Спутниковая связь. Спутниковая связь что это такое

Спутниковая связь - это... Что такое Спутниковая связь?

Спутник связи Syncom-1

Спу́тниковая свя́зь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от десятков до сотен тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает — в большинстве случаев достаточно и одного.

История

В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи.

Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству.

Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.

Почтовый конверт, посвященный 5-ти летию запуска первого спутника Земли

В 1957 году в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли с радиоаппаратурой на борту.

Воздушный шар «Эхо-1»

12 августа 1960 года специалистами США был выведен на орбиту высотой 1500 км надувной шар[1]. Этот космический аппарат назывался «Эхо-1». Его металлизированная оболочка диаметром 30 м выполняла функции пассивного ретранслятора.

Инженеры работают над первым в мире коммерческим спутником связи Early Bird

20 августа 1964 года 11 стран (СССР в их число не вошёл) подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization)[2]. В СССР к тому времени была собственная развитая программа спутниковой связи, увенчавшаяся 23 апреля 1965 года успешным запуском связного советского спутника Молния-1. В рамках программы Intelsat первый коммерческий спутник связи Early Bird (англ.) («ранняя пташка»)[3], произведенный корпорацией COMSAT, был запущен 6 апреля 1965 года.

По сегодняшним меркам спутник Early Bird (INTELSAT I) обладал более чем скромными возможностями: обладая полосой пропускания 50 МГц, он мог обеспечивать до 240 телефонных каналов связи[4]. В каждый конкретный момент времени связь могла осуществляться между земной станцией в США и только одной из трёх земных станций в Европе (в Великобритании, Франции или Германии), которые были соединены между собой кабельными линиями связи[5].

В дальнейшем технология шагнула вперед, и спутник INTELSAT IX уже обладал полосой пропускания 3456 МГц[4].

В СССР долгое время спутниковая связь развивались только в интересах Министерства Обороны СССР. В силу большей закрытости космической программы развитие спутниковой связи в социалистических странах шло иначе чем в западных странах. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами социалистического блока о создании системы связи «Интерспутник» которое было подписано только в 1971 году[6]

Спутниковые ретрансляторы

Пассивный спутник связи Echo-2. Металлизированная надувная сфера выполняла функции пассивного ретранслятора

В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы (примеры — спутники «Эхо» и «Эхо-2»), которые представляли собой простой отражатель радиосигнала (часто — металлическая или полимерная сфера с металлическим напылением), не несущий на борту какого-либо приёмопередающего оборудования. Такие спутники не получили распространения. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными[7]. Нерегенеративный спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. Спутник может использовать несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами[8]).

Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому исправление ошибок производится дважды: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостаток этого метода — сложность (а значит, гораздо более высокая цена спутника), а также увеличенная задержка передачи сигнала.

Орбиты спутниковых ретрансляторов

Орбиты: 1 — экваториальная, 2 — наклонная, 3 — полярная

Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса[9]:

экваториальные,
наклонные,
полярные.

Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостационарная орбита, на которой спутник вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли. Очевидным преимуществом геостационарной орбиты является то, что приемник в зоне обслуживания «видит» спутник постоянно.

Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является больша́я высота, а значит, и бо́льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите не способен обслуживать земные станции в приполярной области.

Наклонная орбита позволяет решить эти проблемы, однако, из-за перемещения спутника относительно наземного наблюдателя необходимо запускать не меньше трех спутников на одну орбиту, чтобы обеспечить круглосуточный доступ к связи.

Полярная орбита — предельный случай наклонной (с наклонением 90º).

При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник[10]. Станции, работающие со спутниками, находящимися на геостационарной орбите, как правило, также оборудуются такими системами, чтобы компенсировать отклонение от идеальной геостационарной орбиты. Исключение составляют небольшие антенны, используемые для приема спутникового телевидения: их диаграмма направленности достаточно широкая, поэтому они не чувствуют колебаний спутника возле идеальной точки.

Многократное использование частот. Зоны покрытия

Типичная карта покрытия спутника, находящегося на геостационарной орбите

Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами[11]:

пространственное разделение — каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты,

поляризационное разделение — различные антенны принимают и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации, при этом одни и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей).

Типичная карта покрытия для спутника, находящегося на геостационарной орбите, включает следующие компоненты[12]:

глобальный луч — производит связь с земными станциями по всей зоне покрытия, ему выделены частоты, не пересекающиеся с другими лучами этого спутника.

лучи западной и восточной полусфер — эти лучи поляризованы в плоскости A, причем в западной и восточной полусферах используется один и тот же диапазон частот.

зонные лучи — поляризованы в плоскости B (перпендикулярной A) и используют те же частоты, что и лучи полусфер. Таким образом, земная станция, расположенная в одной из зон, может использовать также лучи полусфер и глобальный луч.

При этом все частоты (за исключением зарезервированных за глобальным лучом) используются многократно: в западной и восточной полусферах и в каждой из зон.

Частотные диапазоны

Антенна для приема спутникового телевидения (Ku-диапазон)

Спутниковая антенна для C-диапазона

Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн. Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше).

Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами. К сожалению, в различной литературе точные границы диапазонов могут не совпадать. Ориентировочные значения даны в рекомендации ITU-R V.431-6[13]:

Название диапазона Частоты (согласно ITU-R V.431-6) Применение

L	1,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
S	2,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
С	4 ГГц, 6 ГГц	Фиксированная спутниковая связь
X	Для спутниковой связи рекомендациями ITU-R частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.	Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)
Ku	11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
K	20 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka	30 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Используются и более высокие частоты, но повышение их затруднено высоким поглощением радиоволн этих частот атмосферой. Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи.

Для передачи данных крупными пользователями (организациями) часто применяется C-диапазон. Это обеспечивает более высокое качество приема, но требует довольно больших размеров антенны.

Модуляция и помехоустойчивое кодирование

Особенностью спутниковых систем связи является необходимость работать в условиях сравнительно низкого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:

значительной удаленностью приемника от передатчика,
ограниченной мощностью спутника (невозможностью вести передачу на большой мощности).

В связи с этим спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя, например, импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ)[14].

Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией). Наиболее распространенными видами цифровой модуляции для приложений спутниковой связи являются фазовая манипуляция и квадратурная амплитудная модуляция[15]. Например, в системах стандарта DVB-S2 применяются QPSK, 8-PSK, 16-APSK и 32-APSK[16].

Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну. Спутник принимает сигнал, усиливает, иногда регенерирует, переносит на другую частоту и с помощью определённой передающей антенны транслирует на землю.

Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты свёрточных кодов (иногда в сочетании с кодами Рида-Соломона), а также турбо-коды[17][18] и LDPC-коды[19].

Множественный доступ

Для обеспечения возможности одновременного использования спутникового ретранслятора несколькими пользователями применяют системы множественного доступа[20]:

множественный доступ с кодовым разделением — при этом каждому пользователю выдается кодовая последовательность, ортогональная кодовым последовательностям других пользователей. Данные пользователя накладываются на кодовую последовательность таким образом, что передаваемые сигналы различных пользователей не мешают друг другу, хотя и передаются на одних и тех же частотах.

Кроме того, многим пользователям не требуется постоянный доступ к спутниковой связи. Этим пользователям канал связи (таймслот) выделяется по требованию с помощью технологии DAMA (Demand Assigned Multiple Access — множественный доступ с предоставлением каналов по требованию).

Применение спутниковой связи

Антенна терминала VSAT

Магистральная спутниковая связь

Изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. Первой системой спутниковой связи стала система Intelsat, затем были созданы аналогичные региональные организации (Eutelsat, Arabsat и другие). С течением времени доля передачи речи в общем объёме магистрального трафика постоянно снижалась, уступая место передаче данных.

С развитием волоконно-оптических сетей последние начали вытеснять спутниковую связь с рынка магистральной связи[21].

Системы VSAT

Системы VSAT (Very Small Aperture Terminal — терминал с очень маленькой апертурой) предоставляют услуги спутниковой связи клиентам (как правило, небольшим организациям), которым не требуется высокая пропускная способность канала. Скорость передачи данных для VSAT-терминала обычно не превышает 2048 кбит/с[22].

Слова «очень маленькая апертура» относятся к размерам антенн терминалов по сравнению с размерами более старых антенн магистральных систем связи. VSAT-терминалы, работающие в C-диапазоне, обычно используют антенны диаметром 1,8-2,4 м, в Ku-диапазоне — 0,75-1,8 м.

В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.

Системы подвижной спутниковой связи

Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений:

Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км[23], на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat (основной задачей которой является предоставление услуг связи морским судам) и некоторыми региональными операторами персональной спутниковой связи (например, Thuraya).

Множество спутников располагается на наклонных или полярных орбитах. При этом требуемая мощность передатчика не так высока, и стоимость вывода спутника на орбиту ниже. Однако такой подход требует не только большого числа спутников, но и разветвленной сети наземных коммутаторов. Подобный метод используется операторами Iridium и Globalstar.

С операторами персональной спутниковой связи конкурируют операторы сотовой связи. Характерно, что как Globalstar, так и Iridium испытывали серьёзные финансовые затруднения, которые довели Iridium до реорганизационного банкротства в 1999 г.

В декабре 2006 года был запущен экспериментальный геостационарный спутник Кику-8 с рекордно большой площадью антенны, который предполагается использовать для отработки технологии работы спутниковой связи с мобильными устройствами, не превышающими по размерам сотовые телефоны.

Спутниковый Интернет

Спутниковая связь находит применение в организации «последней мили» (канала связи между интернет-провайдером и клиентом), особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.[24]

Особенностями такого вида доступа являются:

Разделение входящего и исходящего трафика и привлечение дополнительных технологий для их совмещения. Поэтому такие соединения называют асимметричными.
Одновременное использование входящего спутникового канала несколькими (например 200-ми) пользователями: через спутник одновременно передаются данные для всех клиентов «вперемешку», фильтрацией ненужных данных занимается клиентский терминал (по этой причине возможна «Рыбалка со спутника»).

По типу исходящего канала различают:

Терминалы, работающие только на прием сигнала (наиболее дешевый вариант подключения). В этом случае для исходящего трафика необходимо иметь другое подключение к Интернету, поставщика которого называют наземным провайдером. Для работы в такой схеме привлекается туннелирующее программное обеспечение, обычно входящее в поставку терминала. Несмотря на сложность (в том числе сложность в настройке), такая технология привлекательна большой скоростью по сравнению с dial-up за сравнительно небольшую цену.
Приемо-передающие терминалы. Исходящий канал организуется узким (по сравнению со входящим). Оба направления обеспечивает одно и то же устройство, и поэтому такая система значительно проще в настройке (особенно если терминал внешний и подключается к компьютеру через интерфейс Ethernet). Такая схема требует установки на антенну более сложного (приемо-передающего) конвертера.

И в том, и в другом случае данные от провайдера к клиенту передаются, как правило, в соответствии со стандартом цифрового вещания DVB, что позволяет использовать одно и то же оборудование как для доступа в сеть, так и для приема спутникового телевидения.

Недостатки спутниковой связи

Слабая помехозащищённость

Огромные расстояния между земными станциями и спутником являются причиной того, что отношение сигнал/шум на приемнике очень невелико (гораздо меньше, чем для большинства радиорелейных линий связи). Для того, чтобы в этих условиях обеспечить приемлемую вероятность ошибки, приходится использовать большие антенны, малошумящие элементы и сложные помехоустойчивые коды. Особенно остро эта проблема стоит в системах подвижной связи, так как в них есть ограничение на размер антенны и, как правило, на мощность передатчика.

Влияние атмосферы

На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере[25].

Поглощение в тропосфере

Поглощение сигнала атмосферой находится в зависимости от его частоты. Максимумы поглощения приходятся на 22,3 ГГц (резонанс водяных паров) и 60 ГГц (резонанс кислорода)[26]. В целом, поглощение существенно сказывается на распространении сигналов с частотой выше 10 ГГц (то есть, начиная с Ku-диапазона). Кроме поглощения, при распространении радиоволн в атмосфере присутствует эффект замирания, причиной которому является разница в коэффициентах преломления различных слоев атмосферы.

Ионосферные эффекты

Эффекты в ионосфере обусловлены флуктуациями распределения свободных электронов. К ионосферным эффектам, влияющим на распространение радиоволн, относят мерцание, поглощение, задержку распространения, дисперсию, изменение частоты, вращение плоскости поляризации[27]. Все эти эффекты ослабляются с увеличением частоты. Для сигналов с частотами, большими 10 ГГц, их влияние невелико.[28]

Эффект 100 МГц 300 МГц 1 ГГц 3 ГГц 10 ГГц Вращение плоскости поляризации Дополнительная задержка сигнала Поглощение в ионосфере (на полюсе) Поглощение в ионосфере (в средних широтах)

30 оборотов	3,3 оборота	108°	12°	1,1°
25 мс	2,8 мс	0,25 мс	28 нс	2,5 нс
5 дБ	1,1 дБ	0,05 дБ	0,006 дБ	0,0005 дБ
<1 дБ	0,1 дБ	<0,01 дБ	<0,001 дБ	<0,0001 дБ

Сигналы с относительно низкой частотой (L-диапазон и частично C-диапазон) страдают от ионосферного мерцания, возникающего из-за неоднородностей в ионосфере. Результатом этого мерцания является постоянно меняющаяся мощность сигнала.

Задержка распространения сигнала

Проблема задержки распространения сигнала так или иначе затрагивает все спутниковые системы связи. Наибольшей задержкой обладают системы, использующие спутниковый ретранслятор на геостационарной орбите. В этом случае задержка, обусловленная конечностью скорости распространения радиоволн, составляет примерно 250 мс, а с учетом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400 мс[29].

Задержка распространения наиболее нежелательна в приложениях реального времени, например, в телефонной связи. При этом, если время распространения сигнала по спутниковому каналу связи составляет 250 мс, разница во времени между репликами абонентов не может быть меньше 500 мс.

В некоторых системах (например, в системах VSAT, использующих топологию «звезда») сигнал дважды передается через спутниковый канал связи (от терминала к центральному узлу, и от центрального узла к другому терминалу). В этом случае общая задержка удваивается.

Влияние солнечной интерференции

При приближении Солнца к оси спутника-наземная станция радиосигнал, принимаемый со спутника наземной станцией, искажается в результате интерференции.

См. также

Примечания

↑ Вишневский В. И., Ляхов А. И., Портной С. Л., Шахнович И. В. Исторический очерк развития сетевых технологий // Широкополосные сети передачи информации. — Монография (издание осуществлено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований). — М.: «Техносфера», 2005. — С. 20. — 592 с. — ISBN 5-94836-049-0
↑ Communications Satellite Short History. The Billion Dollar Technology
↑ Communications Satellite Short History. The Global Village: International Communications
↑ 1 2 INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 18
↑ Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004
↑ Официальный сайт компании «Интерспутник»
↑ Концептуально-правовые вопросы широкополосных спутниковых мультисервисных сетей
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 167
↑ INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 2
↑ INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 73
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, pp. 6, 108
↑ INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 28
↑ Recommendation ITU-R V.431-6. Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, pp. 6, 256
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 264
↑ http://www.telesputnik.ru/archive/116/article/62.html Стандарт DVB-S2. Новые задачи - новые решения//Журнал по спутниковому и кабельному телевидению и телекоммуникациям «Телеспутник»
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 283
↑ Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение / пер. с англ. В. Б. Афанасьева. — М.: Техносфера, 2006. — 320 с. — (Мир связи). — 2000 экз. — ISBN 5-94836-035-0
↑ Dr. Lin-Nan Lee LDPC Codes, Application to Next Generation Communication Systems // IEEE Semiannual Vehicular Technology Conference. — October, 2003.
↑ Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital Communications: Fundamentals and Applications. — 2 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 1104. — ISBN 0-13-084788-7
↑ Система спутниковой связи и вещания «Ямал»
↑ VSAT FAQ
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 68
↑ Satellite Internet and VSAT Information Centrum
↑ Satellite Communications and Space Weather
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 91
↑ Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 93
↑ Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook. — Artech House, Inc., 2004, p. 34.
↑ Satellite Communications in the Global Internet: Issues, Pitfalls, and Potential

Ссылки

Литература

INTELSAT Satellite Earth Station Handbook
Dennis Roddy. Satellite Communications. — McGraw-Hill Telecommunications, 2001.
Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook. — Artech House, Inc., 2004. — ISBN 1-58053-490-2
Ascent to Orbit, a Scientific Autobiography: The Technical Writings of Arthur C. Clarke. — New York: John Wiley & Sons, 1984.

dic.academic.ru

принцип действия, обзор и развитие сетей

Наболевшие проблемы решаемы цепочкой космических станций периодом обращения 24 часа, оккупировавших высоту 42000 км относительно центра Земли… в плоскости экватора.

А. Кларк, 1945 год.

В каменном веке связная сеть работает путём многократного повторения действий по регулированию объёма испускаемого костром дыма. Земля знала скороходов, лучшим стал Маленький Мук. Современная система использует космические летательные аппараты. Плюсом спутника назовём большое покрытие территории. Волны используют преимущественно короткие, способные распространяться по прямой. Мир один – везде свои цены…

Предпосылки использования

Идею ретрансляции зародил Эмиль Гуарини-Форезио в 1899 году. Концепцию опосредованной передачи сигнала опубликовал немецкий Журнал для электротехника (том 16, 35-36). Артур Кларк в 1945 году озвучил концепцию системы связи меж геостационарными космическими аппаратами. Писатель отказался брать патент, отнекиваясь двумя умозаключениями:

Малая вероятность осуществления задумки.
Необходимость подарить идею человечеству целиком.

Одновременно учёный указал координаты наилучшего покрытия областей поверхности планеты:

30 градусов в.д. – Африка, Европа.
150 градусов в.д. – Китай, Океания.
90 градусов з.д. – Америка.

Действие антенны радиорелейной линии

Писатель занизил рабочую частоту, высказав намерение применить 3 МГц, уменьшив гипотетические рефлекторы (несколько футов).

Наземные системы СВЧ

Англо-французский консорциум, возглавляемый Андре Клавиром, пошёл дальше. Первые успешные попытки использования диапазона СВЧ связью датированы 1931 годом. Английский Канал продемонстрировал передачу информации частотой 1,7 ГГц (современный сотовый диапазон) на 64 километра станциями, оснащёнными тарелками диаметром 3 метра, соединяя Дувр и Кале.

Интересно! Первый коммерческий телевизионный канал УКВ использовал частоту 300 МГц.

Историки склонны считать Вторую мировую войну лошадкой, вывезшей отрасль на вершину. Изобретение клистрона, усовершенствование технологий изготовления параболоидов внесли неоценимый вклад. Расцвет трансатлантических отношений датируется 50-ми годами XX века.

Для справки! Первая релейная линия, образованная восемью ретрансляторами, Нью-Йорк – Бостон, построена в 1947 году.

Америка и Европа наладили передачу информации ретрансляторами (радиосвязь, называемая релейной). Немедля началось коммерческое телевещание. Особенностью СВЧ связи называют возможность точного предсказания результата уже на этапе проектирования системы.

Для справки! Релейная связь – технология передачи цифровых, аналоговых сигналов меж приёмниками, находящимися в поле видимости.

Космические аппараты

Первый советский спутник (1957 год) нёс связную аппаратуру. Тремя годами позже американцы подняли на высоту 1500 км надувной шар, служивший пассивным ретранслятором, благодаря металлизированному покрытию сферы. 20 августа 1964 года 11 стран, включая СССР, подписали договор о создании Intelsat (международная связь). Советский блок шёл путём секретности, пока запад зарабатывал. Восточный блок создал собственную программу в 1971 году.

Спутники явились настоящей находкой, позволяя соединить противоположные берега океана. Альтернативой выступает оптическое волокно.

Первыми тёмную лошадку запустили военные наравне с тропосферной связью, использовавшей эффект отражения волны верхними слоями. Советскую микроволновую связь перехватывала небесная группа Риолит. Система, разработанная для ЦРУ (США). Аппарат занимал позицию, захватываемую наземным лучом советской релейной связи, записывая послания. Контролировались территории Китая, Восточной Европы. Диаметр зонтоподобных рефлекторов достигал 20 метров.

Руководство США всегда знало намерения руководителей СССР, прослушивая все, вплоть до телефонных звонков. Сегодня спутниковые системы позволяют, благодаря эффекту Допплера, дистанционно посещать любые «конфиденциальные» беседы, проводимые в помещениях, снабжённых типичным оконным стеклопакетом.

Зарегистрированы первые попытки осуществить идеи Николы Тесла в космосе: беспроводная передача электроэнергии спутниковыми антеннами. Эпопея стартовала в 1975 году. Ныне концепция вернулась домой. Башня Ворденклифф давно разрушена, однако главный остров Гавайи получил свою порцию 20 Вт беспроводным путём.

Для справки! Использование космической связи оказалось экономически оправданной альтернативой оптического волокна.

Особенности сигнала

Неудивительно использование спутников, учитывая сказанное.

Окна прозрачности

Явление поглощения атмосферой волн известно давно. Учёные, исследовав феномен, заключили:

Затухание сигнала определено частотой.
Наблюдаются окна прозрачности.
Явление модулируется погодными условиями.

Например, миллиметровый диапазон (30-100 ГГц) сильно угнетается дождём. Окрестности частоты 60 ГГц поглощают молекулы кислорода, 22 ГГц – водой. Частоты ниже 1 ГГц отсекаются излучениями галактики. Негативное влияние оказывают температурные шумы атмосферы.

Температура неба по Кельвину

Сказанное объясняет выбор современных частот космической связи. Полный перечень характеристик сигнала Ku-диапазона демонстрирует рисунок.

Характеристики сигнала Ku-диапазона

Используется также С-диапазон.

Характеристики сигнала С-диапазона

Зоны приёма

Луч, пересекая поверхность Земного шара, формирует изотропные кривые эквивалентного приёма. Суммарные потери составляют:

200 дБ – С-диапазон.
206 дБ – Ku-диапазон.

Акустические пучки

Солнечные помехи способны помешать ловле пакетов. Наихудшие условия длительностью 5-6 дней создаются межсезоньем (зима, осень). Интерференция светила снабжает техников наземных станций гарантированной работой. На время природного явления отключают системы слежения. Иначе тарелки могут поймать Солнце, отдав неправильные команды бортовым системам стабилизации. Банки, аэропорты получают предупреждение: связь временно нарушится.

Зоны Френеля

Препятствия вокруг вышки связи провоцируют сложение волн, формируя зоны затухания/подъёма сигнала. Феномен объясняет необходимость наличия чистого пространства близ приёмопередатчика. К счастью, СВЧ лишены указанного недостатка. Благодаря важной особенности, каждый дачник ловит НТВ+ тарелкой.

Мерцания

Непредсказуемые изменения атмосферы заставляют сигнал постоянно меняться. Колебания до 12 дБ амплитудой затрагивают полосу шириной 500 МГц. Явление длится 2-3 часа максимум. Мерцания мешают наземным станциям отслеживать спутник, требуя принятия превентивных мер.

Линейность луча

Особенностью СВЧ считают прямолинейную траекторию луча. Явление позволяет сконцентрировать мощность, понижая требования к бортовым системам. Наверняка первоначальной задачей стал шпионаж. Позже антенны перестали быть узконаправленными, покрывая громадные территории, как например, Россия.

Инженеры называют свойство недостатком: невозможно обогнуть горы, овраги.

Особенности сложения волн

Практически отсутствует интерференционная картина. Позволительно значительно уплотнить соседние частотные каналы.

Передача сигналов с наземных станций на спутник

Ёмкость

Теорема Котельникова определяет верхнюю границу спектра передаваемого сигнала. Порог напрямую задан частотой несущей. СВЧ, благодаря высоким значениям, вмещают до 30 раз больше информации, нежели УКВ.

Возможность регенерации

Развитие цифровых технологий открыло дорогу методикам коррекции ошибок. Искусственный спутник:

принимал слабый сигнал;
декодировал;
исправлял ошибки;
кодировал;
передавал дальше.

Превосходное качество спутниковой связи стало «притчей во языцах».

Наземные антенны

Спутниковые тарелки называют параболоидами. Диаметр достигает 4 метра. Помимо указанных доступны 2 вида антенн релейной связи (оба наземные):

Диэлектрические линзы.
Рупорные антенны.

Параболоиды обеспечивают высокую избирательность, позволяя установить связь, преодолевшему тысячи километров лучу. Типичная тарелка неспособна передать сигнал, требуются более высокие характеристики.

Принцип действия

Спутники шпионы постоянно двигались, обеспечивая относительную неуязвимость и скрытность наблюдения. Использование мирных технологий пошло иным путём. Реализована концепция Кларка:

Экваториальная орбита служит пристанищем сотен геостационарных спутников.
Непоколебимость положения обеспечивает простоту наведения наземного оборудования.
Высота орбиты (35786 метров) фиксированная, поскольку необходимо уравновесить силой центробежной земное тяготение.

Аппарат покрывает часть территории планеты.

Схематичное изображение покрытия планеты

Система Intelsat сформирована 19-ю спутниками, сгруппированными по четырём регионам. Абонент видит 2-4 одновременно.

Размещение спутников Intelsat

Время жизни системы составляет 10-15 лет, затем отживающее срок оборудование меняют. Гравитационные эффекты планет, Солнца выявляют потребность использовать системы стабилизации. Процесс коррекций заметно снижает топливный ресурс аппаратов. Комплекс Intelsat допускает отклонения положения до 3-х градусов, продляя жизнь орбитального роя (свыше трёх лет).

Частоты

Окно прозрачности ограничено диапазоном 2-10 ГГц. Intelsat использует область 4-6 ГГц (С-диапазон). Повышение загрузки вызвало переход части трафика на Ku-диапазон (14, 11, 12 ГГц). Рабочий участок раздают порциями транспондерам. Земной сигнал принимается, усиливается, излучается назад.

Проблемы

Дороговизна запуска. Преодоление 35 тысяч километров отнимает немало ресурсов.
Задержка распространения сигнала превышает четверть секунды (достигая 1 с).
Малый угол наклона линии визирования искусственного летательного аппарата повышает энергетические затраты.
Площадь приёма покрыта неэффективно. Гигантские пространства лишены абонентов. КПД вещания чрезвычайно низок.
Окна прозрачности узкие, наземные станции приходится разносить территориально, менять поляризацию.

Пути решения

Частично недостатки устраняет внедрение наклонной орбиты. Спутник перестаёт быть геостационарным (см. выше спутники-шпионы времён Холодной войны). Необходимо минимум три равноудалённых аппарата, чтобы обеспечить связь круглосуточно.

Обеспечение круглосуточной связи

Полярная орбита

Полярная орбита одна способна покрыть поверхность. Однако потребуется несколько периодов обращения космического аппарата. Рой спутников, разнесённых по углу, способен решить задачу. Полярные орбиты обошли стороной коммерческое вещание, став верным помощником систем:

навигации;
метеорологии;
наземных станций управления.

Наклонная орбита

Наклон успешно использовался советскими спутниками. Орбита характеризуется следующими параметрами:

период обращения – 12 часов;
наклон – 63 градуса.

Видимые 8/12 часов три спутника обеспечивают связь полярным регионам, недоступным с экватора.

Спутниковый телефон

Мобильный гаджет напрямую ловит космос, минуя наземные вышки. Первый Inmarsat 1982 года обеспечивал доступ морякам. Семью годами позже создан наземный вид. Канада первой осознала преимущества оборудования пустынных территорий с редкими жителями. Вслед программу освоили США.

Проблему решает запуск низко летающих спутников:

Период обращения – 70..100 минут.
Высота 640..1120 км.
Зона покрытия – круг радиусом 2800 км.

Учитывая физические параметры, длительность индивидуального сеанса связи охватывает диапазон 4-15 минут. Поддержание работоспособности требует известных усилий. Пара коммерсантов США в 90-е обанкротились, не сумев набрать достаточно абонентов.

Массо-габаритные характеристики непрерывно улучшаются. Globalstar предлагает фирменное ПО смартфона, посредством Bluetooth ловящего сигнал сравнительно громоздкого приёмника спутников.

Спутниковым телефонам требуется мощная приёмная антенна, желательно зафиксированная. Оборудуют преимущественно здания, транспорт.

Операторы

ACeS охватывает одним-единственным спутником Азию.
Inmarsat старейший оператор (1979 год). Оборудует яхты, корабли. Обладая 11 летательными аппаратами, компания медленно осваивает рынок мобильных устройств, заручившись помощью ACeS.
Thuraya обслуживает Азию, Австралию, Европу, Африку, Средний восток.
MSAT/SkyTerra американский провайдер, использующей оборудование эквивалентное Inmarsat.
Terrestar покрывает Северную Америку.
IDO Global Communications на стадии бездействия.

Сети

Коммерческие проекты ограниченны.

GlobalStar

GlobalStar – совместное детище Qualcomm и Loral Corporation, позже поддержанное Alcatel, Vodafone, Hyundai, AirTouch, Deutsche Aerospace. Запуск 12 спутников был сорван, первый звонок состоялся 1 ноября 1998 года. Начальная стоимость (февраль 2000 года) составила 1,79 доллар/мин. Претерпев ряд банкротств и преобразований, компания обеспечивает клиентов 120 стран.

Обеспечивает 50% трафика США (свыше 10000 вызовов). Работоспособность поддерживают наземные репитеры. Всего 40, включая 7, вмещаемых Северной Америкой. Территории, лишённые наземных репитеров, образуют зону молчания (Южная Азия, Африка). Хотя аппараты регулярно бороздят небесную высь.

Абоненты получают американские телефонные номера, исключая Бразилию, где присваивают код +8818.

Список услуг:

Голосовые вызовы.
Системы определения местоположения с погрешностью 30 км.
9,6 кбит/с пакетный доступ в интернет.
Мобильная связь CSD GSM.
СМС.
Роуминг.

Телефоны используют технологии Qualcomm CDMA, исключая Ericsson и Telit, принимающие традиционные SIM-карты. Базовые станции вынуждены поддерживать оба стандарта.

Iridium

Провайдер использует полярную орбиту, обеспечивая 100% покрытие планеты. Организаторы потерпели банкротство, компания возрождена в 2001 году.

Это интересно! Iridium – виновник ночных небесных вспышек. Летящие спутники хорошо видны невооружённым глазом.

Флотилия компании включает 66 спутников, используя 6 низкоорбитальных траекторий высотой 780 км. Аппараты общаются, задействовав Ka-диапазон. Львиная доля запущена бывшими банкротами. На январь 2017 обновлено 7 единиц. Регенерация продолжается: первая группа (10 штук) улетела 14 января, вторая – 25 июня, третья – 9 октября.

Это интересно! Спутник Iridium 33 10 февраля 2009 года протаранил русский Космос 2251. Небесные обломки сегодня летают над Сибирью.

Компания продолжает оказывать услуги 850 тысячам абонентов. 23% прибыли выплачено государством. Стоимость звонка составляет 0,75 – 1,5 доллара/мин. Обратные вызовы сравнительно дороги – 4 доллара/мин (Google Voice). Типичные сферы деятельности нанимателей:

Нефтедобыча.
Морской флот.
Авиация.
Путешественники.
Учёные.

Особую благодарность просили передать обитатели южной полярной станции Амундсена-Скотта. Компания повсеместно продаёт пакеты вызовов длительностью 50-5000 минут. Валидность первых оставляет желать лучшего, дорогие (5000 минут = 4000 долларов) сохраняют работоспособность 2 года. Месячно продление – 45 долларов:

75 минут стоят 175 долларов, срок использования – 1 месяц.
500 минут – 600-700 долларов, срок использования – 1 год.

Телефоны

Бывшие владельцы снабжали клиентов телефонными аппаратами двух изготовителей:

Моторола 9500 стал соратником первой коммерческой пробы компании. Бытующая поныне мобильная ударопрочная версия 9575 рождена 2011 годом, дополнена экстренной кнопкой вызова GSM, интерфейсом продвинутого определения местоположения. Аппарат настраивает Wi-Fi хот-спот, позволяя пользователям рядовых смартфонов посылать электронные письма, СМС, посещать интернет.

Техника Kyocera заброшена производителем. Модели распродают перекупщики. KI-G100 на базе GSM-телефона частоты 900 МГц снабжён чемоданчиком, оснащённым мощной антенной, ловящей вещание. Возможность приёма СМС обеспечена, отравлять могут лишь отдельные модели (9522). SS-66K снабжён нетипичной шаровой антенной.

9575 ударопрочный, водонепроницаемый телефон, снабжённый пылезащитным корпусом. Выдерживает температуры минус 20 – плюс 50 градусов Цельсия.
9555 – снабжён встроенной гарнитурой, USB-интерфейсом, переходником на последовательный порт RS-232.
9505А – здоровенный гаджет формы кирпича. Снабжён родным интерфейсом RS-232.
SS-55K выпущен ограниченной партией. Неимоверных размеров, продаётся перекупщиками eBay.

Прочее оборудование компании включало:

Пейджеры.
Таксофоны.
Оснастку яхт, самолётов.

Буи

Плавучие бакены, напоминающие систему отслеживание цунами, способны вести приём/передачу коротких сообщений. Интерфейс позволит использовать функционал фирменного телефона, отказывающегося ловить спутники.

setinoid.ru

Как работает спутниковая связь

Дата Категория: it

Запущенные в космос спутники связи, как правило, поступают на геостационарные орбиты, то есть они летают со скоростью вращения Земли и оказываются в неизменном положении по отношению к поверхности планеты. Циркулируя на высоте 22 300 миль над экватором, один такой спутник может принимать радиосигналы с одной трети планеты.

Первоначальные спутники, такие как Эхо, запущенный на орбиту в 1960 году, просто отражали направленные на них радиосигналы. Усовершенствованные модели не только принимают сигналы, но и усиливают их и передают в указанные точки земной поверхности. Со времен запуска первого коммерческого спутника связи INTELSAT в 1965 году эти устройства значительно усложнились. Последняя модель спутника, работающего на солнечной энергии, оперирует с 30 000 телефонными звонками или обслуживает четыре телевизионные передачи одновременно. Сигналы поступают с антенн станции связи Земля-ЛА и принимаются транспондером спутника. Этот электронный прибор усиливает сигнал и переключает его на антенну, которая передает его на ближайшую станцию связи ЛА-Земля. С целью избежать интерференции, идущие вверх и вниз сигналы передаются на различных частотах.

Запущенные на геостационарные орбиты, три спутника INTELSAT (слева) осуществляют передачу длинноволновых радиосигналов по всему миру. Обслуживая регионы бассейнов Тихого, Индийского и Атлантического океанов, спутники делают возможной высокоскоростную телефонную, телевизионную и телеграфную связь. В этом отношении проигрывают радиосигналы высоких частот, поскольку они отталкиваются от заряженных частиц, составляющих слои Е и F атмосферы.

Спутниковая антенна система ЛА-Земля

Эта параболическая антенна может принимать даже очень слабые сигналы со спутника, большинство подобных систем могут так же служить для связи Земля-ЛА.

INTELSAT-6

Радиосигналы, поступающие к спутнику, на длительном пути постепенно слабеют до такого уровня, что едва ли могут быть переданы обратно на Землю. Спутники типа INTELSAT, модель которого приводится вверху, усиливают поступающие сигналы, используя энергию солнечных батарей. Каждый спутник также имеет запас твердого горючего, позволяющего ему придерживаться своей орбиты.

На рисунке сверху статьи:

элемент солнечной батареи электропитания
параболические рефлекторы
параболические рефлекторы
параболические рефлекторы
параболические рефлекторы

Орбитальная антенна

Как и наземные антенны, эта спутниковая антенна состоит из зубовидного устройства, называемого первичным эмиттером, и рефлектирующего параболического щита. Два элемента этой системы обеспечивают принятие поступающих радиоволн и уничтожение чужеродных волн.

Станции, расположенные на поверхности планеты, взаимодействуют с INTELSAT через огромные, в 30 футов шириной параболические антенны, подобные той, что показана на илл. сверху.

information-technology.ru

Спутниковая связь

Спу́тниковая свя́зь — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Поскольку спутниковая связь является частным случаем радиосвязи, для передачи через спутник сигнал должен быть модулирован. Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну.

Обычный (нерегенеративный) спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. В спутнике может быть несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами).

Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому ошибки исправляются два раза: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостатком этого метода является сложность, следствием которой является гораздо более высокая цена спутника.

История

Возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи заставили искать способы применения для этой цели спутниковых ретрансляторов. Исследования в этой области начались во второй половине 50-х годов XX в., и 20 августа 1964 г. 11 стран подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization). СССР в их число не входил. 6 апреля 1965 г. в рамках этой программы был запущен первый коммерческий спутник связи Early Bird («ранняя пташка»), произведенный корпорацией COMSAT.

По сегодняшним меркам спутник Early Bird (INTELSAT I) обладал более чем скромными возможностями: обладая полосой пропускания 50 МГц, он мог обеспечивать до 240 телефонных каналов связи. В каждый конкретный момент времени связь могла осуществляться между земной станцией в США и только одной из трёх земных станций в Европе (в Великобритании, Франции или Германии), которые были соединены между собой кабельными линиями связи.

В дальнейшем технология шагнула вперед, и спутник INTELSAT IX уже обладал полосой пропускания 3456 МГц.

Несмотря на то, что первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР в 1957 г., развитие спутниковой связи в социалистических странах шло с некоторым запозданием. Соглашение между 9 странами социалистического блока о создании системы связи «Интерспутник» было подписано только в 1971 г.

Орбиты спутниковых ретрансляторов

Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:

экваториальные,
наклонные,
полярные.

Однако, геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является больша́я высота, а значит, и бо́льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен обслуживать земные станции в приполярной области.

Полярная орбита — предельный случай наклонной (с наклонением 90º).

Многократное использование частот. Зоны покрытия.

пространственное разделение — каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты,

поляризационное разделение — различные антенны принимают и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации, при этом одни и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей).

Типичная карта покрытия для спутника, находящегося на геостационарной орбите, включает следующие компоненты:

глобальный луч — производит связь с земными станциями по всей зоне покрытия, ему выделены частоты, не пересекающиеся с другими лучами этого спутника.

лучи западной и восточной хемисфер — эти лучи поляризованы в плоскости A, причем в западной и восточной хемисферах используется один и тот же диапазон частот.

зонные лучи — поляризованы в плоскости B (перпендикулярной A) и используют те же частоты, что и лучи хемисфер. Таким образом, земная станция, расположенная в одной из зон, может использовать также лучи хемисфер и глобальный луч.

При этом все частоты (за исключением зарезервированных за глобальным лучом) используются многократно: в западной и восточной хемисферах и в каждой из зон.

Частотные диапазоны

Название диапазона Частоты (согласно ITU-R V.431-6) Применение

L	1,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
S	2,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
С	4 ГГц, 6 ГГц	Фиксированная спутниковая связь
X	Для спутниковой связи рекомендациями ITU-R частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.	Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)
Ku	11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
K	20 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka	30 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Использутся и более высокие частоты, но повышение их затруднено высоким поглощением радиоволн этих частот атмосферой.

Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи.

Модуляция и помехоустойчивое кодирование

значительной удаленностью приемника от передатчика,
ограниченной мощностью спутника (невозможностью вести передачу на большой мощности).

Всвязи с этим спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя, например, импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ).

Из-за низкая мощность сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты сверточных кодов (иногда в сочетании с кодами Рида-Соломона), а также турбо-коды.

Множественный доступ

Для обеспечения возможности одновременного использования спутникового ретранслятора несколькими пользователями применяют системы множественного доступа:

Множественный доступ с частотным разделением — при этом каждому пользователью предоставляется отдельный диапазон частот.

множественный доступ с временны́м разделением — каждому пользователю предоставляется определенный временной интервал (таймслот), в течение которого он производит передачу и прием данных.

множественный доступ с кодовым разделением — при этом каждому пользователю выдается кодовая последовательность, ортогональная кодовым последовательностям других пользователей. Данные пользователя накладываются на кодовую последовательность таким образом, что передаваемые сигналы различных пользователей не мешают друг другу, хотя и передаются на различных частотах.

Применение спутниковой связи

Магистральная спутниковая связь

Изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объемов информации. Первой системой спутниковой связи стала система Intelsat, затем были созданы аналогичные региональные организации (Eutelsat, Arabsat и другие). С течением времени доля передачи речи в общем объеме магистрального траффика постоянно снижалась, уступая место передаче данных.

С развитием волоконно-оптических сетей последние начали вытеснять спутниковую связь с рынка магистральной связи.

Системы VSAT

В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.

Системы подвижной спутниковой связи

Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от земли на расстояние 35786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat (основной задачей которой является предоставление услуг связи морским судам) и некоторыми региональными операторами персональной спутниковой связи (например, Thuraya).

Множество спутников располагается на наклонных или полярных орбитах. При этом требуемая мощность передатчика не так высока, и стоимость вывода спутника на орбиту ниже. Однако, такой подход требует не только большого числа спутников, но и разветвленной сети наземных коммутаторов. Подобный метод используется операторами Iridium и Globalstar.

Спутниковый интернет

Одностороннее подключение — при этом передача данных от провайдера к клиенту производится через спутниковый канал, а обратный канал (от клиента к провайдеру) организован другими средствами (например, через dialup-подключение). Так как у большинства пользователей входящий трафик гораздо больше исходящего, такой метод может дать существенное ускорение связи.

Двухстороннее подключение — при этом данные передаются через спутниковый канал в обоих направлениях, что исключает необходимость второго подключения.

См. также

Cсылки

Операторы фиксированной спутниковой связи

Операторы подвижной спутниковой связи

Информация

Общая информация

История спутниковой связи

Системы VSAT

Спутниковый интернет

Литература

INTELSAT Satellite Earth Station Handbook
Dennis Roddy. Satellite Communications. — McGraw-Hill Telecommunications, 2001.
Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook. — Artech House, Inc., 2004. ISBN 1-58053-490-2

mediaknowledge.ru

Как работает спутниковая связь

07.12.2012 | Служба новостей Росфирм

Как работает спутниковая связь

Спутниковая связь — разновидность радиосвязи, которая использует искусственные спутники Земли как ретрансляторы. Эта связь осуществляется между земными станциями, которые бывают стационарными и подвижными.

На сегодняшний день спутниковую связь широко применяют с целью приема и трансляции телепрограмм, при обмене цифровыми данными, для телефонной связи, для доступа в сеть Интернет и прочее. Плюсы такого вида связи очевидны: спутниковая связь имеет собственные независимые информационные каналы, который исключает проблему последней мили. Также, интернет провайдер Altegrosky предоставляет своим клиентам не дорогие услуги спутниковой связи.

Стационарные параболические «тарелки», которые направлены в небо и их воспринимают как обязательный атрибут связи через космос, без них данный вид связи кажется невозможным. Но, кроме того, существует и мобильная спутниковая связь. Она способна решать почти те же задачи, что и стационарная. Но, для нее существуют ограничения по пропускной способности, но эти ограничения компенсирует отсутствие громоздкого антенного оборудования. Абонентские устройства мобильной спутниковой сети — не большие телефоны и терминалы, которые способны связываться со спутником из любой земной точки напрямую, при этом пользователь может находиться на связи.

Виды спутниковой связи

Сегодня системы спутниковой связи делят на два вида: те, что работают с помощью спутники. Они расположены на негеостационарной орбите, и те, которые расположены на геостационарной орбите. Первый вид, как правило, используют в метеорологических, военных и научно-исследовательских целях. Их характерность - невозможность поддерживать связь с землей круглосуточно.

Во время перемещения орбитой они собирают все данные с огромных площадей поверхности Земли. Геостационарный спутник выводится на орбиту возле экватора. Она делает его угловую скорость таковой, которая совпадает со скоростью вращения планеты вокруг своей оси. На данный момент спутниковая связь – это развитие традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на большую высоту.Главное преимущество спутниковой связи – возможность передавать информацию и принимать ее из любого уголка мира, разговаривать и т.д. Единственное ограничение для некоторых систем связи, это географические Земные полюсы.

Интернет-провайдер Altegrosky обеспечить своих клиентов высококачественной спутниковой связью и высокоскоростным доступом к сети Интернет. Если Вы находитесь за сотни тысяч километров от дома, то Вы, все равно, ощущаете виртуальное присутствие родных и близких Вам людей.

Спутниковая связь от компании Altegrosky – это удобно, надежно и современно!

Заинтересовались? Посмотрите товары и услуги в рубриках:

www.rosfirm.ru

СПУТНИК СВЯЗИ - это... Что такое СПУТНИК СВЯЗИ?

СПУТНИК СВЯЗИ космический летательный аппарат на околоземной орбите, который принимает радиосигналы электросвязи от наземных радиостанций, усиливает их и передает обратно. Такие искусственные спутники Земли служат ретрансляторами сигналов телевизионного вещания, телефонной связи и цифровой информации для систем электросвязи глобального географического масштаба.См. также КОСМОСА ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.Орбиты. Связной спутник может быть выведен на низкую околоземную орбиту, на околоземную орбиту промежуточной высоты или на геостационарную орбиту, высота которых над поверхностью Земли составляет (в порядке перечисления) около 1000, 10 000 и 36 000 км. Орбита первого типа проходит ниже двух радиационных поясов Земли, второго типа - между ними, а третьего - выше их.См. АТМОСФЕРА. На геостационарной орбите спутник совершает один оборот вокруг Земли ровно за сутки. Поскольку за это время Земля совершает тоже один оборот вокруг своей оси, спутник кажется неподвижным на экваторе. Главное преимущество геостационарной орбиты в том, что антеннам наземных радиостанций не требуется отслеживать спутники, движущиеся по небосводу; нужно лишь наводить антенну всегда в одну точку на протяжении срока службы спутника. Крупным же ее недостатком является задержка примерно на четверть секунды между передачей радиосигнала одной наземной радиостанции и приемом - другой, возникающая из-за больших расстояний, которые должен проходить сигнал. Главное преимущество околоземной орбиты меньшей высоты в том, что для вывода на нее требуется менее мощный носитель. Поскольку расстояние от наземной радиостанции до спутника меньше, оборудование спутника может быть менее мощным. Однако спутники на таких орбитах движутся относительно наземных радиостанций, поэтому для обеспечения непрерывности охвата необходимы следящие антенны и нельзя обойтись одним-единственным спутником.Технические средства. Для спутниковой связи необходимы технические средства трех видов: спутники, наземные радиостанции и ракеты-носители для вывода на орбиту. Эти технические средства несколько различаются в зависимости от типа орбиты, на которую выводится связной спутник.Спутники. Связной спутник состоит из ракетного блока, обеспечивающего питание, управление полетом и контроль бортовых систем, и блока связного оборудования, назначение которого - прием, усиление и ретрансляция сигналов с Земли. Многие связные спутники стабилизируются вращением вокруг одной оси. Такой спутник, подобно гироскопу, сохраняет неизменной свою ориентацию в пространстве. Кроме того, вращение способствует поддержанию равномерного распределения температуры по всему объему спутника. Применяются также спутники с трехосной стабилизацией, осуществляемой при помощи маховиков (гиродинов) и ракетных двигателей малой тяги. Спутники с трехосной стабилизацией несколько сложнее стабилизируемых вращением, но их солнечные батареи способны вырабатывать больше электроэнергии, а антенны легче направить на наземные радиостанции. Солнечные батареи (см. БАТАРЕЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ) покрывают всю поверхность вращающихся связных спутников либо располагаются на специальных раскладных панелях трехосно-стабилизируемых спутников и преобразуют в электроэнергию около 20% энергии падающего на них солнечного света. Солнечные батареи небольшого спутника вырабатывают примерно 1 кВт электроэнергии, что соответствует мощности, потребляемой десятью 100-Вт электролампами. На более крупных спутниках 1990-х годов солнечные батареи вырабатывали до 10 кВт.Наземные радиостанции. Наземные станции спутниковой системы связи передают радиосигналы на спутники и принимают сигналы от них. Спутниковый передатчик 1990-х годов передавал в среднем примерно 20-40 Вт на один ретранслятор (устройство, принимающее и передающее радиосигнал). Это намного больше мощности типичного телефона сотовой связи (0,5 Вт), но радиосигнал спутника должен пройти расстояние до 36 000 км и может содержать до 1000 телефонных разговоров. Поэтому приемная система наземной радиостанции должна быть в миллиард раз более чувствительной, чем приемная станция сотовой телефонной связи, а это значит, что необходимы антенны больших размеров и приемники с очень низким уровнем шума. На заре спутниковой связи наземные радиостанции снабжались огромными антеннами диаметром до 30 м. В 1990-х годах на наземных станциях использовались "антенны очень малого раскрыва" (VSAT - very small aperture terminal) диаметром 1-2 м и более крупные антенны диаметром 2-10 м; получили распространение также бытовые телевизионные антенны диаметром 45-60 см.Ракеты-носители. Ракета-носитель выводит спутник на заданную околоземную орбиту. За отдельными исключениями, почти все ракеты-носители связных спутников разрабатывались на основе старых межконтинентальных ракет (см. РАКЕТНОЕ ОРУЖИЕ), созданных в 1950-х годах. Новые ракеты-носители появились в 1980-х годах. Первыми носителями, которые разрабатывались не как баллистические ракеты военного назначения, были американский многоразовый воздушно-космический аппарат (MBKA) "Шаттл" и ракета "Ариан", разработанная Европейским космическим агентством. "Шаттл" предназначался главным образом для обслуживания программы пилотируемых космических полетов НАСА, а ракета "Ариан" - в первую очередь для запуска связных спутников. После того как в 1986 взорвался MBKA "Челленджер", НАСА прекратило коммерческие запуски. В результате к системе "Ариан" перешла львиная доля контрактов на запуски связных спутников. В 1990-х годах на коммерческий рынок вышли также китайская ракета "Великий поход" и российская - "Протон". Путь "Великого похода" был отмечен авариями; что касается "Протона", то его номинальная надежность (95%) и большая масса спутника (4 т) предвещали ему коммерческий успех. Запуск - это момент наибольшего риска на протяжении срока службы связного спутника. Общая вероятность благополучного запуска составляет около 90% (для конкретных ракет-носителей она меняется в пределах от 70 до 95%). Таким образом, в среднем 10% всех запусков оказываются неудачными и заканчиваются потерей спутника.

СПУТНИК СВЯЗИ Европейского космического агентства "Гиппарх".Состояние и перспективы развития. С конца 1990-х годов компания "Комсат" (Communications Satellite), осуществляющая запуски связных спутников в США, оказалась перед перспективой сильнейшей конкуренции со стороны общественных телефонных систем. Дело в том, что волоконно-оптический телефонный кабель обеспечивает высокое качество сигнала, не вносит задержки времени и примерно равен по затратам спутникам (см. ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА). Стало ясно, что со временем такие кабели для прямой связи (без переприемов) будут требовать меньших затрат, чем спутники. Однако компания "Комсат", зона действия спутников которой охватывает океаны, полагала, что для вещательной передачи телевизионного сигнала, речевого сигнала и цифровых данных спутники больше подходят, нежели кабельная связь, если не считать крупных городов. Кроме того, спутниковая связь представляется более экономичной, чем кабельная, при обслуживании малочисленных разбросанных пользователей, например телефонных абонентов в сельской местности.

АМЕРИКАНСКИЙ СПУТНИК СВЯЗИ "СИНКОМ-IV" В 1976 министерство ВМС США инициировало серию запусков связных спутников "Марисат" для обслуживания морских судов(см. ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ),и это привело к созданию Международной организации морской спутниковой связи "Инмарсат", которая начала действовать в 1982. Когда организация "Инмарсат" запустила более мощные спутники, у них нашлись и сухопутные пользователи в отдаленных областях. Возник рынок мобильной спутниковой связи - с подвижными сухопутными объектами. К концу 1990-х годов он был освоен. Компания "Америкен мобил сателлайт" (AMSC) запустила геостационарный спутник мобильной связи для обслуживания абонентов Северной Америки. Компания "Иридиум" к концу 20 в. создала сеть из 20 спутников на низких околоземных орбитах, которая обеспечивала бы сотовую мобильную связь на суше в масштабах всего земного шара, а также запустить спутники того же назначения на орбиты промежуточной высоты.Экономические факторы и государственное регулирование. Развитие спутниковой связи определяется в первую очередь экономическими факторами, хотя важную роль играет и политика. Сначала главной сферой применения связных спутников представлялась речевая связь, затем упор стали делать на телевидение, а к концу 20 в. начала бурно развиваться передача цифровых данных. Первоначальным крупным экономическим стимулом развития спутниковой связи явилось то, что спутники могли обеспечивать прямую (без переприемов) трансокеанскую связь при значительно меньших затратах, чем коаксиальные подводные кабели, проложенные в 1950-1960-х годах. Разница в затратах тогда была более чем десятикратной, но она исчезла в конце 20 в. Поскольку кабель вносит меньшую задержку времени, он больше подходит для речевой (телефонной) связи. В конце 1990-х годов по волоконно-оптическому кабелю можно было передавать почти все трансокеанские телефонные сигналы. В конце 1970-х годов начался взрывоподобный рост кабельного телевидения со спутниковой ретрансляцией. К концу 20 в. большинство населения земного шара получило возможность приема многочисленных телевизионных каналов, адресно предоставляемых компаниями кабельного телевидения, которые сами принимают их через космические ретрансляторы компаний спутниковой связи. Вся спутниковая связь, без учета спутников "Интелсат", почти на две трети использовалась для телевизионного вещания. В конце 1970-х годов начали также возникать частные спутниковые сети, целиком обслуживающие одну компанию. Благодаря появлению "антенн очень малого раскрыва" VSAT компании получили возможность устанавливать связь между всеми своими офисами посредством антенн диаметром 3-6 м. Такие сети использовались главным образом для обмена цифровыми данными. Даже телефонные разговоры, как правило, передавались в цифровой форме. С помощью антенн VSAT и большего диаметра в 1970-х годах обеспечивалась телефонная связь с поселками на Аляске. В 1990-х годах спутники впервые были применены для "сельской" телефонии во всем мире. В некоторых экспериментах спутниковая ретрансляция выполняла функции протяженных телефонных линий, а сотовая - функции местных шлейфов. Еще в середине 19 в. был создан Международный союз электросвязи (МСЭ) для стандартизации телеграфной техники. В конце 20 в. он стал играть роль международного центра стандартов и координации по всем видам электросвязи. Пользование определенными частотами и орбитальным положением для спутниковой связи требует координации через МСЭ со всеми другими заинтересованными сторонами в области электросвязи. Обилие геостационарных спутников привело к нарушениям духа регламентаций МСЭ. В конце 20 в. метод справедливого и обеспеченного правовой санкцией выделения орбитальных положений и частот еще не был найден. См. также РАДИО И ТЕЛЕВИДЕНИЕ.ЛИТЕРАТУРАСправочник по спутниковой связи и вещанию. М., 1983

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРЕСТУПЛЕНИЯ
ВЕЛОСИПЕД

Смотреть что такое "СПУТНИК СВЯЗИ" в других словарях:

Спутник связи — Вооруженных сил США MILSTAR Спутник связи искусственный спутник Земли, специализированный для ретрансляции радиосигнала между точками на поверхности земли, не имеющими прямой видимости. Спутник связи, принима … Википедия
Спутник связи — Спутник связи. Система спутниковой связи Экран . СПУТНИК СВЯЗИ, космическая станция связи, оборудованная активным или служащая пассивным ретранслятором. На основе спутников связи Молния , Экран , Радуга , Горизонт и др. в России действуют… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
СПУТНИК СВЯЗИ — космическая станция связи, оборудованная активным или служащая пассивным ретранслятором. Ипользуется при космической радиосвязи между земными станциями, расположенными вне пределов взаимной прямой видимости. Примеры спутников связи: Молния… … Большой Энциклопедический словарь
спутник связи — космическая станция связи, оборудованная активным или служащая пассивным ретранслятором. Используется при космической радиосвязи между земными станциями, расположенными вне пределов взаимной прямой видимости. Примеры спутника связи: «Молния»… … Энциклопедический словарь
спутник связи — ryšių palydovas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. communication satellite vok. Kommunikationssatellit, m rus. спутник связи, m pranc. satellite de télécommunication, m … Automatikos terminų žodynas
Иностранный спутник связи и вещания — Под иностранным спутником связи и вещания понимается спутник, изготовленный и введенный в эксплуатацию иностранным предприятием (организацией) или международной организацией, использующий иностранное программное обеспечение управления... Источник … Официальная терминология
Спутник "Ямал-201" — Ямал 201 спутник связи, принадлежащий компании Газпром космические системы . Запущен в ноябре 2003 года. Спутник позволяет оказывать услуги по организации каналов связи и передачи данных, видеоконференцсвязи, распределительного телевидения,… … Энциклопедия ньюсмейкеров
Связи спутник — Спутник связи Вооруженных сил США искусственный спутник Земли, специализированный для ретрансляции радиосигнала между точками на поверхности земли, не имеющими прямой видимости. Спутник связи, принимает спектр частот с сигналами наземных станций … Википедия
Спутник-1 — Простейший Спутник 1 (ПС 1) … Википедия
СПУТНИК ИСКУССТВЕННЫЙ — СПУТНИК ИСКУССТВЕННЫЙ, искусственный объект, помещенный на орбиту вокруг Земли или другого небесного тела. Спутники могут совершать многочисленные задания и посылать информацию или фотографии назад на Землю. Сотни спутников различных типов… … Научно-технический энциклопедический словарь

Книги

Видеоинформационные технологии систем связи, Зубарев Юрий Борисович, Сагдуллаев Юрий Сагдуллаевич, Сагдуллаев Тимур Юрьевич. Монография посвящена основам видеоинформационных технологий систем связи. Она включает в себя общие принципы построения черно-белых, цветных, спектрозональных, объемных и многоракурсных… Подробнее Купить за 354 грн (только Украина)
Видеоинформационные технологии систем связи, Зубарев Юрий Борисович, Сагдуллаев Юрий Сагдуллаевич, Сагдуллаев Тимур Юрьевич. Монография посвящена основам видеоинформационных технологий систем связи. Она включает в себя общие принципы построения черно-белых, цветных, спектрозональных, объемных и многоракурсных… Подробнее Купить за 286 руб
Видеоинформационные технологии систем связи. Монография, Зубарев Ю., Сагдуллаев С., Сагдуллаев Т.. Монография посвящена основам видеоинформационных технологий систем связи. Она включает в себя общие принципы построения черно-белых, цветных, спектрозональных, объемных и многоракурсных… Подробнее Купить за 255 руб

Другие книги по запросу «СПУТНИК СВЯЗИ» >>

dic.academic.ru

Спутниковая связь

Г. Карвовский. Спутниковая связь. Основные вопросы построения и функционирования спутниковой системы связи. Часть 1.

Г. Карвовский

Мир связи. Connect! № 1, 2002

Сигнал, переданный 4 октября 1957 года радиомаяком первого советского искусственного спутника Земли и принятый радиостанциями мира, ознаменовал не только начало космической эры, но и обозначил то направление, по которому пошло развитие спутниковой связи. В дальнейшем были созданы спутниковые системы связи (ССС), которые обеспечили передачу и прием программ Центрального телевидения и радиовещания практически на всей территории нашей страны. Сегодня спутниковая связь - важная составная часть Взаимоувязанной сети связи России.

Системы спутниковой связи

Собственно ССС состоит из двух базисных компонентов (сегментов): космического и наземного (рис. 1).

Рис. 1. Система спутниковой связи

Космический компонент (сегмент) ССС включает ИСС, выведенные на определенные орбиты, в наземный сегмент входит центр управления системой связи (ЦУСС), земные станции (ЗС), размещенные в регионах (региональные станции - РС), и абонентские терминалы (АТ) различных модификаций.

Развертывание и поддержание ССС в работоспособном состоянии - сложная задача, которую решают не только средства самой системы связи, но и ракетно-космический комплекс. В состав этого комплекса входят космодромы со стартовыми площадками для запуска ракет-носителей, а также радиотехнические командно-измерительные комплексы (КИП), осуществляющие наблюдение за движением ИСС, контроль и коррекцию параметров их орбит.

ССС можно классифицировать по таким признакам, как: статус системы, тип орбит ИСС и принадлежность системы к определенной радиослужбе.

Статус системы зависит от ее назначения, обслуживаемой территории, размещения и принадлежности земных станций. В зависимости от статуса ССС можно разделить на международные (глобальные и региональные), национальные и ведомственные.

По типу используемых орбит различают системы с ИСС на геостационарной орбите (GEO) и на негеостационарной орбите: эллиптические (HEO), низкоорбитальны (LEO) и средневысотные (MEO). В соответствии с Регламентом радиосвязи ССС могут принадлежать к одной из трех основных служб - фиксированная спутниковая служба (ФСС), подвижная спутниковая служба (ПСС) и радиовещательная спутниковая служба (РСС).

Космический сегмент

Орбиты

Выбор параметров орбиты ИСС зависит от назначения, необходимой области обслуживания связью и некоторых других факторов (табл. 1, [4]).

Наиболее выгодны для размещения ИСС геостационарные орбиты (рис. 2).

Рис. 2. Орбиты ИСС

Их основное достоинство - возможность непрерывной круглосуточной связи в глобальной зоне обслуживания. Геостационарные спутники на этой орбите, двигаясь в направлении вращения Земли с одинаковой с ней скоростью, остаются неподвижными относительно "подспутниковой" точки на экваторе. При ненаправленной антенне ретранслированные с ИСС сигналы принимаются на поверхности Земли в любых точках, лежащих в пределах угла радиовидимости. Три ИСС, равномерно размещенные на орбите, обеспечивают непрерывную связь практически на всей территории Земли за исключением полярных зон (выше 76,50°с.ш. и ю.ш.) в течение 12-15 лет (орбитальный ресурс современных геостационарных КА).

Недостаток ретрансляции радиосигнала через ИСС, находящийся на удалении в 36 тыс. км, - задержка сигнала. Для систем радио- и телевизионного вещания задержка в 250 мс (в каждом направлении) не сказывается на качестве сигналов. Системы радиотелефонной связи более чувствительны к задержкам, и при суммарной задержке (с учетом времени обработки и коммутации в наземных сетях), превышающей 600 мс, высокое качество связи не обеспечивается. Тем более недопустим в этих системах так называемый "двойной" скачок, когда канал связи предусматривает два спутниковых участка.

Количество ИСС, которое можно разместить на геостационарной орбите, ограничено допустимым угловым орбитальным разносом между соседними спутниками. Минимальный угловой разнос определяется пространственной избирательностью бортовых и наземных антенн, а также точностью удержания КА на орбите. Международными нормами он должен быть 1-3°. Следовательно, на геостационарной орбите можно разместить не более 360 ИСС.

Под воздействием ряда геофизических факторов ИСС "дрейфует" - орбита его искажается, поэтому возникает необходимость ее коррекции.

Эллиптические орбиты, на которые выводятся ИСС, подбираются так, чтобы длительность суток была кратна периоду обращения спутника (рис. 2). Для ИСС используются синхронные эллиптические орбиты определенных типов (табл. 2, [4]).

Так как скорость спутника в апогее эллиптической орбиты значительно меньше, чем в перигее, то по сравнению с круговой орбитой время нахождения ИСС в зоне видимости увеличивается. Например, ИСС "Молния", выведенный на орбиту с параметрами: апогей 40 тыс. км, перигей 460 км, наклонение 63,5°, обеспечивает сеансы связи продолжительностью 8-10 ч. Орбитальная группировка (ОГ) из трех спутников поддерживает глобальную круглосуточную связь.

Для обеспечения непрерывной круглосуточной связи ИСС на орбитах Borealis потребуется не менее 8 КА (расположенных в двух орбитальных плоскостях по четыре спутника в каждой плоскости).

При выборе эллиптических орбит учитывают влияние неоднородностей гравитационного поля Земли, которое приводит к изменениям широты подспутниковой точки в апогее, а также опасные воздействия устойчивых поясов заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли (радиационных поясов Ван-Аллена), пересекаемых ИСС при движении по орбите.

ИСС на средневысокой орбите (MEO) охватывает меньшую зону, чем геостационарный ИСС (рис. 3). Продолжительность пребывания ИСС в зоне радиовидимости земных станций 1,5-2 ч. Поэтому для обеспечения связью наиболее населенных районов земного шара и судоходных акваторий необходимо создавать ОГ из 8-12 спутников. При выборе орбиты для них необходимо учитывать воздействия радиационных поясов Ван-Аллена, располагающихся в плоскости экватора. Первый устойчивый пояс высокой радиации начинается примерно на высоте 1,5 тыс. км и простирается до нескольких тысяч километров, его "размах" составляет примерно 300 км по обе стороны от экватора. Второй пояс столь же высокой интенсивности (10 тыс. имп./с) располагается на высотах от 13 до 19 тыс. км, охватывая около 500 км по обе стороны от экватора. Поэтому трассы ИСС должны проходить между первым и вторым поясами Ван-Аллена, т. е. на высоте от 5 до 15 тыс. км.

Рис. 3. Зоны охвата территории Земли ИСС на разных орбитах

Суммарная задержка сигнала при связи через средневысотные спутники составляет не более 130 мс, что позволяет использовать их для качественной радиотелефонной связи. Примером ССС на средневысотных орбитах могут служить системы ICO, Spaceway NGSO, "Ростелесат", в которых ОГ создается примерно на одной и той же высоте (10352-10355 км) со сходными параметрами орбит.

Низкие круговые орбиты в зависимости от величины наклонения плоскости орбиты относительно плоскости экватора делятся на низкие экваториальные (наклонение 0°, высота 2000 км), полярные (90°, 700-1500 км) и наклонные (700-1500 км) орбиты (рис. 4). По виду предоставляемых услуг низкоорбитальные (LEO) системы связи подразделяются на системы передачи данных (little LEO), радиотелефонные системы (big LEO) и системы широкополосной связи (mega LEO, иногда используется обозначение Super LEO).

ИСС на этих орбитах чаще всего применяются для организации мобильной и персональной связи. Период обращения спутника на этих орбитах составляет от 90 мин до 2 ч, время пребывания ИСС в зоне радиовидимости не превышает 10-15 мин, зона связи ИСС на этих орбитах мала, поэтому для обеспечения непрерывной связи необходимо, чтобы в ОГ входило не менее 48 ИСС.

Искусственные спутники связи

ИСС - космический аппарат, на котором установлена ретрансляционная аппаратура: приемопередатчики и антенны, работающие на различных частотах. Они принимают сигналы земной передающей станции (ЗС), усиливают их, осуществляют преобразование частоты и ретранслируют сигналы одновременно на все ЗС, находящиеся в зоне радиовидимости спутника. На спутнике также установлена аппаратура управления его положением, телеметрии и питания. Устойчивость и ориентацию антенны поддерживает система стабилизации. Телеметрическое оборудование спутника используется для передачи на Землю информации о положении ИСС и приема команд коррекции положения.

Ретрансляция принятой информации может осуществляться без запоминания и с запоминанием, например, на то время, пока ИСС не войдет в зону видимости ЗС.

Частоты

Диапазоны частот для организации спутниковой связи выделены "Регламентом радиосвязи" с учетом "окон радиопрозрачности" земной атмосферы, естественных радиопомех и ряда других факторов (табл. 3). Распределение частот между службами радиосвязи строго регламентировано и контролируется государством. Существуют согласованные на международном уровне правила использования выделенных диапазонов, что необходимо для обеспечения электронной совместимости радиотехнических средств, работающих в этих или соседних диапазонах. Приемопередатчику ИСС выделяется пара частот: верхняя для передачи сигнала от ЗС на спутник (восходящие потоки), нижняя - от спутника к ЗС (нисходящие потоки).

Таблица 3. Диапазоны частот для организации спутниковой связи

Канал спутниковой связи, работающий на выделенных частотах приема и передачи, занимает определенную полосу частот (bandwidth), от ширины которой зависит количество информации, передаваемой по каналу в единицу времени. Типичный спутниковый приемопередатчик, работающий на частотах от 4 ГГц до 6 ГГц, занимает полосу частот шириной 36 МГц. Много это или мало? Например, для передачи телевизионного сигнала в цифровом стандарте MPEG-2 необходим канал с шириной полосы пропускания 6 МГц, для телефонного канала - 0,010 МГц. Следовательно, с помощью такого приемопередатчика можно организовать 6 телевизионных или 3600 телефонных каналов. Обычно на ИСС устанавливается 12 или 24 приемопередатчика (в ряде случаев больше), что дает в результате 432 МГц или 864 МГц соответственно.

Наземный сегмент

Центр управления спутниковой связью (ЦУСС) контролирует состояние бортовых систем ИСС, планирует работы по развертыванию и восполнению орбитальной группировки, рассчитывает зоны радиовидимости и координирует работу ССС.

Земные станции

Земные станции ССС (ЗС) осуществляют передачу и прием радиосигналов на участке "Земля - ИСС", мультиплексирование, модуляцию, обработку сигнала и преобразование частот, организуют доступ к каналам ИСС и наземным сетям абонентских терминалов.

Время связи ЗС с ИСС ограничено временем нахождения ИСС в зоне ее радиовидимости (рис. 5). Эта зона определяется длиной дуги АБ, которая зависит от высоты орбиты спутника и минимального угла возвышения антенны ЗС, следящей за ИСС в период нахождения его в зоне радиовидимости.

Рис. 5. Зона радиовидимости

В ССС применяются многофункциональные приемопередающие, передающие, приемные и контрольные ЗС. На этих станциях устанавливается радиопередающая аппаратура, приемные и передающие антенны, а также система слежения, обеспечивающие связь с ИСС.

Многофункциональные стационарные ЗС обладают очень высокой пропускной способностью. Они располагаются на специально выбранных площадках, как правило, вынесенных за черту города во избежание взаимных радиопомех с наземными системами связи. На этих ЗС устанавливаются радиопередатчики большой мощности (от нескольких до десяти и более кВт), высокочувствительные радиоприемники и приемопередающие антенны, которые имеют диаграмму направленности с очень узким главным лепестком и очень низким уровнем боковых лепестков. ЗС такого типа предназначены для обслуживания развитых сетей связи; чтобы они могли обеспечить нормальный доступ к ЗС, требуются волоконно-оптические линии связи.

ЗС, имеющие среднюю пропускную способность, могут быть самыми разнообразными, а их специализация зависит от вида передаваемых сообщений. ЗС этого типа обслуживают корпоративные ССС, которые чаще всего поддерживают передачу видео, речи и данных, видеоконференц-связь, электронную почту.

Некоторые ЗС, обслуживающие корпоративные ССС, включают несколько тысяч микротерминалов (VSAT - Very Small Aperture Terminal). Все терминалы связаны с одной главной ЗС (MES - Master Earth Station), образуя сеть, имеющую звездообразную топологию и поддерживающую прием/передачу данных, а также прием аудио и видеоинформации.

Существуют также ССС, основанные на ЗС, которые могут принимать один или несколько видов сообщений (данных, аудио и/или видеоинформации). Топология таких сетей также звездообразная.

Важнейший элемент сети - система контроля и диагностики, выполняет следующие функции:

радиоконтроль каналов спутниковой связи;
тестирование каналов спутниковой связи при проведении ремонтно-восстановительных работ и техническом обслуживании ЗС, при развертывании ЗС и вводе их в эксплуатацию;
анализ функционального состояния ССС, на основе которого вырабатываются рекомендации по режимам работы ЗС.

Радиоконтроль позволяет проверять правильность использования частотного ресурса ИСС, отслеживать помехи и определять попытки несанкционированного доступа к спутниковым каналам связи. Кроме того, контролируются параметры излучения ЗС и фиксируется ухудшение качества каналов спутниковой связи из-за погодных и климатических условий.

Из истории ССС

Первый искусственный спутник Земли (ИСЗ), запущенный на околоземную орбиту в октябре 1957 года, весил 83,6 кг и имел на борту радиопередатчик-маяк, передававший сигналы, по которым осуществлялся контроль над полетом. Результаты этого первого запуска и первые опыты передачи радиосигналов из космоса наглядно показали возможность организации системы связи, в которой ИСЗ будет выступать в роли активного или пассивного ретранслятора радиосигналов. Однако для этого необходимо создать ИСЗ, на которых можно установить аппаратуру достаточно большой массы, и иметь мощные ракетные системы, способные выводить эти спутники на околоземную орбиту.

Такие ракетоносители были созданы, и в короткие сроки разработаны ИСЗ большой массы, способные нести на себе сложную научную, исследовательскую, специальную аппаратуру, а также аппаратуру связи. Было положено начало созданию спутниковых систем различного назначения: метеорологических, навигационных, разведывательных, связи. Значение этих систем трудно переоценить. Система спутниковой связи среди них занимает ведущее место.

Сразу после запуска первого ИСЗ начались опыты по использованию спутников в системе связи страны и стала создаваться спутниковая система связи. Были построены земные приемопередающие станции, оснащенные параболическими антеннами с диаметром зеркала 12 м. 23 апреля 1965 года на высокую эллиптическую орбиту был запущен искусственный спутник связи (ИСС) "Молния".

Высокая эллиптическая орбита с апогеем 40 тыс. км, расположенным над северным полушарием, и двенадцатичасовой период обращения давали возможность ИСС два раза в сутки по 9 часов обеспечивать ретрансляцию радиосигнала почти на всю территорию страны. Первый практически значимый результат был получен в 1965 году, когда через ИСС был осуществлен обмен телевизионными программами между Москвой и Владивостоком. В октябре 1967 года была введена в эксплуатацию первая в мире система спутниковой связи "Орбита".

В 1975 году на круговую экваториальную, или геостационарную, орбиту высотой 35786 км был запущен ИСС "Радуга" с периодом обращения вокруг Земли, равным 24 часам. Направление вращения спутника совпадало с направлением вращения нашей планеты, он оставался неподвижным на небосводе и был как бы "подвешен" над поверхностью Земли. Это обеспечивало постоянную связь через такой спутник и упрощало слежение за ним. Впоследствии на геостационарную орбиту были выведены ИСС "Горизонт".

Опыт эксплуатации ССС "Орбита" показал, что дальнейшее развитие системы, связанное со строительством земных станций такого типа для обслуживания городов и поселков с населением в несколько тысяч человек, экономически не оправдано. В 1976 году была создана более экономичная спутниковая система связи "Экран", ИСС которой был выведен на геостационарную орбиту. Более простые и компактные земные приемопередающие станции этой системы устанавливались в малых населенных пунктах, поселках, на метеостанциях, находящихся в Сибири, районах Крайнего Севера, частично Дальнего Востока, и доводили до их населения программы Центрального телевидения.

В 1980 году началась эксплуатация ССС "Москва", земные станции которой работали через ИСС "Горизонт". Земные передающие станции этой ССС были аналогичны станциям ССС "Орбита" и "Экран", но она имела малогабаритные земные приемные станции, что позволяло размещать их на узлах связи, на маломощных ретрансляторах и в типографиях. Радиосигнал, принятый земной приемной станцией, передавался на маломощный телевизионный ретранслятор, с помощью которого телепрограмма до водилась до абонентов. ССС "Москва" позволяла передавать программы Центрального телевидения и полосы центральных газет в самые удаленные уголки страны и в советские учреждения практически всех европейских, североамериканских и приграничных азиатских стран.

Спутниковая связь -день сегодняшний

В настоящее время в федеральной системе спутниковой связи гражданского назначения используется орбитальная группировка, в которую входят 12 государственных космических аппаратов (КА), находящихся в ведении ГП "Космическая связь". В орбитальной группировке два КА серии "Экспресс", запущенных в 1994 и 1996 годах, семь КА серии "Горизонт" разработки 70-х годов, один - серии "Экран-М", два новых современных спутника серии "Экспресс-А". Кроме этих ИСС на орбитах находятся ИСС типа "Ямал-100" (оператор - ОАО "Газком"), "Бонум-1" и некоторые другие [1, 2]. Идет производство космических аппаратов нового поколения ("Экспресс-АМ", "Ямал-200"). В России работают около 65 компаний-операторов спутниковой связи, это около 7% от общего числа операторов электросвязи [2]. Эти компании предоставляют своим клиентам широкий набор телекоммуникационных услуг: от сдачи в аренду цифровых каналов и трактов до оказания услуг телефонии, теле- и радиовещания, мультимедиа.

Сегодня ССС стали важной составляющей Взаимоувязанной сети связи России (ВСС). Разработаны и претворяются в жизнь "Программа экстренных мер по государственной поддержке сохранения, восполнения и развития российских спутниковых систем связи и вещания государственного назначения" (Постановление Правительства РФ от 1 февраля 2000 г. № 87) и "Федеральная космическая программа России на 2001-2005 годы" (Постановление Правительства РФ от 30 марта 2000 г. № 288).

Направления развития ССС

Вопросы развития спутниковой связи гражданского назначения решаются на правительственном, межведомственном (ГКРЧ) и ведомственном (Министерство связи и информатизации РФ, Росавиакосмос и др.) уровнях. Российские спутниковые системы связи находятся под юрисдикцией государства и эксплуатируются отечественными государственными (ГП КС) или частными коммерческими операторами.

В соответствии с принятой концепцией развития ВСС в России перспективная ССС должна включать три подсистемы:

фиксированной спутниковой связи для обслуживания Взаимоувязанной сети связи России, а также наложенных и корпоративных сетей;
спутникового теле- и радиовещания, в том числе непосредственного вещания, которое является новым этапом в развитии современных электронных средств массовой информации;
подвижной персональной спутниковой связи в интересах подвижных и удаленных абонентов на территории России и за ее пределами.

Фиксированная спутниковая связь

Фиксированная спутниковая служба представляет собой службу радиосвязи между земными станциями, имеющими заданное местоположение (фиксированный пункт, расположенный в определенных зонах [3]).

Основные направления использования фиксированной связи:

организация магистральных, внутризоновых и местных линий связи в составе ВСС России; <
предоставление ресурса для создания сетей передачи данных;
развитие корпоративных сетей связи и передачи данных с использованием современных VSAT-технологий, в том числе доступа в Интернет;
развитие сети международной связи;
распределение по территории страны федеральных, региональных, местных и коммерческих теле- и радиопрограмм;
развитие сетей передачи полос центральных газет и журналов;
резервирование магистральной первичной сети ВСС России.

Система фиксированной спутниковой связи в ближайшие годы будет базироваться на действующих спутниках "Горизонт", новых спутниках "Экспресс-А", "Ямал-100" и спутнике LMI-1 международной организации "Интерспутник". Позднее вступят в строй новые спутники "Экспресс К", "Ямал 200/300".

Спутниковые сети связи будут играть главную роль при модернизации систем связи в северо-восточных регионах России.

"Генеральная схема спутниковой составляющей первичной сети ВСС России", разработанная ОАО "Гипросвязь" по заказу ОАО "Ростелеком" и ГП "Космическая связь", определяет порядок использования спутниковых систем для ВСС России.

Предусматривается, что развитие корпоративных сетей будет осуществляться преимущественно на базе российских спутников в соответствии с приоритетами, определенными Постановлением Правительства РФ № 1016 от 02.09.98 г.

Базой для передачи программ телевидения с использованием спутниковой фиксированной службы должна стать модернизированная цифровая система телевещания "Москва"/"Москва Глобальная". Это позволит передавать во все зоны поясного вещания социально-значимые государственные и общероссийские телепрограммы (РТР, "Культура", ОРТ), при этом будут задействованы три спутника вместо нынешних десяти.

Вещательная служба

Вещательная служба строится на базе спутников непосредственного телевизионного вещания, таких как ИСС "Бонум-1", который выведен в точку 36° в.д. и обеспечивает в Европейской части России передачу более двух десятков телевизионных программ.

Предусмотрено дальнейшее расширение системы спутникового телевещания (с возможностью трансляции до 40-50 коммерческих телепрограмм) для создания телевизионной распределительной сети в малонаселенных восточных регионах России, а также для удовлетворения потребностей в региональных телепрограммах. Эта ССС предоставит такие новые услуги, как цифровое ТВ высокой четкости, доступ в Интернет и др. В перспективе она может полностью заменить действующую спутниковую систему распределения ТВ, базирующуюся на использовании фиксированной спутниковой службы.

Подвижная спутниковая связь

Российская система подвижной спутниковой связи развернута на базе спутников "Горизонт" и используется для организации правительственной связи и в интересах ГП "Морсвязь-спутник". Могут применяться также системы "Инмарсат" и "Евтелсат" (подсистемы "Евтелтракс").

В соответствии с Постановлением Правительства РФ от 2 сентября 1998 г. № 1016 в ходе осуществления проектов перспективных спутников должны быть предусмотрены меры, направленные на сохранение сети подвижной спутниковой связи в объеме, необходимом для поддержания системы правительственной и президентской связи.

Система персональной подвижной связи

В нашей стране разрабатываются несколько проектов подвижной персональной спутниковой связи ("Ростелесат", "Сигнал", "Молния Зонд").

Российские предприятия участвуют в нескольких международных проектах персональной спутниковой связи ("Иридиум", "Глобалстар", ICO и др.). В настоящее время прорабатываются конкретные условия применения систем подвижной связи на территории Российской Федерации и их сопряжения с ВСС России. В разработке и создании комплексов ССС принимают участие: Государственный оператор ГП "Космическая связь", Красноярский НПО/ПМ им. Решетнева и компания Alcatel (создание трех спутников нового поколения "Экспресс А"), НИИР, ЦНИИС, ООО "Гипросвязь", ГСП РТВ, ОАО "Ростелеком" и др.

Заключение

Спутниковые системы связи и передачи данных способны обеспечить необходимую быстроту развертывания и реконфигурации системы, надежность и качество связи, независимость тарифов от расстояния. По спутниковым каналам, обладающим высоким коэффициентом готовности, передаются практически любые виды информации.

Сегодня спутниковые системы связи стали неотъемлемой составной частью мировых телекоммуникационных магистралей, связавших страны и континенты. Они успешно используются во многих странах мира и заняли свое достойное место во Взаимоувязанной сети связи России.

Литература

Тимофеев В. В. О концепции развития спутниковой связи России. - "Вестник связи", 1999, № 12.
Василий Павлов (руководитель Департамента радио, телевидения и спутниковой связи Минсвязи России). Из выступления на совещании, посвященном ССС России и ее роли в обеспечении потребностей ведомственных и корпоративных операторов. - "Сети", 2000, № 6.
Дурев В. Г., Зеневич Ф. О., Крук Б. И. и др. Электросвязь. Введение в специальность. - М., 1988.
Радиорегламент радиосвязи Российской Федерации. Издание официальное. Утвержден и введен в действие с 1.01.1999 года решением ГКРЧ от 28.09.1998 года.-М. 1999.
Леонид Невдяев. Спутниковые системы Часть1. Орбиты и параметры. - "Сети", 1999, №1-2.
Инженерный справочник по космической технике. - М., 1977.

studfiles.net