Рек. Мсэ-r sa. 1805 РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-r sa. 1805 Технические и эксплуатационные характеристики систем электросвязи, работающих в направлении космос-космос на частотах около 354 тгц*и 366 тгц
жүктеу/скачать 127.05 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.2 Основные параметры миссии
- 2.1 Показатель качества линии
- 2.1.3 Требования к энергетическому запасу линии связи
- 2.5 Параметры передачи и приема телескопа
- 2.5.2 Диаграмма направленности передающей антенны
- 2.5.3 Диаграмма направленности приемной антенны
- 2.6 Наведение и слежение
- 3 Отношение сигнал/шум ( S/N )
Рек. МСЭ-R SA.1805 РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R SA.1805 Технические и эксплуатационные характеристики систем электросвязи, работающих в направлении космос-космос на частотах около 354 ТГц*и 366 ТГц** (Вопрос МСЭ-R 235/7) (2007)
Сфера примененияВ настоящей Рекомендации определяются технические параметры (частоты, наплавления линий, характеристики сигналов и данных, параметры антенн и т. д.) и эксплуатационные характеристики систем электросвязи, работающих в направлении космос-космос на частотах около 354 ТГц и 366 ТГц, которые могли бы использоваться в исследованиях совместного использования частот. Ассамблея радиосвязи МСЭ, учитывая, a) что планируются линии электросвязи для использования в некоторых спутниковых системах для межорбитальной электросвязи на частотах в районе 354 ТГц и 366 ТГц; b) что, используя последние технологические разработки, астрономы прилагают все усилия, чтобы совместно разработать телескопы и производить наблюдения в данном сегменте спектра; c) что данный сегмент спектра также используется и для других наземных и космических служб; d) что данный сегмент спектра также используется в научных и промышленных целях, помимо электросвязи, рекомендует, 1 что при проведении исследований совместного использования частот спутниками службы космических исследований, работающими в направлении космос-космос на частотах около 354 ТГц и 366 ТГц, должны учитываться технические и эксплуатационные параметры, представленные в Приложении 1. Приложение 1 1 ВведениеВ условиях возрастающей потребности в применении электромагнитного спектра и достижений современных технологий все большее значение придается использованию частот выше 3000 ГГц для электросвязи в свободном космическом пространстве. Системы электросвязи в свободном космическом пространстве на частотах выше 3000 ГГц могут поддерживать более высокие скорости передачи данных при меньшей массе, чем традиционные радиочастотные системы, а также отвечают всем требованиям к усилению и направленности лучей, используемых в применениях в направлении космос космос. 1.1 Анализ частотВ последнее время особый интерес для линий электросвязи в свободном космическом пространстве на частотах выше 3000 ГГц представляют частоты 200, 283, 311 и 353 TГц, соответствующие длины волн которых приблизительно равны 1,5; 1,06; 0,965 и 0,850 мкм. Данные частоты являются такими же, как частоты, которые широко используются для электросвязи в оптическом волокне. В межорбитальной электросвязи большое внимание уделяется использованию полупроводниковых лазеров высокой мощности, работающих на длине волны 0,850 мкм, а также лучей полупроводниковых лазеров, усиленных волоконно-оптическими усилителями, легированными эрбием (Er) (EDFA), на длине волны 1,5 мкм. Система на полупроводниковых лазерах, работающая на длине волны около 0,85 мкм, превосходит систему на EDFA по надежности и потреблению энергии для применений с относительно низкой скоростью передачи данных, для которых не требуется высокая мощность передатчика. 1.2 Основные параметры миссииТехнические параметры, пригодные для анализа помех, должны основываться на общих параметрах межорбитальных линий электросвязи в околоземном пространстве. Поэтому длины линий будут составлять от единиц до нескольких сот тысяч километров. Основные технические параметры межорбитальной линии электросвязи в околоземном пространстве на частотах около 354 ТГц и 366 ТГц приведены в таблице 1. ТАБЛИЦА 1 Технические параметры эталонной межорбитальной системы электросвязи, работающей на частотах около 354 ТГц и 366 TГц в направлении космос-космос
2 Анализ линии связиМежорбитальные линии связи устанавливаются между спутником на геосинхронной околоземной орбите (ГСО) и спутником на низкой околоземной орбите (LEO) в направлении космос-космос и работают на частотах около 366 ТГц для прямой линии и 354 ТГц для обратной линии. На частоте 374 ТГц излучается сигнал радиомаяка, предназначенный для оказания помощи при наведении и слежении телескопа. 2.1 Показатель качества линииКак и для системы, работающей в направлении космос-космос в традиционном радиочастотном спектре, показатель качества линии на частотах около 354 ТГц и 366 ТГц измеряется в показателях скорости передачи данных и коэффициента ошибок по битам (КОБ). Показатель качества вычисляется как функция мощности, качества телескопа, параметров распространения, шума и чувствительности приемника. Каждый из данных параметров является функцией дополнительных переменных. 2.1.2 КОБДля сохранения кадров данных КОБ не должен быть менее чем 10–6 после исправления ошибок. На линии должно сохраняться 99% кадров данных. 2.1.3 Требования к энергетическому запасу линии связиДля межспутниковых линий, работающих на частотах около 354 ТГц и 366 TГц, обычные требования к энергетическому запасу линии связи составляют от 1 до 3 дБ. 2.2 МодуляцияНа обратной линии, работающей на частоте около 354 ТГц, используется метод NRZ. На прямой линии, работающей на частоте около 366 ТГц, используется 2PPM. Данный метод модуляции дает возможность прямого детектирования в приемнике, вместо того чтобы использовать когерентные приемники. 2.3 Принятый сигналОсновной метод для вычисления уровня сигнала на частотах около 354 ТГц и 366 TГц, принимаемого станцией в направлении космос-космос, точно такой же, как и метод вычисления, использующийся в традиционных радиочастотных системах.  дБВт, (1)
где:
PS: мощность принятого сигнала (дБВт) Pt: средняя выходная мощность лазера (дБВт) Gt: коэффициент усиления антенны передатчика (дБ) Gr: коэффициент усиления антенны приемника (дБ) Lt: потери передатчика (дБ) Lr: потери приемника (дБ) Lp: потери из-за неточности наведения (дБ) Ls: потери в свободном пространстве (дБ).
– Lt, включающие эффекты поглощения, потери на рассеяние, потери на отражение в оптической системе передатчика; – Lr, включающие эффекты поглощения, потери на рассеяние и потери на отражение в оптической системе приемника; – Lp, включающие эффекты вибрации антенны или космического аппарата, а также неточное позиционирование передающей антенны; – Ls, возникающие в связи с физическим разнесением передатчика и приемника. Значения каждого источника потерь варьируются в зависимости от конструкции оборудования, изношенности оборудования, требований миссии и этапа миссии. В таблице 2 представлены предложенные значения потерь, которые должны использоваться при общем анализе помех. ТАБЛИЦА 2 Потери в линии для эталонной межорбитальной системы электросвязи, работающей на частотах около 354 ТГц и 366 TГц в направлении космос-космос
Потери в свободном пространстве Ls на частотах около 354 ТГц и 366 TГц вычисляются так же, как и в традиционных радиочастотных системах:  , (2)
где
R: расстояние между передатчиком и приемником (м) λ: длина волны (м) f: оптическая частота (Гц) c: скорость света (м/с). 2.5 Параметры передачи и приема телескопаНа линиях электросвязи, работающих на частотах около 354 ТГц и 366 TГц, в качестве передающих и приемных антенн используются телескопы. Диаграммы направленности антенн передатчика и приемника тоже отличаются, поскольку оптика передатчика обычно освещается лучом с гауссовым распределением, тогда как оптика приемника имеет планарный детектор. Огибающие диаграмм направленности передающей и приемной антенн, работающих на частотах около 354 и 366 TГц, представлены в Приложении 2 Рекомендации МСЭ-R SA.1742. Диаграмма направленности эталонной антенны для оптических систем, работающих в направлении космос-Земля на частоте 283 ТГц, представлена в Рекомендации МСЭ-R SA.1742. Данная диаграмма направленности также применима к системам, работающим в направлении космос-космос на частотах около 354 ТГц и 366 ТГц. 2.5.1 ДиаметрВ целях анализа помех диаметр оптической антенны должен быть принят равным 26/25 см. Апертура либо не затенена, либо имеет затенение 5 см. 2.5.2 Диаграмма направленности передающей антенныВ передатчике используется телескоп, на который подается луч лазера. Такие лазеры обычно работают только на самой низкой волне резонатора TEM00, в результате луч имеет гауссово распределение энергии с максимальной интенсивностью на оси передачи. Диаграмма луча составляется таким образом, чтобы с уменьшением его интенсивности по амплитуде при угловом разнесении от оси передачи, терялось лишь несколько процентов мощности луча. В качестве двух эталонных точек выступают углы, при которых амплитуда луча опускается либо до 37%, либо до 13% от амплитуды на оси. Данные точки называются точками 1/e и 1/e2, соответственно, и на них часто делается ссылка при определении характеристик диаграмм излучаемой энергии лазера. Полный угол ширины луча в точке 1/e2 приближенно выражается как: где:
 : угловая ширина луча в точке 1/e2 (рад)
D: диаметр апертуры (м). В случае с гауссовым лучом на частоте 354 TГц, передаваемым с апертуры диаметром 26 см, ширина луча в точке 1/e2 составляет приблизительно 4,1 × 10–6 рад. Для передающего терминала станции могут быть использованы следующие уравнения для вычисления диаграммы направленности в дальней зоне лазера телескопа, на который подается гауссова планарная волна. При использовании данных уравнений сделаны следующие основные предположения: – лазерный источник характеризуется только одномодовым излучением с гауссовым распределением; – диаграммы направленности антенны измеряются в поле дальней зоны; и – апертура является круговой. Диаграмма направленности передающего телескопа с радиусом a, на который подается гауссова планарная волна, имеющая радиус суженной части ω, где ω это расстояние между центральной осью оптической системы и точкой интенсивности 1/e2, и имеющая центральное затенение с радиусом b, представлена в уравнении (4), ниже. Член G0 – это верхний предел для усиления антенны, который вычисляется для равномерно освещенной незатененной круговой апертуры. Второй член, gt (, γ, X) – показатель эффективности усиления, который учитывает затенение, усечение, интенсивность при отклонении от оси и эффекты дефокусировки. где:
: отношение a/ω : коэффициент затенения
θ: угол отклонения от оптической оси (рад). Для осевого направления X = 0 и показатель эффективности усиления в уравнении (6) становится равным: Тогда максимальное усиление главного луча в осевом направлении в уравнении (4) становится равным: Любое затенение (b) сокращает усиление главного луча, заполняет нули и увеличивает боковые лепестки.
где:
: зона видимости детектора (рад) d: диаметр детектора (обычно от 10–4 до 10–3) (м) F: фокусное расстояние телескопа (м). Диаграмма приемной антенны обычно согласуется с детектором. Детектор изолирован от нежелательной энергии с использованием полевых диафрагм и освещается только частью главного луча в пределах рад от оси главного луча. Поэтому нежелательная энергия, принимаемая боковыми лепестками диаграммы приемной антенны, не поступает в детектор и может не учитываться при анализе помех. Предполагается, что апертура приемника находится в поле дальней зоны передающей антенны, и принятая энергия является планарной волной. Приемная система может использовать общие или отдельные от передающей системы апертуры. Ширина луча апертуры приемника также обычно измеряется в показателях относительно точки 1/e2. Максимальное осевое усиление приемной антенны, GR, задается уравнением:  дБи, (11)
где:
A: зона апертуры телескопа (м2) : длина волны (м) : потери, вызванные выходом энергии за пределы границы детектора (дБ) и
где:
Усиление, рассчитываемое из уравнения (11), показывает количество энергии, попадающей на детектор. Член GR предполагает, что приемная антенна расположена в поле дальней зоны передатчика, а апертура и детектор являются круглыми. Первый член в уравнении (11) представляет собой классическое усиление антенны, достигаемое идеальной незатененной антенной в зоне A. Второй член учитывает потери в связи с затенением от второго зеркала системы Кассегрена. В случае с использованием систем без второго зеркала, b в уравнении (12) принимает нулевое значение, и второй член в уравнении (11) может не учитываться. Третий член в уравнении (11) учитывает потери (дБ), вызванные выходом энергии сигнала за пределы границы детектора. Для систем прямого детектирования, таких как PPM, уменьшается по мере увеличения отношения размера детектора к фокусному расстоянию телескопа. В большинстве практических случаев значение составляет не более чем –0,5 дБ.
В общем случае: где:
Ps: мощность принятого сигнала, согласно уравнению (1) Nt: мощность шума от всех источников. Шум поступает от двух независимых источников: шум детектора и фоновый сигнал. Фоновый сигнал связан с поступающей извне энергией от альбедо и света Солнца, планет и звезд, которая достигает детектора. Шум детектора, рассмотренный в п. 3.1, связан с шумом, присущим детектору. Основные уравнения, описывающие эффективность лазерной оптической межспутниковой линии связи, можно упростить за счет следующих основных допущений: – Оптические передающие и приемные антенны не имеют центральных препятствий. – Переданные волны являются гауссовыми и усекаются в точках 1/e2. – Принятые волны являются планарными. – Диски Эйри усекаются на первом нуле диаграммы диска Эйри.
3.2 Шум детектораВ системах электросвязи, работающих на частотах 354 ТГц и 366 ТГц, используется приемник прямого усиления с APD. Детекторы APD обычно работают в одной из двух областей детектирования, ограниченного по шуму. Детекторы, принимающие на входе энергию с высокими уровнями, будут, в основном, ограничены фотонным дробовым шумом. В то же время детекторы, принимающие на входе энергию с низкими уровнями, будут ограничены шумом детектора. Ниже выводится формула для расчета отношения сигнал/шум в системах прямого усиления, в которых обычно используется APD с усилителем в следующем каскаде. Рассчитаем коэффициент избыточного шума, NE:  , (14)
где:
NE: коэффициент избыточного шума G: усиление k: значение электронно-дырочной ионизации. Тогда S/N можно рассчитать следующим образом:  , (15)
где:
e: заряд электрона (1,6 × 10–19 кулон) PS: мощность принятого сигнала (Вт) RD: чувствительность APD kB: постоянная Больцмана (1,38 × 10–23 Дж/K) T: температура (K) iS: поверхностный темновой ток детектора (A) iB: объемный темновой ток детектора (A) RL: сопротивление усилителя напряжения, управляемого током (Ом) NA: коэффициент шума усилителя B: полоса пропускания фильтра (мкм) BF: полоса пропускания фильтра (Гц). *1 ТГц 1000 ГГц. ** Настоящая Рекомендация должна быть доведена до сведения 1-й Исследовательской комиссии по радиосвязи. жүктеу/скачать 127.05 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
рад, (6)
, (4)
(5)
(6)
(7)
. (8)
. (9)
, (10)
, (12)
, (13)