2.14. Оценка чувствительности приемника на исз и зс
Чувствительность приемника определяется минимальным уровнем полезного сигнала (Рс min), который может выделить приемник на фоне шумов. Уровень шумов определяется в основном эффективной шумовой температурой антенны Та. Суммарная эффективная шумовая температура антенны ТаΣ учитывает влияние антенны, фидера и приемника (рис.2.33).
Рис.2.33. Суммарная эффективная шумовая температура антенны ТаΣ
где Та - эффективная шумовая температура антенны (ЭШТ); Т0 - шумовая температура фидера; Тэ - шум-фактор приемника.
Антенна ЗС направлена на ИСЗ, она принимает кроме полезного сигнала еще и шумы космоса и атмосферы. По боковым лепесткам диаграммы направленности антенна ЗС принимает шумы Земли.
Эффективная шумовая температура антенны ЗС равна:
Шумовую температуру атмосферы Татм(α) и шумовую температуру космоса Тк можно определить по рассмотренным ранее графикам (см. рис.2.7…2.9). Если f = 6 ГГц и α = 10°, то Татм = 30 К, Тк ≤ 10 К и Тзем = 290 К; ε = 0,3 коэффициент, учитывающий прием шумов Тзем основным боковым лепестком диаграммы направленности антенны; ΔТ ≈ 0, т.к. приращение шумов из-за омических потерь в антенне равно ΔТ = 2 К.
Рассмотрим чувствительность приемника ИСЗ.
Эффективная шумовая температура антенны ИСЗ главным лепестком диаграммы направленности ориентирована на Землю. И при учете всех факторов суммарная ЭШТ может быть определена из выражения:
Мощность тепловых шумов на входе приемника определяется выражением:
где 
- постоянная Больцмана.
Δfупч - шумовая полоса пропускания приемника на выходе УПЧ, в которой измеряют шумы.
Чувствительность приемника характеризует его способность принимать слабые сигналы. Она ограничена шумами антенны и входных каскадов приемника. Мощность пороговой чувствительности равна:
2.15. Технические характеристики отечественных ссс
Первый ИСЗ связи «Молния-1» был выведен на высокую эллиптическую орбиту 23 апреля 1965 года. Передатчик имел мощность 40 Вт, антенна была глобальная (φ = 17°), коэффициент направленного действия равнялся 17 дБ. Работал спутник в диапазоне частот 0.8 ÷ 1 ГГц, т.е. λ ≈ 30 см. Рэиим = 1 кВт. В одном стволе с частотной модуляцией работал либо один симплексный канал ТВ, либо дуплексная многоканальная телефонная связь.
В 1967 году стала действовать первая в мире сеть ЗС «Орбита» для распространения ТВ программ по территории СССР. Было создано 20 ЗС, каждая ЗС принимала с ИСЗ «Молния» сигналы ТВ и музыкальное звуковое сопровождение. Эти сигналы поступали на местный телецентр или ретранслятор.
В настоящее время работает ИСЗ «Молния-3» на эллиптической орбите в диапазоне (6/4) ГГц, который взаимодействует с сетью ЗС «Орбита-2» и имеет два частотных ствола по 36 МГц (т.е. два транспондера).
Для геостационарных ИСЗ «Радуга» выделены три места на геостационарной орбите, и они называются «Стационар-1», «Стационар-2» и «Стационар-3». Они работают в диапазоне (6/4) ГГц, имеют по 3 частотных ствола. Один ствол используется для передачи ТВ сигналов на ЗС «Орбита-2». Второй ствол – для передачи телефонных сигналов методом частотного разделения канала (МДЧР). Третий ствол предназначен для передачи телефонных сигналов методом временного разделения каналов (МДВР).
В 1979 году, был выведен на ГЕО первый ИСЗ «Горизонт». ИСЗ «Горизонт» предназначен для организации телефонной и телеграфной связи, передачи данных и распространения сигналов ТВ и звукового вещания на региональные телецентры. ИСЗ «Горизонт» имеет шесть стволов в диапазоне С, т.е. (6/4) ГГц и один ствол в диапазоне Ku, т.е. (14/11) ГГц. Один ствол используется для передачи ТВ сигналов на ЗС «Орбита-2М» и еще один – для распределительной сети «Москва» на европейской части России и «Москва Глобальная», вещающая на западную Европу и северную Африку. Через ИСЗ «Горизонт» передаются сигналы изображения газетных полос и сигналы радиовещания на приемные ЗС «Орбита-РВ». За ИСЗ «Горизонт» на геостационарной орбите закреплены три номера: «Стационар-4», «Стационар-5» и «Стационар-6». ИСЗ типа «Горизонт» эксплуатируются до настоящего времени.
В процессе развития ИСЗ «Горизонт», был разработан и в 1994 году запущен на геостационарную орбиту новый ИСЗ «Экспресс». У него имеются 10 стволов в диапазоне С и 2 ствола в диапазоне Ku, для передачи ТВ и телефонных сигналов. Срок службы ИСЗ «Экспресс» поднят по сравнению с «Горизонтом» с 5 до 7 лет. Эквивалентная шумовая температура на частоте 6 ГГц составляет 600° К, а на частоте 14 ГГц - 1000° К. Спутник построен по схеме прямого усиления.
ИСЗ «Экран» («Стационар-Т») запущен в 1976 году и предназначен для ретрансляции только ТВ сигналов в Сибири и частично на Дальнем Востоке. ТВ программы, передаваемые с ИСЗ «Экран», принимают ЗС распределительной системы «Экран». Они распределяют программы на местные телецентры и на ретрансляторы, находящиеся в населенных пунктах. У ИСЗ «Экран» эквивалентная изотропно-излучаемая мощность (ЭИИМ) равна 200 К. Диапазон рабочих частот – 6 ГГц и 0,7 ГГц.
Сеть ЗС «Орбита-2М» предназначена для передачи ТВ программ в крупные города (областные центры) - всего 90 ЗС.
ЗС «Москва» и «Экран» – сравнительно дешевые. ЗС распределительной сети «Москва» принимают сигнал с ИСЗ «Горизонт», который постепенно заменяется ИСЗ «Экспресс». Распределительная сеть «Москва» обслуживает Европейскую часть бывшего СССР, Урал, Среднюю Азию и Дальний Восток.
Сейчас в России функционирует три распределительных системы спутникового вещания: «Орбита-2», «Экран» и «Москва». Зоны обслуживания распределительных систем «Москва» и «Экран» показаны на рис.2.34, т.е. зона обслуживания ИСЗ «Экран» - это Сибирь, Крайний Север, частично Дальний Восток. С приемника ЗС «Экран» ТВ сигнал, преобразуется и подается на наземный ТВ ретранслятор. Использование в ИСЗ «Экран» частот f = 0,7 ГГц для излучения в сторону ЗС позволило их удешевить.
Рис.2.34. Зоны обслуживания распределительных систем спутниковой связи «Экран» и «Москва»
На частоте 700 МГц используются сравнительно дешевые транзисторные МШУ и антенны типа «волновой канал». На Европейской территории, ССС «Экран» не используется, т.к. здесь в диапазоне 0.7 ГГц уже работают многие ТВ системы.
Приемные ЗС системы «Экран» оборудованы приемными устройствами I и II классов.
Приемные устройства Экран-1 - I-го класса предназначены для приема ТВ сигналов с высоким качеством, передачи их на местные телецентры и мощные ТВ ретрансляторы. Станции этого класса оборудуются антенной типа «волновой канал» с 32 полотнами и приемным устройством, обеспечивающим прием, демодуляцию и разделение сигналов изображения и звукового сопровождения.
Приемные устройства ЗС «Экран-2» относятся ко II-му классу и предназначены для подачи ТВ сигнала на маломощные ретрансляторы или кабельную распределительную сеть. Они имеют упрощенную антенну «волновой канал» с четырьмя полотнами и малогабаритное приемное устройство, осуществляющего преобразование принятого ТВ ЧМ сигнала с f = 0,7 ГГц в ТВ вещательный сигнал метровых волн с f = (50 ÷ 200) МГц с АМ, т.е. перенос сигнала из 52 … 54-го каналов ДЦВ диапазона в один из первых 12 каналов метрового диапазона и преобразованием ЧМ в АМ. Затем этот сигнал подают на маломощный наземный ТВ ретранслятор. Станции коллективного пользования «Экран КР-10» мощностью P = 10 Вт предназначена для крупных поселков. Для небольших наземных пунктов ретрансляторы ТВ сигнала имеют мощность P = 1 Вт, это «Экран КР-1».
В настоящее время в России спутниковой связью руководит Федеральное Государственное Унитарное предприятие (ФГУП) «Космическая связь». Она является национальным оператором в области спутниковой связи. ГП КС обладает самой крупной в России орбитальной группировкой из 10 геостационарных спутников серий «Горизонт», «Экспресс» и «Экран-М» и «Экспресс-А». Они работают в C-, Ku- и L- (1.5 ГГц) диапазонах. Космические аппараты расположены в орбитальных позициях на дуге от 14° з.д. до 145° в.д. Их зоны обслуживания охватывают кроме территории России, также СНГ, Европу, Азию, Северную и Южную Америку, Африку и Австралию (рис.2.35).
Рассмотрим перспективы развития российской национальной спутниковой группировки.
В соответствии с федеральной космической программой России, ФГУП «Космическая связь» приступило к обновлению российской национальной спутниковой группировки связи и вещания гражданского населения. К 2005 году предполагается запустить 5 спутников серии «Экспресс-АМ». Космические аппараты создает научно производственное объединение (НПО) «Прикладная механика» (ПМ) им. Решетнева (Красноярск-26). Работа ведется в тесной кооперации с компаниями NEC, Toshiba и Alcatel.
В состав ФГУП «Космическая связь» входят Центры космической связи (ЦКС): «Медвежьи озера» (Щелково), «Дубна», в Гусь-Хрустальном «Владимир» и Технический Центр «Шаболовка». Все эти ЦКС объединяются с «Шаболовкой» волоконно-оптической цифровой сетью связи (ВОЛС).
В последнее время создаются сети малых спутниковых терминалов VSAT. Одним из перспективных направлений ФГУП «Космическая связь», является создание мультисервисных сетей на основе VSAT технологий. Спутниковая сеть VSAT включает в себя центральную станцию на Дубне и абонентские терминалы, расположенные практически во всех областных центрах и отдельных районных центрах.
Рис.2.35.
Российская национальная спутниковая
группировка
Кроме указанных ССС в России эксплуатируются ИСЗ типа «Глобалстар», ИСЗ обеспечивающие правительственную связь, а также ИСЗ предназначенные для силовых ведомств.