Основные эксплуатационные характеристики некоторых антенных систем CTB

Практическая работа №14

Тема: Изучение схемы и спецификации оборудования спутникового антенного поста

Цель работы: Ознакомиться с технические требованиями и практическими рекомендациями по выбору оборудования спутникового антенного поста.

Теоретические сведения

Перед выбором оборудования спутникового антенного поста и
проектированием, как и в случае с эфирным антенным постом, необходимо произвести контрольные измерения. Измерения проводятся в месте предполагаемой установки спутниковых антенн на предмет выявления помех от радиорелейных линий, других видов
связи для определения мест с открытыми направлениями на выбранные спутники и определения необходимых диаметров антенн.

При формировании программ спутникового телевизионного
вещания (CTB) желательно использовать профессиональные антенны, специально разработанные для крупных СКТ. Такие антенны должны обладать собственной шумовой температурой не более 25...30 К, что обеспечивает добротность приемной системы более
26 дБ при использовании малошумящих конвертеров с коэффициентом шума NF = 0,5 дБ в диапазоне 10,9...12,75 ГГц. Учитывая региональную специфику (слабые уровни падающих потоков мощности), диаметр рефлектора приемной антенны нужно рассчитывать исходя из условия формирования максимального ОСШ (в зависимости от протяженностей магистралей это отношение может варьироваться, но быть не меньшее 16 дБ для CKT с числом абонентов 2000-5000). Для формирования выходного OCШ величиной в 60 дБ (крупные сети) входное отношение несущей сигнала к шуму
должно быть не менее 26 дБ. Отметим, что на данные значения следует ориентироваться только при приеме аналоговых каналов. В случае приема цифровых спутниковых каналов CTB это значение должно составлять не менее 14 дБ для обеспечения условий
устойчивого приема.

Для приема программ с нескольких направлений используют несколько параболических антенн. При приеме кодированных программ необходимо дополнительно использовать декодирующие устройства.

В табл. 4.6 приведены основные эксплуатационные характеристики некоторых антенных систем для приема спутникового телевидения.

При необходимости трансляции зарубежных спутниковых программ в системе SECAM (для возможности приема на любой ТВ-приемник) в составе головного оборудования по каждому из транслируемых каналов должен быть установлен транскодер (декодирующий сигналы системы PAL в компоненты R, G, В с дальнейшим кодированием в требуемую систему SECAM).

В последнее время практически все ТВ-программы транслируются со спутников в цифровом виде. Цифровая трансляция снизила требования к диаметрам антенн, но увеличила требования к конвертерам.

Одна из главных функций малошумящего частотно-понижающего конвертора (LNB — Low Noise Blok) — перенос спектра входного сигнала в область более низких частот. При этом несущая частота выходного сигнала неизбежно подвергается случайным смещениям (флюктуациям). Уровень фазового шума стандартных конверторов удовлетворяет потребностям аналогового приема, однако чтобы при приеме данных (в том числе цифровых ТВ-каналов) сигнал с квадратурной фазовой манипуляцией (QPSK) был правильно демодулирован спутниковым приемником, требуются LNB с более высокой фазовой стабильностью. Поясним понятие «фазовая стабильность». Например, на входе конвертора присутствует немодулированный синусоидальный сигнал с частотой 4 ГГц. При этом на выходе должен выделяться такой же синусоидальный сигнал
с частотой точно 1,15 ГГц. Так как частота гетеродина конвертора

Основные эксплуатационные характеристики некоторых антенных систем CTB

непостоянна и случайно изменяется (флюктуирует) в некоторой области вокруг номинальной частоты, в произвольный момент времени мгновенная частота выходного сигнала будет находиться в области шириной, например, 10 МГц с центральной частотой
1,15 ГГц. В результате мгновенная фаза сигнала также приобретает некоторую неопределенность. Если на вход такого конвертора вместо немодулированного сигнала подается сигнал с QPSK, фаза выходного сигнала также приобретает некоторую неопределенность. Необходимо различать флюктуации (быстрые изменения) и дрейф (медленные изменения) частоты гетеродина. Дрейф характеризуется относительной или абсолютной нестабильностью частоты, а флюктуации — уровнем фазовых шумов. В общем случае имеет место и то, и другое — смещение центральной частоты и одновременные флюктуации мгновенной частоты вокруг центральной.
Дрейф вызывается обычно относительно медленно изменяющимися внешними воздействиями, например повышением температуры окружающей среды. Медленные изменения частоты гетеродина в некоторых пределах не оказывают влияния на прием цифровых и аналоговых каналов, так как компенсируются схемой автоматической
подстройки частоты (АПЧ) спутникового приемника.

Из-за флюктуаций частоты, или, как еще называют это явление, фазового шума, QPSK-демодулятор может не распознать изменение фазы несущей или, наоборот, ошибочно зафиксирует изменение фазы. И то, и другое приведет к записи в буфер ошибочного значения принятого бита. Таким образом, чем больше фазовый шум конвертора, тем большее количество ошибок будет на выходе демодулятора. Из-за наличия фазовых шумов мощность синусоидального сигнала не концентрируется на несущей частоте,
а распределяется в некоторой области вокруг нее. Уровень фазового шума — величина, показывающая, как быстро убывает мощность со смещением частоты, и характеризующая крутизну огибающей спектра выходного сигнала, если на вход конвертора подается немодулированный синусоидальный сигнал. Например, если на частоте, отличающейся от частоты несущей на 1 кГц, мощность сигнала в полосе 1 Гц на 60 дБ меньше мощности на самой несущей в такой же полосе, то говорят, что фазовый шум такого устройства
составляет—60 дБс/Гц на 1 кГц. Это означает, что мощность (дБ) измеряется относительно мощности на центральной частоте (centre frequency). Уровень мощности на центральной частоте, равно как и на смещенной частоте, нормирован для полосы пропускания 1 Гц.
Чем больше информации передается в единицу времени, т. е. чем больше скорость потока данных, тем более широкую полосу частот занимает сигнал. Чем шире полоса частот сигнала по отношению к полосе, занимаемой фазовым шумом, тем менее сигнал подвержен ошибкам, возникающим из-за этих шумов.

Исходной величиной для определения максимально допустимого уровня фазовых шумов является максимально допустимое относительное количество ошибок (Bit Error Rate — BER) при данной скорости потока. Ассоциация Eutelsat рекомендует использовать
конверторы со следующим распределением фазовых шумов:-50 дБс/Гц на 1 кГц; -75 дБс/Гц на 10 кГц; -95 дБс/Гц на 100 кГц.

Для приема цифровых программ радио с частотным разделением каналов (SCPC Audio), низкими скоростями транспортного потока 64...256 кбит/с и двухпозиционной фазовой манипуляцией рекомендуется использовать конверторы со следующим распределением фазовых шумов:-65 дБс/Гц на 1 кГц; -75 дБс/Гц на 10 кГц;-85 дБс/Гц на 100 кГц (Wegener Communications ®, Model DR96 Digital Audio SCPC Receiver, Instruction Manual). Для приема низкоскоростных потоков с четырехпозиционной фазовой манипуляцией (Quadrature Phase Shift Keying — QPSK) к конвертору предъявляются еще более жесткие требования.

Подбор оборудования для спутникового приема начинается с анализа списка ТВ-программ, планируемых к трансляции. Определяются спутники, с которых эти программы транслируются, частоты и поляризация пакетов, в которых они располагаются. В
табл. 4.7 приведен пример предоставления данных по планируемым к трансляции каналам, необходимых для подбора оборудования антенного поста.

По результатам анализа таблицы каналов подбираются конверторы с учетом частот и поляризации сигналов со спутников. Для приема российских программ необходимо применять конверторы, преобразующие круговую поляризацию в линейную, или предусматривать деполяризатор отдельно.

Чтобы со спутника принимать программы в двух поляризациях, в приемном комплекте предусматривают расщепитель (селектор) поляризации. Это устройство с одним входом и двумя выходами, на которые поступают пакеты, идущие со спутников в разных поляризациях. На каждый из этих выходов устанавливается конвертор. Выпускаются конверторы, имеющие в своем составе встроенный селектор (DUAL). Конверторы TWIN имеют встроенный делитель и соответственно равнозначные выходы (выбор поляризации осуществляется путем настройки спутникового приемника). Конверторы QUADRO имеют четыре выхода, которые различаются поляризацией и диапазоном частот (например, 10,1-11,7 V, 10,7-11,7 Н,11,7-12,75 V, 11,7-12,75 Н). Конверторы QUADRO часто предусматриваются в комплекте для приема программ со спутника НОТ BIRD.

При выборе оборудования остро стоит вопрос о надежной механической фиксации ориентации параболических антенн. Так, ширина диаграммы направленности φ_о параболической антенны, выраженной в градусах, определяется известной зависимостью

φ_о= 70 λ/ D,

которая на частоте 12,732 ГГц при диаметре 2,4 м составит вели-
чину 0,7° (λ — длина волны (м); D — диаметр антенны (м)). Физически это означает, что произвольное изменение ориентации приемной антенны всего на 0,35° приведет к снижению ОСШ на 3 дБ (весьма ощутимая величина на практике при субъективной
оценке качества ТВ-сигнала).

Основные факторы, влияющие на дестабилизацию ориентации приемной антенны, — это ветровые нагрузки (особенно боковой ветер), старение (эффекты, связанные с усадкой рефлектора и несущей платформы) и механические вибрации. В силу этого рекомендуется не реже двух раз в год производить подстройку угломестного положения антенны.

Соответствующая схема оборудования приведена на рис. 4.3.

При установке крупногабаритных приемных спутниковых антенн следует уделить отдельное внимание вопросам доставки и
подъема антенных конструкций к месту монтажа.

Для установки спутниковых антенн на кровлях строящихся
зданий необходимо предусматривать закладные устройства для
установки антенн. На этапе проектирования необходима плотная
совместная работа с архитекторами и строителями строящегося
здания для того, чтобы они могли предусмотреть установку данного оборудования и учесть увеличение нагрузки на кровлю. При установке нескольких спутниковых антенн на крышах существующих зданий создаются специальные «антенные поля». Например, используются сварные металлоконструкции для крепления антенн, представляющие решетку из швеллеров или двутавров. В узлах решетки размещаются трубостойки, на которые устанавливаются стойки антенн. Подобное общее основание обеспечивает более жесткое и надежное крепление приемных антенн. Расчет конструкции должен производиться исходя из условий обеспечения требуемой надежности по ветровым и гололедным нагрузкам.

При размещении антенн на кровле следует учитывать наличие
существующих сооружений (вентиляционных, лифтовых шахт и
т. п.), проводов радиотрансляционных и других сетей. Антенны
расставляются на таком расстоянии от края кровли, чтобы при повале антенны ее элементы не выходили за края кровли. Спутниковые антенны не должны перекрывать друг другу видимость на спутники. (Подробнее вопросы размещения антенного оборудования рассмотрены в гл. 7.) Пример расположения на кровле здания
спутникового антенного поста, соответствующего примеру, рассмотренному выше (табл..7,.8, рис.4.3), приведен на рис. 4.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: