием программ спутникового вещания

, град (4.15)

, град (4.16)

Для минимизации угловой ошибки в наведении антенны на ИСЗ определим угловое смещение её оси вращения относительно направления на ГО:

, град (4.17)

Определим угол наклона оси вращения антенны модифицированного ОПУ относительно горизонтальной плоскости в месте приема:

, град (4.18)

Определим скорректированный угол склонения модифицированного ОПУ между осью вращения и перпендикуляром к направлению на юг:

, град (4.19)

Рисунок 4.5 - Геометрические построения для описания ОПУ

Проверим выполнение условия:

(4.20)

5 РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СПУТНИКОВОЙ РАДИОЛИНИИ

В примере расчета предполагается осуществлять индивидуальный приём сигналов в г. Гродно ( = 53,7 с.ш. и _З = 23,8 в.д.) с ИСЗ HotBird 6/7A (_С = 13 в.д.) на фиксированную офсетную антенну в диапазоне частот 10,7…12,75 ГГц. Допустимый процент времени снижения качества сигналов на радиолинии Т = 0,1 %. Угол места, под которым виден спутник с точки приема =27,92. Относительное угловое отклонение направления ДН антенны от истинного направления на спутник 2 ??_0,5 = 0,2. Угловое смещение плоскостей поляризации антенн спутника и приемной станции _П = 10.Усредненная по поверхности зеркала антенны относительная высота неровностей / = 0,03. Радиус Земли R_З = 6370 км, высота орбиты Н = 35786 км, А = 0,1511.

Определим наклонную дальность между заданной позицией спутника и точкой приема (радиус Земли RЗ = 6370 км, высота орбиты Н = 35786 км):

, км. (5.1)

. .. (5.2)

.

.

Определим энергетические потери сигнала в свободном пространстве от ИСЗ к приёмной антенне вследствие расходимости излучаемой мощности (fp=12,7 ГГц):

, дБ. (5.3)

Определим энергетические потери мощности сигнала в спокойной атмосфере, обусловленные поглощением сигнала в кислороде и водяных парах:

, дБ. (5.4)

Для допустимого процента времени ухудшения качественных показателей на спутниковой радиолинии определим потери сигнала в осадках:

, дБ. (5.5)

Определим потери мощности сигнала из-за ошибок в наведении приёмной антенны на требуемый спутник:

, дБ. (5.6)

Определим потери сигнала с линейной поляризацией вследствие углового смещения плоскостей поляризации между антенной спутника и антенной ПС:

, дБ. (5.7)

Определим суммарные потери мощности сигналов на спутниковой радиолинии:

, дБ. (5.8)

.

По картам зон обслуживания спутниковым вещанием определим в направлении точки приёма значение эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ) ретрансляторов ИСЗ. Для спутника HotBird 6/7A (_С = 13 в.д.) значение ЭИИМ в направлении г. Гродно Э_БР = 51 дБВт.

Определим плотность потока мощности у поверхности Земли, создаваемую ретранслятором спутника на несущей частоте

, дБВт/м2.

Определим эквивалентную шумовую температуру (ЭШТ) антенны, обусловленную приемом шумов от внешних источников и собственных шумов из-за потерь в элементах антенны:

, К. (5.10)

Составляющая Т_ПОГ, обусловленная приемом поглощенной в атмосфере и дождях мощности сигнала (Т_СР = 260 К):

, К. (5.11)

.

Составляющая Т_З, обусловленная приемом антенной фонового излучения Земли через её боковые лепестки (d_А = 1,2м):

, К. (5.12)

Составляющая Т_КОС, обусловленная приемом антенной радиоизлучений Галактики:

, К. (5.13)

.

Составляющая Т_СОБ, обусловленная приемом тепловой мощности из-за омических потерь энергии сигнала в элементах антенны:

, К. (5.14)

Минимальное значение эквивалентной шумовой температуры приемной антенны для сухой и ясной погоды:

, К. (5.15)

6 РАСЧЕТ МЕСТА УСТАНОВКИ ПРИЁМНОЙ АНТЕННЫ

На фрагменте плана застройки жилого массива отметим точкой А предполагаемое место установки приемной антенны (см. рисунок 6.1). Из этой точки отложим угол обзора и_ОБ видимой части дуги ГО, ось симметрии которого совпадает с направлением на юг.

Из выбранной точки A отложим углы азимутальных смещений Дв_i, заключенные между направлением на юг, и направлениями на требуемые спутники, с которых предполагается вести прием:

,град, (6.1)

где - позиция i-го спутника на ГО.

Положение углов _i при построении устанавливается в зависимости от позиций спутников и долготы точки приема.

В результате расчета значения углов _i в направлении на ИСЗ с позицией =13^о в.д. составляет 13,317^о .

Для каждого из отмеченных на плане направлений на спутники определим расстояния l_i от точки A до препятствий.

В соответствии с планом (рисунок 6.1) l = 80м.

Определим минимальное значения высоты подъема антенны, при которых отсутствует экранирование сигналов препятствиями:

, м; (6.2)

, град,……….. (6.3)

где h_Пi - высота препятствия на i-м направлении относительно нулевой отметки здания, на котором планируется установка антенн.

Для высоты препятствия h_П = 45м в результате расчета h₁ = 0,546 м.

Рисунок 6.1 - Фрагмент плана застройки

Рисунок 6.2 - Продольный профиль

Уточним позиции крайних спутников на ГО, с которых возможен приём сигналов при наличии в зоне приема технических ограничений, например, стен зданий, из-за которых не реализуется теоретический диапазон перестройки антенн

, град, (6.4)

где - угол, заключенный между направлением на юг и стеной здания, ограничивающей реальный угол обзора.

В формуле используется знак «плюс», если граница реального угла обзора находится с восточной стороны, и знак «минус» ? с западной стороны относительно места приёма. В соответствии с рисунком 6.1 граница для перестройки антенны находится с западной стороны и угол ч = 40^о. Крайняя западная позиция спутника на ГО, с которого возможен прием, составляет _С.К. = 10,269^о з.д.

Для известных параметров приемного оборудования и допустимого относительного изменения ЭШТ конвертора определим возможное ослабление сигнала на интервале между конвертором и спутниковым приемником. Относительное изменение ЭШТ на входе конвертора м=0,04, коэффициент шума конвертора n_Ш.К. = 0,5, усиление конвертора K_РК = 55 дБ, коэффициент шума тюнера n_Ш.Т. = 10 дБ:

,дБ. (6.5)

Для нашей системы возьмем коаксиальный кабель типа SAT 703. Погонное затухание в кабеле б_КАБ = 0,254 дБ/м, потери в делителе мощности a_ДОП = 3,0 дБ. Учтем дополнительные потери в пассивных устройствах между конвертором и тюнером и определим максимальную длину соединительного кабеля:

,м. (6.6)

На основании полученных данных о высоте подъема антенны и максимальной длине кабеля, а также исходя из предполагаемого места размещения приемного оборудования, определим место установки антенны и выберем реально требуемые длины соединительных кабелей.

Антенна располагается на стене жилого здания с высотой h = 30 м. Эта высота превышает все минимальные отметки мест размещения антенн. Приемное оборудование находится в квартире. При установке длина кабеля составит l = 20м.

7 РАСЧЕТ СИСТЕМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИЁМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Определим эквивалентную шумовую температуру приемного устройства на входе конвертора (Т₀ = 290 К):

, К. (7.1)

Определим полную ЭШТ приемной системы на выходе облучателя антенны, обусловленную шумами антенны, волноводного тракта и приемника. Корректор поляризации а_ВТ = 0,25 дБ:

, К. (7.2)

По величине символьной скорости B_C фазомодулированного сигнала и ширине полосы радиоствола ДF_СТ = ДF_ВЧ определим коэффициент расширения полосы (B_C = 27,5 Мсимв./с, F_СТ = 36 МГц):

. (7.3)

Определим относительную скорость каскадного кодирования (R_СК = 3/4 и R_РС = 188/204):

. (7.4)

=0,691

Определим скорость передачи данных в транспортном потоке на выходе блока исправления ошибок (М = 4):

, Мбит/с. (7.5)

Определим спектральную эффективность цифрового канала спутникового вещания с принятыми параметрами

, бит/с·Гц. (7.6)

Определим превышение пропускной способности радиоканала по Шеннону над скоростью передачи данных B₀ (Р_ОШ.В = 10^-5):

. (7.7)

Определим энергетический выигрыш в помехозащищенности от применения каскадного кодирования с прямым исправлением ошибок:

=; (7.8)

дБ (7.9)

Определим требуемое значение ОНШ на входе ПС, при котором на выходе декодера Витерби обеспечивается заданная величина Р_ОШ.В:

дБ (7.10)

Определить для требуемого ОНШ уровень сигнала на входе ПС:

, дБВт. (7.11)

7.12 Определим для действующего значения ЭИИМ необходимое усиление приёмной антенны ((д/л) = 0,003, Дg_Э = 1,0 дБ):

, дБ. (7.12)

Определим диаметр приемной антенны на средней частоте f_СР рабочего диапазона (f_СР = 12,25 ГГц, КИП антенны равен 0,65):

, м. (7.13)

Выберем офсетную антенну фирмы SUPRAL (Дания) типа Supral 0,7 размером 700х750 мм, со стальным рефлектором, двойным антикоррозийным покрытием и коэффициентом усиления дБ на частоте 11,3 ГГц.

Определим угловое отклонение раскрыва офсетной антенны от вертикального положения при ее установке:

, град (7.14)

Здесь D_ОФ и d_ОФ - большая и малая оси раскрыва офсетного зеркала, равные 700 и 750 мм соответственно.

Определить для выбранного типа антенны ширину главного лепестка ДН в горизонтальной и₁ и вертикальной и₂ плоскостях:

, град; (7.15)

, град. (7.16)

Для выбранной офсетной антенны и₁ = 2,631; и₂ =2,323.

Определить значения добротностей приемной системы в номинальном режиме работы D_ПР.Н и в режиме её аттестации D_ПР.А, когда

:

, дБ/К; (7.17)

,дБ/К.

Для нашего случая D_ПР.Н = 11,849 дБ/К и D_ПР.А = 9,29 дБ/К.

Уточним уровень сигнала на входе ПС при использовании выбранной антенны:

, дБВт. (7.19)

Определим реальное (реализуемое) значение ОНШ на входе ПС:

, дБ. (7.20)

Определим энергетический запас в ОНШ по отношению к пороговому режиму работы ПС, при котором наблюдается срыв изображения (системный запас Дс_У = 2,4 дБ):

, дБ.

Уточнить величину на выходе декодера Витерби:

(7.22)

Определим уровень мощности принимаемого сигнала на входе ЦПСВ:

, дБВт. (7.23)

Определим уровень напряжения принимаемого сигнала на входе ЦПСВ, здесь R_ВХ - входное сопротивление ЦПСВ, обычно равное 75 Ом:

, дБмкВ. (7.24)

.

8 РАСЧЁТ ПОМЕХОЗАЩИЩЁННОСТИ СИСТЕМЫ ОТ МЕШАЮЩИХ ИСЗ

Мешающими спутниками являются: ИСЗ 1 Astra 1F (ц_М1 = 19,2^о в.д.) с Э_БР1 = 48 дБВт и ИСЗ 2 Eurobird 9 (ц_М2 = 9^ов.д.) c Э_БР2 = 50 дБВт.

Определим азимутальные смещения позиций мешающих спутников ц_MJ относительно южного направления, проведенного из точки приема:

,град. (8.1)

Для ИСЗ1 Дв _М1 = 5,7^о, для ИСЗ2 Дв _М2 = 18,15^о.

Определим топоцентрические углы между позицией информационного ИСЗ и позициями каждого из мешающих спутников:

, град. (8.2)

_М1 = 7,616^о, _М2 = 4,834^о

Определим пространственную избирательность приемной антенны Дg(_М1) по отношению к помехам мешающих ИСЗ:

, при 1^о < < 48^о (8.3)

Дg(_М1) = 28,942 дБ, Дg(_М2) = 24,008 дБ.

Определим разницу в уровнях ЭИИМ информационного и мешающих ИСЗ:

, дБВт. (8.4)

ДЭ_БР1 = 3 дБ, ДЭ_БР2 = 1дБ.

Определим разницу в ослаблении полезного и мешающих сигналов на спутниковых радиолиниях:

, дБ.

a_?1 = 0,013 дБ, Дa_?2 = 0,014 дБ.

Определим величину поляризационной развязки L_РJ между информационными и мешающими сигналами в совпадающих каналах приема.

При равенстве поляризаций полезного и мешающих сигналов в совпадающих по частоте каналах приема следует принять L_РJ = 0. При ортогональных поляризациях сигнала и помех гарантированное значение L_РJ составляет 6…8 дБ. При приеме помех с круговой поляризацией на ПС с линейной поляризацией L_РJ = 1,5 дБ.

В соответствии с нашими условиями L_Р1= L_Р2=0.

Определим на входе приемной системы значения защищённостей от действия помех со стороны каждого из мешающих ИСЗ:

, дБ. (8.7)

А_З1 = 31,956 дБ, А_З2 = 24,994 дБ.

Определим на входе ПС защищённость от суммарного действия помех всех мешающих ИСЗ:

, дБ. (8.8)

При наличии двух мешающих ИСЗ:

, дБ. (8.9)

Определим защитный запас от действия помех в совпадающих каналах приема:

, дБ. (8.10)

В соответствии с требованиями на защищенность ПС от помех со стороны ИСЗ в совпадающих по частоте каналах защитное отношение R_ЗАЩ 21 дБ. Так как в результате расчета > 0, то условие по защищенности выполняется, и расчет произведён верно.

Определим уровень снижения ОНШ на входе приемной системы от действия помех мешающих ИСЗ:

=0,014, дБ. (8.11)

Рассчитанное значение Д_П должно быть меньше ранее принятого при выборе системного запаса Дс_У. В данном случае 0,014 < 1,541, следовательно расчёт произведён верно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте мы рассматривали приемную систему цифрового спутникового вещания с позиционируемой антенной. Детально были рассмотрены принципы организации цифрового спутникового мультимедийного вещания и структурная схема приемной системы. Также были приведены основные технические характеристики спутника HotBird 6/7A.

Во второй части курсового проекта бал произведен подробный расчет параметров перестройки и наведения антенны, энергетических показателей спутниковой радиолинии, места установки приемной антенны, системных показателей и помехозащищенности приемной системы от влияния мешающих ИСЗ.

Список литературы

1. Э.Б. Липкович, Д.В. Кисель Проектирование и расчет систем цифрового спутникового вещания. Мн.: БГУИР, 2006. - 135 с.: ил.

2. www.telesputnik.ru

3. www.truehd.ru

4. www.625.ru

5. www.broadcasting.ru

6. www.gs.ru