Усилители мощности, преобразователи и трансиверы

Усилитель мощности является обязательным компонентом земной станции спутниковой связи (ЗССС). Существуют два класса усиливающих устройств - ламповые и твердотельные (полупроводниковые). Полупроводниковые усилители обладают целым рядом преимуществ перед ламповыми, но проигрывают ламповым по максимальной мощности. Причем граница такого разделения не постоянна. Максимальная мощность полупроводниковых усилителей с каждым годом становятся все больше. На сегодняшний момент она составляет 250 Вт в Ku-диапазоне и 1000 Вт в С - диапазоне. Можно добиться более высоких мощностей за счет применения схем сложения. Такие мощности перекрывают практически любые потребности ЗССС, за исключением очень крупных телепортов, перед которыми стоит задача работы со всеми транспондерами спутника через один усилитель.

Компания SYRUS SYSTEMS ориентируется на поставки полупроводниковых усиливающих устройств фирмы Advantech AMT. В линейку таких устройств входят усилители (SSPA), усилители-преобразователи (SSPB/BUC) и трансиверы. Устройства всех типов являются широкополосными и выпускаются для разных диапазонов:

С - диапазон:

1. 5,850 - 6,425 ГГц (стандартный).

2. 6,425 - 6,725 ГГц (Palapa).

3. 6,725 - 7,025 ГГц (Insat).

4. 5,850 - 6,725 ГГц (расширенный).

Ku - диапазон:

1. 14.0 - 14.5 ГГц (стандартный).

2. 13.75 - 14.5 ГГц (расширенный).

Кроме того, производятся изделия X и DBS (от 11,8 до 12,5 ГГц) - диапазонов, а также заказные изделия с расширенными или смещенными диапазонами по спецификации заказчика. В отличие от усилителей мощности (SSPA), усилители-преобразователи частоты (SSPB) имеют в своем составе встроенный преобразователь частоты (ПЧ) «вверх» L-диапазона (IFL) в С или Ku-диапазон. В остальном оба типа устройств идентичны, имеют одинаковое конструктивное исполнение и выходные мощности. Устройства имеют как стоечное исполнение, для работы внутри помещений, так и наружное (HUB-mount), для установки под открытым небом на антенне или около нее. Во втором случае они снабжены специальным влагозащищенным корпусом и работают в расширенным диапазоне температур (стандартно от -30°С до +50°С, но имеются опции от -40°С и от -50°С).

Трансивер является устройством внешнего исполнения, совмещающим в себе передающую и приемную части. Задачей трансивера является преобразование сигнала ПЧ в радиочастоту С или Ku-диапазонов, усиление и выдачу в антенно-фидерный тракт, прием и преобразование радиочастотных (РЧ) сигналов в сигналы ПЧ. В качестве ПЧ в трансиверах используется L-диапазон, а также ПЧ 70 / 140 МГц.

Первый вариант трансивера - двухблочная конструкция, состоящая из внешнего LNB и блока усилителя-преобразователя частоты «вверх» и «вниз». Примером такого устройства является AWMT-2000K. В этом варианте IFL выход LNB подключается к блоку усилителя, получает от него питание и сигнал опоры. Блок усилителя имеет встроенный преобразователь частоты «вверх» из ПЧ 70/140 МГц в РЧ С или Ku-диапазона и преобразователь частоты «вниз» из IFL в ПЧ 70/140 МГц. Подключение трансивера к каналообразующему оборудованию осуществляется по кабелям ПЧ 70/140 МГц. Внешнее управление трансивером производится по интерфейсу RS232/RS485. Трансивер имеет встроенное микропроцессорное управление и может резервироваться по схеме 1:1. Диапазон выходных мощностей - от 1 до 50 Вт и более.

Второй вариант трансивера - моноблочная конструкция, имеющая в своем составе поляризатор, диплексер (OMT), Rx/Tx фильтры, PLL LNB и BUC. Вход трансивера имеет круглый волноводный фланец и непосредственно подключается к облучателю антенны. Настройка и смена поляризации осуществляется поворотом моноблока вокруг продольной оси. Трансивер работает с ПЧ L-диапазона (промежуточная частота от 950 до 2150 МГц). Для работы необходим сигнал опоры 10 МГц. Примером такого трансивера является AWMB-LK имеющий выходную мощность 1 - 4 Вт в Ku-диапазоне. Имеется также вариант моноблочного трансивера AWMB-7K для работы с ПЧ 70 / 140 МГц. Благодаря малым размерам, легкости и простоте установки трансиверы наиболее часто применяются в составе земных станций типа VSAT.

4. Спутниковые модемы и терминалы.

   Спутниковый модем входит в состав земной станции спутниковой связи (ЗССС) и представляет собой устройство для преобразования потока цифровых данных от наземных интерфейсов в радиочастотные сигналы промежуточной частоты, пригодные для дальнейшей передачи через спутниковые ретрансляторы и обратного преобразования. Модем состоит из двух частей - модулятора и демодулятора. Еще недавно модемы подразделялись на низкоскоростные, средне и высокоскоростные. Для каждого диапазона скоростей производились свои модели модемов (например, DMD2401, DMD15). Остальные параметры для каждой модели, как правило, являлись опционными и не зависели от скорости модема. Так для модема любого диапазона скоростей можно было заказать опции кодирования по Риду-Соломону, ПЧ 70/140 МГц или L-диапазона и т.д. В последнее время у разных производителей появились модемы, допускающие конфигурирование под определенный состав параметров с помощью очень ограниченного числа опционных модулей и большого числа программно включаемых опций. Ярким представителем модемов нового поколения является спутниковый модем DMD20 компании Radyne ComStream.

Модемы имеют ряд параметров, определяющих возможность их работы с наземным оборудованием и спутниковыми каналами и требующих грамотного выбора. Частота ПЧ модема выбирается в зависимости от того, с каким спутниковым ретранслятором планируется работа. При работе ЗССС на одном ретрансляторе (стволе) с полосой до 36 МГц можно применять ПЧ 70+18 МГц, для ретрансляторов с полосой 72 МГц желательно использовать модемы с ПЧ 140+36 МГц. Для ПЧ 70/140 МГц в состав ЗССС обязательно входят преобразователи частоты, а если работа ведется в нескольких стволах, то преобразователей должно быть несколько. В этом случае, а также для работы в составе VSAT станции, можно рекомендовать использование ПЧ L-диапазона. Это позволяет, при использовании LNB и SSPB/BUC, обойтись без преобразователей частоты и работать во всем спутниковом диапазоне.

Другим параметром является тип модуляции. Это может быть BPSK, QPSK, 8PSK или 16QAM. Наилучшую помехозащищенность имеет модуляция BPSK, в то время как модуляция 16QAM позволяет максимально экономно использовать арендуемую на спутнике полосу частот. На практике, наиболее распространенной является модуляция QPSK. 16QAM может использоваться только на ЗССС с антеннами больших диаметров. Все чаще применяется модуляция 8PSK, хотя это требует тщательного расчета спутниковой линии связи. С целью повышения помехоустойчивости, информация подвергается

кодированию. Последовательный способ кодирования не нашел широкого применения. Наиболее распространенным является сверточное кодирование по Витерби или связка кодирования по Витерби с блочным кодированием по Риду-Соломону. Кодирование позволяет получить существенный выигрыш по помехозащищенности канала. В последнее время на смену кодированию по Витерби и Риду-Соломону пришло турбокодирование (алгоритмы кодирования, использующий для передачи информации не только временное, но и пространственное измерение). Применение турбокодов позволяет еще более повысить помехозащищенность и уменьшить задержки, присущие прежним способам. Турбокодеки могут работать с любым типом модуляции. В зависимости от того, с каким наземным оборудованием работает модем, он должен иметь соответствующий интерфейс. Это может быть RS422/449, RS232, V.35, G.703, DVB ASI, DVB SPI а также такие расширенные возможности, как функция Drop&Insert (режим выделения-вставки данных) и функция служебного канала (overhead - дополнительный).

Необходимо отметить способы управления модемом. Это может быть традиционное управление с передней панели, консольное управление по интерфейсу RS232 и дистанционное управление по интерфейсу RS485. В модемах последнего поколения появились Ethernet порты управления, а модемы поддерживают SNMP протокол. Существуют модемы, которые могут поставляться без передних панелей и управляются через систему управления сетью. Это, например, модем ST2048 компании Advantech AMT. Для дистанционного и локального управления модемами может применяться система управления AMFICOM-SAT. При заказе спутникового модема необходимо указывать номинал ПЧ, скорость и тип интерфейса пользовательских данных, вид помехоустойчивого кодирования и требуемый способ модуляции.

Модемы являются основной частью для построения информационных платформ на закрепленных каналах и в гибридных сетях спутниковой связи. Для построения ассиметричных высокоскоростных спутниковых каналов применяются модуляторы и демодуляторы. Раздельное применение этого оборудования позволяет строить экономичные спутниковые сети. Наибольшее применение модуляторы и демодуляторы находят при построении станций спутникового вещания и передачи данных в стандарте DVB. Для этой цели могут применяться устройства DM240 и DD240.

Для повышения надежности спутниковых каналов ЗССС применяется резервирование. Резервирование осуществляется с помощью переключателей резервирования модемов, переключающих интерфейсную и радио части неисправных модемов на резервный модем. Резервирование возможно по схеме 1:1 (переключатель RCS11) или M:N (переключатель RCS20). С помощью этих же устройств резервируются модуляторы и демодуляторы.

Спутниковый терминал, дополненный приемо-передающей антенной, представляет собой законченный комплект оборудования для построения одноканальных ЗССС. В состав спутникового терминала входит спутниковый модем с дополнительными функциями подачи питания и опорного сигнала на радиочастотный модуль (RFT) и сам радиочастотный модуль наружного использования, состоящий из трансивера или SSPB/BUC и LNB. Наращивание выходной мощности терминала обеспечивается подключением дополнительного твердотельного усилителя мощности (booster). Спутниковый терминал используется совместно с антеннами малых земных и VSAT станций. К основным преимуществам терминала следует отнести небольшие размеры, простоту установки и подключения. Он может быть использован в каналах точка-точка для сбора и распределения данных, сельской связи, выделенных сетях, аварийной связи с быстрым откликом, системах с пунктами продаж, вещательной связи и традиционного речевого трафика.

5. Преобразователи частоты (ПЧ).

   Преобразователи частоты предназначены для частотного преобразования сигналов. Различают преобразователи частоты «вверх», преобразователи частоты «вниз» и тестовые трансляторы. Преобразователи частоты, как правило, являются принадлежностью центральных (HUB) спутниковых станций. Вход преобразователя частоты «вверх» подключается к выходам спутниковых модемов или модуляторов на ПЧ 70 или 140 МГц, а выход - к входу усилителя мощности (SSPA). При этом обычно, усилитель располагается в помещении, рядом с преобразователем и соединяется с антенной системой волноводом. Вход преобразователя частоты «вниз» подключается к выходу LNA, а выход - ко входам спутниковых модемов или демодуляторов на ПЧ 70/140 МГц. Преобразователи частоты, работающие с ПЧ 70/140 МГц, содержат синтезаторы и имеют шаг перестройки 125 кГц или 1 МГц. Более точная установка частоты осуществляется на спутниковом модеме.

Важными параметрами, на которые необходимо обращать внимание, являются стабильность частоты переноса, диапазон и шаг регулирования усиления, и уровень «паразитного» шума. Примером синтезирующих преобразователей «вверх» являются SFC6400 и SFC1450, преобразователей «вниз» SFC4200 и SFC1275G. Для повышения надежности земной станции возможно применение резервирования преобразователей. Резервирование осуществляется с помощью переключателей резервирования. Резервирование может быть по схеме 1:1 (RCU101) или 1:N, где N=1..8 (RCU108). Помимо ПЧ 70 и 140 МГц, последнее время все активнее используются устройства с ПЧ L-диапазона. Появился новый класс преобразователей частоты из ПЧ 70/140 МГц в ПЧ L-диапазона и обратно, а также преобразователей ПЧ L-диапазона в С и Ku и обратно. За счет широкой полосы ПЧ L-диапазона (от 950 до 1525, 1750 или 2050 МГц) нет необходимости в применении синтезирующих преобразователей и можно обойтись простыми блок-конверторами. Компания Advantech AMT предлагает универсальный преобразователь частоты ARxy-kz на базе модульных преобразователей монтируемых в универсальное шасси. На основе этих модулей можно построить любую комбинацию преобразователей частот 70/140 МГц, L-диапазона, С и Ku-диапазонов. Имеются модули преобразователей вверх и вниз из любого диапазона в любой. Их можно комбинировать сдвоенные, счетверенные и резервированные от 1:1 до 1:12 системы.

Тестовый транслятор. Это - устройство, принимающее сигналы в диапазоне передачи С или Кu и преобразующее их в сигналы диапазона приема. Тестовые трансляторы позволяют производить полное тестирование сквозного тракта, включающего передающее и приемное оборудование земной станции спутниковой связи без выхода на спутниковый ретранслятор. Тестирование с помощью трансляторов является важным этапом проверки работоспособности оборудования и характеристик земной станции на этапе разработки, изготовления и проведения ремонтно-восстановительных работ. Предлагаемые преобразователи частоты отвечают современным стандартам для наземных станций спутниковой связи, могут работать в составе систем резервирования, имеют высокую надежность и простоту эксплуатации и обслуживания.