СПУТНИКОВОЕ ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ВЫСОКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ОСЛАБЛЕНИЯ МНОГОНАПРАВЛЕННОСТИ, РЕТРАНСЛЯТОР И СПУТНИК, ОБОРУДОВАННЫЕ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ
SATELLITE-BASED EMISSION AND RECEPTION DEVICE WITH HIGH MULTI-PATH ATTENUATION RATE, REPEATER AND SATELLITE EQUIPPED WITH SUCH DEVICE

Настоящее изобретение относится к спутниковому приемо-передающему устройству с высоким коэффициентом ослабления многонаправленности, а также к ретранслятору и спутнику, оборудованным таким устройством. В частности, изобретение находит свое применение в области спутниковой связи.
Ретрансляторы, установленные на известных спутниках связи, содержат системы передачи и приема, основанные на прозрачных архитектурах, обеспечивающих восходящие линии связи между, по меньшей мере, одной наземной станцией и ретранслятором и нисходящие линии связи между ретранслятором и множеством потребителей. Системы передачи и приема могут покрывать географическую зону действия на Земле при помощи одного пучка, образующего на земле одно простое пятно охвата, или при помощи нескольких пучков, образующих на земле множество пятен охвата.
На фиг. 1а и 1b представлены два примера известной архитектуры системы передачи и приема в составе полезной нагрузки, обеспечивающей восходящие и нисходящие линии связи, соответственно с одним пятном охвата и с множеством пятен охвата. Ретранслятор содержит приемник 10 сигналов, предназначенный для приема радиочастотных сигналов 40, поступающих через восходящую линию связи, например, от наземной станции. Радиочастотные сигналы, передаваемые наземной станцией, обычно занимают широкую частотную полосу. В приемнике 10 сигналов принятые широкополосные сигналы 40 преобразуются по частоте частотным преобразователем для перехода из частотной полосы приема в частотную полосу передачи, предназначенную для потребителей. Частотный преобразователь управляется локальным генератором колебаний OL, при этом локальный генератор колебаний может работать на заранее определенной фиксированной частоте или на дистанционно изменяемой частоте. После преобразования частоты преобразованный широкополосный сигнал передается во входной демультиплексор IMUX 11, который делит и фильтрует широкополосный сигнал на несколько разных частотных субполос. Затем каждая частотная субполоса, называемая также каналом, усиливается соответствующим усилителем мощности 13, после чего ретранслируется в направлении наземных потребителей. В архитектуре с одним пятном охвата, представленной на фиг. 1а, сигналы, проходящие по различным каналам 1, 2, 3, 4, перегруппируются в выходном уплотнителе OMUX 13, образуя единый путь, после чего передаются пользователям через не показанный единственный источник с излучающей антенной. В архитектуре с множеством пятен охвата, показанной на фиг. 1b, сигналы, проходящие через различные каналы, передаются в виде не зависимых друг от друга пучков источниками излучения 14 излучающей антенны, при этом сигналы, передаваемые в двух смежных пучках 15, 16, во время излучения могут группироваться в не показанной зоне перекрывания. Излучающая антенна, обеспечивающая многолучевой охват, может представлять собой один источник на пучок или несколько источников на пучок. В случае антенны с несколькими источниками на пучок используют решетку для формирования пучка.
Эти две архитектуры характеризуются серьезной проблемой, связанной с тем, что фильтры 9 входного демультиплексора 11, обеспечивающие фильтрацию различных частотных субполос 1-4, не являются совершенными и пропускают в каждый канал паразитные частоты, принадлежащие к субполосам, выделенным для смежных каналов. Таким образом, каждый канал передает главный сигнал 18, частота которого входит в частотную субполосу, выделенную для соответствующего канала, и паразитные сигналы 19, частоты которых находятся в разных фильтрованных частотных субполосах. При этом различные каналы образуют различные возможные пути для принимаемых сигналов в разных фильтрованных частотных субполосах. Сигналы одинаковой частоты, поступающие в два разных смежных приемопередатчика и, следовательно, проходящие по двум разным путям, имеют разные уровни амплитуды и фазы, но являются когерентными между собой. Во время перегруппировки сигналов, поступающих из разных каналов, в выходном уплотнителе или при излучении, главные сигналы и паразитные сигналы такой же частоты, поступающие из смежных каналов, когерентно перегруппируются между собой, что приводит к изменению коэффициента усиления и изменению правила задержки и ухудшает качество связи. Участие паразитных сигналов, проходящих по направлениям, отличным от главного направления, в амплитуде и в фазе излучаемого сигнала, классически называется эффектом многонаправленности.
Для решения этой проблемы в случае, когда сигналы перегруппируются выходным уплотнителем, частотные полосы двух смежных фильтров обычно разделены защитной полосой, что обеспечивает хорошую частотную изоляцию между двумя смежными каналами и позволяет ослабить эффект многонаправленности. Однако недостатком этого решения является уменьшение ширины частотной полосы, которую можно использовать для передаваемых сигналов.
В случае зоны покрытия с множеством пятен охвата, когда сигналы одной частоты могут группироваться при излучении, пучки, излучаемые источниками излучения каждого канала, как правило, отделены в пространстве друг от друга для обеспечения достаточной пространственной изоляции между двумя пучками. Это решение обуславливает необходимость выделения частоты для смежных пучков и отрицательно сказывается на размерности ретранслятора.
Настоящее изобретение призвано устранить недостатки известных решений и предложить спутниковое приемо-передающее устройство с высоким коэффициентом ослабления многонаправленности, позволяющее минимизировать защитную полосу между частотными полосами, выделенными для двух смежных каналов, и решить проблему размерности ретранслятора, связанную с многонаправленностью.
В связи с этим объектом изобретения является спутниковое приемо-передающее устройство с высоким коэффициентом ослабления многонаправленности, при этом устройство предназначено для приема и обработки радиочастотных сигналов, поступающих через восходящую линию связи, и для последующего излучения обработанных сигналов по нисходящей линии связи для наземных потребителей, отличающееся тем, что содержит, на приеме, делитель мощности, имеющий два выхода, соответственно соединенных с двумя независимыми частотными преобразователями, и два входных демультиплексора, соответственно соединенных на выходе двух соответствующих частотных преобразователей, при этом каждый частотный преобразователь управляется выделенным локальным генератором колебаний, при этом два локальных генератора работают на одной частоте, при этом два входных демультиплексора содержат канальные фильтры, работающие в разных частотных субполосах, отдельных и разделенных по частоте друг от друга, при этом две смежные частотные субполосы фильтруются двумя канальными фильтрами, принадлежащими к разным входным демультиплексорам.
Предпочтительно частотные субполосы фильтров второго входного демультиплексора смещены по частоте относительно частотных субполос фильтров первого входного демультиплексора, при этом частотный сдвиг равен, по меньшей мере, ширине частотной субполосы.
Объектами изобретения являются также спутниковый ретранслятор, содержащий такое приемо-передающее устройство, и спутник, содержащий такой ретранслятор.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве неограничительного примера со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи, на которых:
фиг. 1а и 1b - два примера архитектуры известной системы передачи и приема ретранслятора, обеспечивающей связь в направлении Земля - спутник и в направлении спутник - Земля с зоной действия с одним пятном и соответственно с зоной действия с множеством пятен охвата.
Фиг. 2а и 2b - два примера архитектуры заявленной системы передачи и приема ретранслятора, обеспечивающие связь в направлении Земля - спутник и в направлении спутник - Земля с зоной действия с одним пятном и соответственно с зоной действия с множеством пятен охвата.
Показанная на фиг. 2а и 2b заявленная система передачи и приема ретранслятора содержит делитель 45 мощности, предназначенный для деления на два мощности входного радиочастотного сигнала 40 и для подачи двух сигналов, полученных в результате деления, соответственно на вход двух независимых частотных преобразователей 20, 30. Каждый частотный преобразователь 20, 30 предназначен для приема и параллельной обработки радиочастотных сигналов 40 с широкой частотной полосой F, поступающих через одну восходящую линию связи. Каждый из двух частотных преобразователей 20, 30 содержит локальный генератор 22, 32 и может дополнительно содержать не показанные входной усилитель с низким уровнем шума и выходной усилитель. Каждый частотный преобразователь 20, 30 обеспечивает преобразование широкополосных сигналов 40 из частотной полосы приема в частотную полосу передачи, выделенную для потребителей. Локальные генераторы 22, 32 двух частотных преобразователей 20, 30 работают на одной частоте, следовательно, широкополосные сигналы 40 преобразуются на одинаковой частоте двумя частотными преобразователями 20, 30. Поскольку два частотных преобразователя 20, 30 используют разные локальные генераторы 22, 32, они выдают некоррелированные сигналы с фазовыми шумами и изменениями фазы. Таким образом, относительные фазы между сигналами, выходящими из двух частотных преобразователей 20, 30, со временем изменяются, и сигналы, преобразуемые по частоте двумя частотными преобразователями 20, 30, не являются когерентными между собой. Таким образом, выходные сигналы 41, 42 двух частотных преобразователей 20, 30 являются идентичными, но не когерентными. После преобразования по частоте выходной сигнал 41 первого частотного преобразователя 20, соответственно выходной сигнал 42 второго частотного преобразователя 30, передается в первый входной демультиплексор 51, соответственно во второй входной демультиплексор 52, при этом каждый демультиплексор 51, 52 предназначен для деления каждого соответствующего выходного сигнала 41, 42 на несколько разных частотных субполос одинаковой ширины, соответствующих разным каналам. Частотные субполосы, выделенные для каналов, получаемых из одного демультиплексора, отделены друг от друга по частоте шириной полосы, превышающей или равной ширине полосы, выделенной для каждого канала, при этом частотные субполосы, фильтрованные вторым демультиплексором 52, находятся между частотными субполосами, фильтрованными первым демультиплексором 51. Таким образом, две смежные частотные полосы (F1, F2) (F3, F4) фильтруются канальными фильтрами, принадлежащими к двум разным входным демультиплексорам 52, 51. Следовательно, один канал из двух фильтруется первым демультиплексором 51, и один канал из двух фильтруется вторым демультиплексором 52.
Различные частотные полосы отделены друг от друга, то есть не имеют общей частоты. Как показано на фиг. 2а и 2b, частотная полоса F сигнала 40, принимаемого двумя приемниками 20, 30, делится на две разные первые частотные субполосы F2, F4 первым демультиплексором 51 и на две разные вторые частотные субполосы F1, F3 вторым демультиплексором 52, при этом две первые и две вторые частотные субполосы образуют четыре разные и отделенные друг от друга частотные субполосы F1, F2, F3, F4, для которых соответственно выделяют четыре разных канала 1, 2, 3, 4. Каналы 1 и 3 выделены для частотных сигналов F1 и F3, разделенных и фильтрованных вторым демультиплексором 52, и каналы 2 и 4 выделены для частотных сигналов F2 и F4, разделенных и фильтрованных первым демультиплексором 51. Когерентными между собой являются только сигналы, фильтрованные одним демультиплексором, так как они поступают из одного приемника, то есть из одного локального генератора. В примерах, показанных на фиг. 2а и 2b, сигналы, проходящие в каналах 1 и 3, являются когерентными, и сигналы, проходящие в каналах 2 и 4, тоже являются когерентными, но сигналы, проходящие в каналах 2 и 3, и сигналы, проходящие в каналах 1 и 4, не являются когерентными между собой. В силу несовершенства четырех фильтров, предназначенных для фильтрации соответственно четырех частотных субполос F1-F4, в каждом канале проходят главный сигнал, имеющий частоту, включенную в частотную полосу, выделенную для соответствующего канала, и более слабые паразитные сигналы с частотами, включенными в смежные частотные полосы, выделенные для других каналов. Интенсивность паразитных сигналов уменьшается, когда их частота уходит от частотной полосы, выделенной для канала, в котором они проходят. Таким образом, в примерах на фиг. 2а и 2b в первом канале 2 распространяются главный сигнал, частота которого находится в частотной полосе F2, выделенной для первого канала 2, и паразитные сигналы, частоты которых находятся в частотных полосах F1 и F3, выделенных соответственно для третьего и четвертого каналов 1 и 3. Точно так же в четвертом канале 3 распространяются главный сигнал, частота которого находится в частотной полосе F3, выделенной для четвертого канала 3, и паразитные сигналы, частоты которых находятся в частотных полосах F2 и F4, выделенных соответственно для первого и второго каналов 2 и 4. В третьем канале 1 распространяются главный сигнал, частота которого находится в частотной полосе F1, выделенной для третьего канала 1, и паразитные сигналы, частоты которых находятся в частотной полосе F2, выделенной для первого канала 2. Во втором канале 4 проходят главный сигнал, частота которого находится в частотной полосе F4, выделенной для второго канала 4, и паразитные сигналы, частоты которых находятся в частотной полосе F3, выделенной для четвертого канала 3. Однако, поскольку сигналы с частотами, включенными в смежные частотные полосы, не являются когерентными между собой, паразитные сигналы, распространяющиеся в не предназначенных для них каналах, не являются когерентными с главными сигналами такой же частоты, проходящими в выделенном для них канале. Таким образом, в примерах на фиг. 2а и 2b паразитные сигналы, имеющие частоту, находящуюся в частотной полосе F1, выделенной для третьего канала 1, но распространяющиеся в первом канале 2, не являются когерентными с главным сигналом этой же частоты F1, проходящим в третьем канале 1. Точно так же паразитные сигналы, имеющие частоту, находящуюся в частотной полосе F3, выделенной для четвертого канала 3, но распространяющиеся в первом канале 2 и во втором канале 4, не являются когерентными с главным сигналом этой же частоты F3, проходящим в четвертом канале 3. Точно так же паразитные сигналы, имеющие частоту, находящуюся в частотной полосе F2, выделенной для первого канала 2, но распространяющиеся в третьем канале 1 и в четвертом канале 3, не являются когерентными с главным сигналом этой же частоты F2, проходящим в первом канале 2. Наконец, паразитные сигналы, имеющие частоту, находящуюся в частотной полосе F4, выделенной для второго канала 4, но распространяющиеся в третьем канале 3, не являются когерентными с главным сигналом этой же частоты F4, проходящим во втором канале 4. Следовательно, различные паразитные сигналы, которые проходят в каждом канале, никогда не будут когерентными с главными сигналами этой же частоты.
Во время перегруппировки сигналов, поступающих из разных каналов, поскольку паразитные сигналы и главные сигналы одинаковой частоты не являются когерентными между собой, паразитные сигналы оказывают влияние на излучаемый сигнал, сравнимое с шумом, но это влияние является намного слабее и гораздо менее деструктивным, чем в известных современных системах передачи и приема. Поскольку эффекты, связанные с паразитными сигналами, являются гораздо более слабыми, уровень разделения между различными каналами можно значительно снизить, что позволяет получать более значительные полезные ширины полос, и характеристики системы передачи и приема в полезной полосе намного улучшаются по сравнению с классической архитектурой.
Изобретение было описано для частных вариантов выполнения, однако понятно, что оно ни в коем случае ими не ограничивается и включает в себя все технические эквиваленты описанных средств, а также их комбинации, если они не выходят за рамки изобретения.