В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Валентин
АндрейВ период 2014– 2017 гг. особое внимание уделяется проектам создания многоспутниковых группировок на низких орбитах со сверхвысокой пропускной способностью [1–5]. Класс таких систем получил общее обозначение LEO-HTS. Судя по параметрам систем LEO-HTS, заявляемым в FCC (http://licensing.fcc.gov/myibfs/qReportExternal.do ), они превосходят самые передовые системы на основе геостационарных спутников HTS [4, 6, 7]. Эти системы относятся к фиксированной спутниковой службе. Соответственно, используемые диапазоны радиочастот в системах LEO-HTS и в системах на основе геостационарных спутников, в том числе и спутников HTS, идентичны. Сегодня наиболее востребованными диапазонами радиочастот являются Ku и Ka. Практически все геостационарные спутники связи, вещания и спутники HTS работают в этих диапазонах частот, и в тех же диапазонах частот планируется создание новых систем LEO-/MEO-/HEO-HTS. Борьба за радиочастотный ресурс между спутниковыми и наземными операторами уже ведется и в более высокочастотном диапазоне V [5]. Естественно, что вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) действующих и планируемых спутниковых сетей на основе геостационарных спутников связи и вещания и планируемых систем LEO-/MEO-/HEO-HTS являются чрезвычайно актуальными.
Задача исключения помех для приемных абонентских станций спутникового вещания в Ku-диапазоне со стороны спутников LEO-HTS, расположенных в экваториальном поясе, является наиболее болезненной в силу массовости рынка спутникового вещания. Эта проблема достаточно подробно проанализирована в [9] на предмет соответствия параметрам cтатьи 22 Регламента радиосвязи. Следует отметить, что аналогичная проблема впервые возникла в 1990-х гг. в связи с низкоорбитальными проектами Teledesic и Sky-Bridge [10]. Международная организация UTU-R сформировала соответствующую рекомендацию S.1503-2 (http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/s/R-REC-S.1503-2-201312-I!!PDF-R.pdf ) и программный продукт на ее основе, которой позволяет оценить уровень помех, создаваемых системой на негеостационарной орбите приемным станциям, работающим со спутниками на ГСО.
Сегодня проблема совместной эксплуатации систем LEO-HTS и геостационарных спутниковых сетей обсуждается на уровне национальных администраций связи и международной организации ITU применительно к новым проектам систем LEO-HTS в Ku- и Ka-диапазонах. В 2017 г. единственная система OneWeb получила одобрение администрации связи США, предложив свой уникальный способ снижения уровня помех до значений, допустимых Регламентом радиосвязи.
Этот способ сводится к тому, что при пересечении экваториального пояса низкоорбитальный спутник “подворачивается” с целью минимизации помех [4], но при пересечении экваториальной плоскости все же должен быть выключен.
Однако вопросы совместной работы систем, реализуемых на основе негеостационарных спутников, сегодня остаются неопределенными и нерешенными.
Неопределенность этих вопросов, во-первых, связана с отсутствием четких норм и рекомендаций ITU-R применительно к негеостационарным системам. Во-вторых, моделирование процесса взаимного влияния при исследовании многоспутниковых систем на негеостационарных орбитах является многопараметрической задачей, требующей учета особенностей баллистического построения их космических группировок, реализации многолучевых антенн и формирования рабочих зон каждого отдельного спутника.
Решение этой задачи в общем виде невозможно по причине большого разнообразия негеостационарных орбит [11]. В данном случае представлены результаты моделирования помеховой обстановки для приемных терминалов Ku-диапазона в спутниковой системе, реализуемой на основе спутников на орбите типа “Тундра”, при работе низкоорбитальной спутниковой системы с использованием полярных орбит. В качестве типовых параметров для моделирования были приняты предполагаемые проектные значения спутников “Экспресс-РВ” [3, 13, 14] и спутников OneWeb [12], которые кратко представлены в таблице 1. Кроме того, принято, что полосы частот информационных потоков идентичны, а распространение сигналов предполагает условие “ясного неба”.
В качестве диаграммы направленности антенны абонентской станции (АС) в системе “Экспресс-РВ” использовалась модель, представленная в Рек. S.1428-1. На этапе моделирования электрическая ось антенны АС непрерывно совмещалась с направлением на активный спутник “Экспресс-РВ”. Шаг моделирования был принят 2 сек. На каждом шаге выполнялся расчет уровней сигнала, помехи и отношения “сигнал/помеха” (C/I) на входе приемника АС. В качестве источника помехи на каждом шаге выбирался один из спутников OneWeb, который создавал максимальную мощность на входе АС. Критерием возникновения помеховой ситуации являлось снижение отношения C/I ниже требуемого значения. Требуемое значение C/I зависит от значения “сигнал/шум” (С/N) и заданного защитного коэффициента К (см. рис. 1): C/I = C/N + K, дБ.
На рис. 2 иллюстрируется уровень помех, которые создают спутники системы OneWeb для АС-системы “Экспресс-РВ” в центре ее рабочей зоны.
Мощность помехи определяется одним из спутников системы OneWeb, который дает основной вклад (более 90%). Аналогичная иллюстрация представлена для случая размещения приемной станции системы “Экспресс-РВ” на границе ее рабочей зоны при угле места 40 град.
Данные рис. 2 и 3 показывают, что максимальное (предельное) значение C/I составляет около 26 дБ, которое может быть достигнуто в центре рабочей зоны спутника “Экспресс-РВ” и примерно 22 дБ на ее границе.
Таким образом, отмеченная в [13] проблема 100% “засветки” приемных терминалов “Экспресс-РВ” будет наблюдаться, если потребовать соотношение C/I = 22–26 дБ. Но помехи носят “волнообразный” характер. Каждая “волна” включает серию своих “пиков”. Размер и число таких “пиков” определяется требуемым отношением C/I.
Например, при требуемом С/I = 12 дБ каждая “волна” будет иметь продолжительность около 20 мин. и включать до восьми “пиков” с продолжительностью около минуты. “Засветка” на большом интервале времени дает обобщенный результат и зависит от географического расположения АС. Обобщенные показатели C/I в рабочей зоне системы “Экспресс-РВ” иллюстрируются на рис. 4 и 5, где в качестве критерия принято соотношение C/I = 22 дБ, которое достигается в рабочей зоне “Экспресс-РВ” с разной вероятностью.
На рис. 4 минимальная процентная вероятность составляет 42%, максимальная – 96%, на рис. 5 минимальная процентная вероятность составляет 11%, максимальная – 40%.
Следует отметить, что значение спектральной плотности ЭИИМ (см. таблицу 1) для системы “Экспресс-РВ” указано для крайних отклоненных лучей. В центральном луче это значение примерно на 4–7 дБ выше [14]. Естественно, процентная вероятность заданного уровня помех изменится, но это не даст кардинального положительного результата.
Разработанная модель негеостационарных многоспутниковых систем позволяет оценить помеховую обстановку при заданном критерии C/I и дать заключение о возможности их одновременной работы в совместных полосах радиочастот.
Результаты моделирования совместной работы системы OneWeb и “Экспресс-РВ” в Ku-диапазоне показывают, что абонентские станции “Экспресс-РВ” будут подвержены значительным постоянным помехам (при C/I = 22–26 дБ 100% времени). В результате достижимое значение С/N в абонентских радиолиниях системы “Экспресс-РВ” и, соответственно, возможность применения высоких сигнально-кодовых конструкций при небольших размерах абонентских антенн (0,4 м – 0,9 м), ограничено. Представленные результаты относятся к варианту реализации “Экспресс-РВ” на основе орбиты “Тундра”. При использовании орбит типа “Молния” результаты могут быть иными, но ожидать кардинального улучшения помеховой обстановки нет оснований.
Одним из путей, который можно рассмотреть для обеспечения работы системы “Экспресс-РВ” на фоне помех, создаваемых многоспутниковой группировкой OneWeb, является использование сигналов с низкой спектральной эффективностью при одновременном увеличении числа лучей. Но эта задача требует дополнительного моделирования и оценки технико-экономической эффективности системы.
Литература
Опубликовано: Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2018
Посещений: 2040
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
