СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ Российский патент 1997 года по МПК H04B7/185 

Изобретение относится к радиотехнике и может применяться в системах дуплексной связи с многостанционным доступом с частотным разделением, обработкой и коммутацией сигналов корреспондентов на борту спутникового ретранслятора связи.

Известны спутниковые системы связи (см. например, "Спутниковая система связи с подвижными объектами", заявка ЕПР N 0 306 918, опубл. 15.03.89 г. "Система связи для двунаправленной передачи информации между наземными станциями с помощью спутника", заявка Германии N 4 034 979, опубл. 07.05.92 г. ), а также система спутниковой связи с обработкой сигналов на борту ретранслятора (см. статью Роберта Хуана и Филиппа Хутена "Ретранслятор системы спутниковой связи с обработкой сигналов на борту", опубл. ТИИЭР N 2, 1971, с. 139 155). Недостатком вышеперечисленных систем спутниковой связи является отсутствие оперативной коммутации между абонентами системы, низкая энергетика радиолинии и неэффективное использование полосы частот участка спутниковый ретранслятор земная станция спутниковой связи.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе спутниковой связи является выбранная в качестве прототипа система спутниковой связи (см. В.В.Игнатов, А.П.Чистяков. Обоснование основных технических параметров перспективной техники многоканальной радиосвязи. Л. ВАС, 1988, с. 29 35). Ретранслятор с обработкой сигналов прототип содержит приемную и передающую антенну системы (АС), малошумящий усилитель мощности (МШУ), смеситель (СМ), N индивидуальных трактов, каждый из которых состоит из усилителя промежуточной частоты (УПЧ), полосового фильтра (ПФ), демодулятора (ДМ), общие для N трактов аппаратуру временного объединения (АВО), модулятор (М) и усилитель мощности (УМ). Каждая станция спутниковой связи содержит антенно-фидерный тракт (АФТ), дуплексер (Д), входное устройство (ВУ), устройство частотного разделения (УЧР), приемник (ПРМ), аппаратуру разделения и объединения (АРО), возбудитель (ВД), усилитель мощности (УМ). Кроме того, в качестве сервисных блоков в состав станции могут входить: аппаратура программного наведения, представляющая собой специализированную ЭВМ, постоянно вычисляющую пространственное положение спутника по исходным параметрам его орбиты; эквивалент антенны, переключатель антенна эквивалент и блок сдвига несущей, предназначенные для проверки аппаратуры станции в режиме "на себя"; второй усилитель мощности, второй возбудитель и несколько приемников, используемых на станции в качестве резервных; блок коммутации передачи, блок коммутации приема, предназначенные для выбора основного или резервного трактов передачи и приема; аппаратура помехозащиты, предназначенная для работы станции в условиях преднамеренных помех; панорамная приставка, аппаратура служебной связи, предназначенные для удобства работы оператора станции; аппаратура сопряжения, позволяющая осуществлять прием (передачу) цифровых потоков от вынесенных абонентов.

Недостатками известной системы являются невысокая оперативность при установке соединений между станциями спутниковой связи из-за необходимости постоянной перестройки частот на передачу, а также низкая энергетика и широкая полоса частот радиолинии ретранслятор станция спутниковой связи вследствие высокой скорости группового потока.

Целью изобретения является разработка системы спутниковой связи, обеспечивающей более высокую оперативность установления соединений между станциями спутниковой связи и уменьшение вдвое скорости и полосы частот радиолинии ретранслятор станция спутниковой связи без сокращения пропускной способности. При этом на спутниковом ретрансляторе дополнительно вводятся коммутирующее устройство и схемы сложения по модулю два, а на каждой станции линия задержки и схема сложения по модулю два.

Указанная цель достигается тем, что в известной системе спутниковой связи, состоящей из станции спутниковой связи и спутникового ретранслятора с обработкой сигналов на борту, причем каждая станция спутниковой связи содержит антенно-фидерный тракт, усилитель мощности, дуплексер, входное устройство, возбудитель, устройство частотного разделения, приемник, аппаратуру разделения и объединения, выход антенно-фидерного тракта подключен к первому входу дуплексера, выход последнего подключен к входу входного устройства, выход которого подключен к входу устройства частотного разделения, выход последнего подключен к входу приемника, выход которого подключен к первому входу аппаратуры разделения и объединения, первый выход которой подключен к входу возбудителя, выход последнего подключен к входу усилителя мощности, выход которого подключен к второму входу дуплексера, а в спутниковом ретрансляторе, содержащем приемную систему, малошумящий усилитель мощности, смеситель, N усилителей промежуточной частоты, N полосовых фильтров, N демодуляторов, аппаратуру временного объединения, модулятор, усилитель мощности, передающую антенную систему, гетеродин, последовательно соединены, выход приемной антенной системы, малошумящий усилитель, смеситель, выход последнего одновременно подключен к входам N усилителей промежуточной частоты, выход каждого из которых подключен к входам соответствующих полосовых фильтров, выход каждого из которых подключен к входам соответствующих демодуляторов, выходы последних подключены к соответствующим входам аппаратуры временного объединения, к выходу которой последовательно подключены первый вход модулятора, усилитель мощности, передающая антенная система, на вторые входы смесителя и модулятора подключены соответственно первый и второй выходы гетеродина частот, введены дополнительно в каждой земной станции линия задержки и сумматор по модулю два, а в спутниковом ретрансляторе коммутатор на N входов и N выходов и K сумматоров по модулю два (число сумматоров K равно числу N/2 демодуляторов), причем первый выход аппаратуры разделения и объединения дополнительно подключен к входу линии задержки, выход которой подключен к первому входу сумматора по модулю два, к второму входу которого подключен второй выход аппаратуры разделения и объединения, с выхода сумматора по модулю два сигнал подается к абоненту системы спутниковой связи, N входов и выходов устройства коммутации подключены соответственно к выходам N демодуляторов и к первым и вторым входам K сумматоров по модулю два, выходы которых подключены к соответствующим входам аппаратуры временного объединения. Кроме того, станции спутниковой связи могут дополнительно комплектоваться: аппаратурой программного наведения, эквивалентом антенны, переключателем антенна-эквивалент, вторыми усилителями мощности и возбудителем, блоком сдвига несущей, блоком коммутации передачи, аппаратурой помехозащиты, панорамной приставкой, блоком коммутации приема, аппаратурой сопряжения, аппаратурой служебной связи. Вышеперечисленная аппаратура является сервисной и не влияет на принцип работы предлагаемой системы спутниковой связи.

Новая совокупность существенных признаков заявленного устройства обеспечивает благодаря устройству коммутации и сумматору по модулю два побитное объединение в ретрансляторе регенерированных сигналов двух любых земных станций, что уменьшает групповую скорость на линии "вниз" вдвое, обеспечивая соответствующее повышение энергетики радиолинии и сокращение полосы частот, или при заданных мощности передатчика и ширине полосы частот линии вниз в два раза возрастает пропускная способность системы, а следовательно, и количество работающих в ней земных станций. При этом обеспечивается возможность установления дуплексной связи между двумя любыми земными станциями, что решается их подключением через коммутатор спутника-ретранслятора к соответствующему сумматору по модулю два.

В земных станциях при этом вводится линия задержки, обеспечивающая задержку своего сигнала на время его распространения на радиолинии земная станция спутник ретранслятор земная станция, и сумматор по модулю два, обеспечивающий с целью выделения сигнала корреспондента вычитание из суммарного цифрового сигнала своего цифрового сигнала, задержанного на определенное время.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы спутниковой связи; на фиг. 2 эпюры напряжений сигналов, поясняющие принцип работы системы.

Система спутниковой связи, показанная на фиг. 1, состоит из N станций спутниковой связи 1₁.1_N, каждая из которых содержит антенно-фидерный тракт 2, усилитель мощности 3, дуплексер 4, входное устройство 5, возбудитель 6, устройство частотного разделения 7, приемник 8, аппаратуру разделения и объединения 9, линию задержки 10, сумматор по модулю два 11 и ретранслятор с обработкой сигналов на борту 12, который содержит приемную антенную систему 13, малошумящий усилитель мощности 14, смеситель 15, N усилителей промежуточной частоты 16₁.16_N, N полосовых фильтров 17₁.17_N, N демодуляторов 18₁.18_N, коммутатор 19, K сумматоров по модулю два 20₁.20_K, аппаратуру временного объединения 21, модулятор 22, усилитель мощности 23, передающую антенную систему 24, гетеродин 25.

При этом в каждой станции спутниковой связи 1₁.1_N (см.фиг. 1) последовательно соединены антенно-фидерный тракт 2, выход которого подключен к первому входу дуплексера 4, выход которого подключен к входу входного устройства 5, выход которого подключен к входу устройства частотного разделения 7, выход которого подключен к входу приемника 8, выход которого подключен к первому входу аппаратуры разделения и объединения 9, второй выход которой подключен к второму входу сумматора по модулю два 11, первый выход аппаратуры разделения и объединения 9 одновременно подключен к входу линии задержки 10 и к входу возбудителя 6, выход которого подключен к входу усилителя мощности 3, выход которого подключен к второму входу дуплексера 4, выход задержки 10 подключен к первому входу сумматора по модулю два 11, к выходу которого подключаются абоненты станции спутниковой связи 1, абонентский вход станции спутниковой связи 1 подключен к второму входу аппаратуры разделения и объединения 9, в спутниковом ретрансляторе 12 последовательно соединены приемная антенная система 13, малошумящий усилитель 14, смеситель 15, выход которого одновременно подключен к входам N усилителей промежуточной частоты 16₁.16_N, выход каждого из которых подключен к входам соответствующих полосовых фильтров 17₁.17_N, выход каждого из которых подключен к входам соответствующих демодуляторов 18₁.18_N, выходы которых подключены к соответствующим входам 1. N коммутатора 19, выходы 1.N которого подключены к соответствующим первым и вторым входам сумматоров по модулю два 20₁.20_K, выходы которых подключены к соответствующим входам 1.K аппаратуры временного объединения 21, выход которой подключен к первому входу модулятора 22, выход которого подключен к входу усилителя мощности 23, выход которого подключен к передающей антенной системе 24, на вторые входы смесителя 15 и модулятора 22 подключены соответствующие выходы гетеродина частот 25.

Система спутниковой связи с многостанционным доступом с частотным разделением, обработкой и коммутацией сигналов на борту спутникового ретранслятора работает следующим образом.

Цифровой поток от абонента станции спутниковой связи поступает на второй вход АРО, которая обеспечивает его асинхронный ввод, а также возможность формирования и ввода дополнительной служебной информации. С первого выхода АРО суммарный цифровой поток поступает одновременно на вход линии задержки и возбудитель. Линия задержки обеспечивает временную задержку входного сигнала на время, сопоставимое с временем распространения сигнала на линии станции спутниковой связи ретранслятор станция спутниковой связи. В возбудителе обеспечивается формирование сетки частот, необходимой для модуляции информационного входного сигнала и переноса его в область радиочастот работы станции на передачу. В усилителе мощности происходит усиление до необходимого уровня мощности СВЧ радиосигнала, поступающего от возбудителя. Дуплексер обеспечивает развязку по частоте трактов передачи и приема, так как антенно-фидерный тракт является общим для трактов передачи и приема. Далее СВЧ сигнал поступает на вход антенно-фидерного тракта, где осуществляется преобразование линейной поляризации в круговую на передаче и обратно на приеме. Усиленный и преобразованный таким образом сигнал излучается в сторону спутникового ретранслятора. Многостанционный сигнал, принимаемый спутниковым ретранслятором в переделах полосы приема от антенны, после предварительного усиления в малошумящем усилителе поступает на смеситель, где с помощью сигнала частоты гетеродина линейно переносится на промежуточную частоту. В индивидуальных трактах, состоящих из усилителя промежуточной частоты, полосового фильтра и демодулятора, сигналы усиливаются и демодулируются. На выходе каждого демодулятора образуется цифровой сигнал соответствующей станции спутниковой связи. В коммутаторе осуществляется коммутация входных цифровых сигналов станций на выходе сумматоров по модулю два в соответствии с установленной схемой соединений. На выходе каждого из сумматоров по модулю два образуется групповой сигнал двух станций спутниковой связи с той же скоростью, что и на входе. Дальнейшая обработка групповых сигналов каждой пары корреспондирующих станций связана с их объединением в аппаратуре временного объединения в единый групповой сигнал и осуществлением модуляции частоты передатчика спутникового ретранслятора. Надо заметить, что полученная при этом скорость группового сигнала в два раза ниже, чем у прототипа, пропускная же способность системы при этом не уменьшилась. Модулированный групповой сигнал усиливается и излучается в направлении всех станций системы. В приемной части ответной станции групповой сигнал последовательно проходит АТФ, дуплексер, ВУ, УЧР и приемник, где последовательно происходит преобразование поляризации сигнала (АФТ), его разделение с передающим трактом (Д), линейный перенос спектра сигнала в более низкий диапазон, предварительное усиление в МШУ и фильтрация СВЧ радиосигнала (ВУ). УЧР предназначено для улучшения реальной избирательности на входе приемника. В приемнике станции спутниковой связи осуществляется усиление, фильтрация и демодуляция радиосигналов. В АРО из принятого группового цифрового потока выделяется адресованный ей сигнал в соответствии с временной позицией, определяемой сумматором по модулю два задействованным на борту спутникового ретранслятора. В сумматоре по модулю два происходит вычитание из принятого сигнала, задержанного на время распространения, своего сигнала, также задержанного в линии задержки. Таким образом, на выход станции, т. е. к абоненту, поступает уже сигнал только корреспондирующей станции.

Временные диаграммы работы отдельных устройств системы спутниковой связи с обработкой и коммутацией сигналов на борту спутникового ретранслятора представлены на фиг. 2, где приняты следующие обозначения и допущения: буквами А и Б обозначены корреспондирующие земные станции; буквой В обозначен спутниковый ретранслятор; цифрами после указанных букв обозначены номера блоков согласно фиг. 1; t_зад время задержки сигнала при распространении по линиям спутниковой связи.

Сравнение эпюр сигналов на входе станции А (1) и на выходе станции Б (11), а также на входе станции Б (2) и на выходе станции А (8) показывает, что они попарно одинаковы и следовательно на приеме станций А и Б произошло восстановление переданных соответственно станциями Б и А сигналов.

Таким образом, применение в системе спутниковой связи с многостанционным доступом с частотным разделением обработкой и коммутацией сигналов на борту спутникового ретранслятора коммутатора и схем сложения по модулю два на борту спутникового ретранслятора, а также линии задержки и сумматора по модулю два на каждой из станций спутниковой связи позволяет повысить энергетику радиолинии спутник земная станция за счет уменьшения групповой скорости в два раза и обеспечить возможность коммутации любой пары земных станций, для чего в системе достаточно лишь выбрать общий для пары корреспондирующих станций бортовой сумматор по модулю два и через устройство коммутации подключить на его вход выходы соответствующих индивидуальных трактов.

Составляющие части заявляемого устройства являются типовыми и реализованы в действующих системах спутниковой связи, а их описание содержится в следующих источниках информации:
входное устройство земных станций на с.146 154; усилитель мощности ретранслятора на с. 166 172; антенно-фидерные тракты земных станций на с. 176 196; антенные системы ретрансляторов на с. 197 222 Справочника по спутниковой связи и вещанию под ред. Л.Я. Кантора, М. Радио и связь, 1983;
передающее оборудование земных станций на с. 31 52; приемник земной станции на с. 67 90; усилитель мощности, модулятор ретранслятора на с. 134 - 142; МШУ, смеситель ретранслятора на с. 147 156; усилитель промежуточной частоты на с. 1 157 160; гетеродин на с. 162 170, в книге "Основы технического проектирования аппаратуры систем связи с помощью ИСЗ" под ред. А.Д. Фортушенко, М. Связь, 1972;
устройство частотного разделения и приемник земной станции, а также полосовой фильтр и демодулятор спутникового ретранслятора описаны в Справочнике по радиорелейной связи под. ред. С.В. Бородича, М. Радио и связь, 1981, с. 115 152;
аппаратура временного объединения и разделения спутникового ретранслятора и аппаратура разделения и объединения станции спутниковой связи в пособии "Аппаратура цифровой системы передачи Импульс" Л. ВАС, 1987, и в альбоме схем "Аппаратура цифровой системы передачи Импульс". Л. ВАС, 1987;
сумматоры по модулю два и линия задержки являются типовыми, их реализация на основе серийных интегральных микросхем К155ЛП5, КМ155ЛП5, К176ЛП2, К531ЛП5П, КМ555ЛП5, К561ЛП2 и КР186ИР5, К523БР1 описана например, на с. 59, 139, 252, 305, 319 и с. 177, 248 соответственно в книге "Интегральные микросхемы", изд. второе, исправленное, справочник под ред. Б.В. Тарабрина, М. Энергоавтомиздат, 1985;
коммутатор является типовым устройством коммутации цифровых потоков, структурная схема его реализации показана, например, на с. 104 в книге Б.Я. Советова, С.А. Яковлева "Построение сетей интегрального обслуживания", Л. Машиностроение, 1990, которая может быть выполнена на существующих сигнальных процессорах, описанных в частности на с. 98 ТИИЭР, том 65, N 9, сентябрь 1977.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено в системах дуплексной связи с множественным доступом с частотным разделением обработкой и коммутацией сигналов корреспондентов на борту спутникового ретранслятора связи. Целью изобретения является разработка системы спутниковой связи, обеспечивающей более высокую оперативность установления соединений между станциями спутниковой связи и уменьшение вдвое скорости и полосы частот радиолинии ретранслятор - станция спутниковой связи без сокращения пропускной способности. Система спутниковой связи содержит N станций спутниковой связи и спутниковый ретранслятор с обработкой и коммутацией сигналов корреспондентов. Цель изобретения достигается тем, что в каждую станцию спутниковой связи дополнительно введены линии задержки и сумматор по модулю два, а в спутниковый ретранслятор коммутатор на N входов и N выходов и K сумматоров по модулю два, которые соответствующим образом связаны с остальными блоками системы. При этом в спутниковом ретрансляторе осуществляется объединение сигналов корреспондирующих земных станций в сумматорах по модулю два, что позволяет сигналы двух корреспондентов передавать на линии "вниз" без увеличения суммарной скорости. Введение коммутатора позволяет оперативно решать вопросы установления дуплексной телефонной связи между любой парой земных станций. В приемных трактах земных станций осуществляется вычитание из принятого суммарного сигнала двух станций задержанного на время распространения переданного сигнала. 2 ил.

Система спутниковой связи, состоящая из спутникового ретранслятора, который содержит приемную антенную систему, малошумящий усилитель мощности, смеситель, N усилителей промежуточной частоты, N полосовых фильтров, N демодулятора, аппаратуру временного объединения, модулятор, усилитель мощности, передающую антенную систему, гетеродин, причем выход приемной антенной системы соединен с входом малошумящего усилителя, выход малошумящего усилителя с входом смесителя, выход смесителя одновременно соединен с входами N усилителей промежуточной частоты, выход каждого из N усилителей промежуточной частоты соединен с входом соответствующих полосовых фильтров, выход каждого из полосовых фильтров соединен с входами соответствующих демодуляторов, выход аппаратуры временного объединения соединен с первым входом модулятора, выход модулятора с входом усилителя мощности, выход которого соединен с входом передающей антенной системы, вторые входы смесителя и модулятора соединены с соответствующими выходами гетеродина частот и земных станций спутниковой связи, каждая из которых содержит антенно-фидерный тракт, усилитель мощности, дуплексор, блок малошумящего усилителя, возбудитель, блок частотного разделения, приемник, аппаратуру разделения и объединения, причем выход антенно-фидерного тракта соединен с первым входом дуплексора, выход дуплексора с входом блока малошумящего усилителя, выход которого соединен с входом блока частотного разделения, выход блока частотного разделения соединен с входом приемника, выход которого соединен с первым входом аппаратуры разделения и объединения, первый выход которой соединен с входом возбудителя, выход возбудителя соединен с входом усилителя мощности, выход которого соединен с вторым входом дуплексора, отличающаяся тем, что дополнительно в спутниковый ретранслятор введены коммутатор на N входов и N выходов и К сумматоров по модулю два, где К N/2, при этом N входов коммутатора соединены с соответствующими выходами N демодуляторов, а N выходов коммутатора с первым и вторым входами К сумматоров по модулю два, выходы которых соединены с соответствующими входами аппаратуры временного объединения, а в каждой земной станции спутниковой связи дополнительно установлены линия задержки и сумматор по модулю два, при этом первый выход аппаратуры разделения и объединения дополнительно соединен с входом линии задержки, выход которой соединен с первым входом сумматора по модулю два, второй вход сумматора по модулю два соединен с вторым выходом аппаратуры разделения и объединения, выход сумматора по модулю два является выходом земной станции спутниковой связи, а второй вход аппаратуры разделения и объединения входом земной станции спутниковой связи.