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…
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:
Одновременно учёный указал координаты наилучшего покрытия областей поверхности планеты:
Писатель занизил рабочую частоту, высказав намерение применить 3 МГц, уменьшив гипотетические рефлекторы (несколько футов).
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.
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.
Неудивительно использование спутников, учитывая сказанное.
Явление поглощения атмосферой волн известно давно. Учёные, исследовав феномен, заключили:
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.
Сказанное объясняет выбор современных частот космической связи. Полный перечень характеристик сигнала Ku-диапазона демонстрирует рисунок.
Используется также С-диапазон.
Луч, пересекая поверхность Земного шара, формирует изотропные кривые эквивалентного приёма. Суммарные потери составляют:
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.
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.
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.
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.
Практически отсутствует интерференционная картина. Позволительно значительно уплотнить соседние частотные каналы.
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.
Развитие цифровых технологий открыло дорогу методикам коррекции ошибок. Искусственный спутник:
Превосходное качество спутниковой связи стало «притчей во языцах».
Спутниковые тарелки называют параболоидами. Диаметр достигает 4 метра. Помимо указанных доступны 2 вида антенн релейной связи (оба наземные):
Параболоиды обеспечивают высокую избирательность, позволяя установить связь, преодолевшему тысячи километров лучу. Типичная тарелка неспособна передать сигнал, требуются более высокие характеристики.
Спутники шпионы постоянно двигались, обеспечивая относительную неуязвимость и скрытность наблюдения. Использование мирных технологий пошло иным путём. Реализована концепция Кларка:
Аппарат покрывает часть территории планеты.
Система Intelsat сформирована 19-ю спутниками, сгруппированными по четырём регионам. Абонент видит 2-4 одновременно.
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).
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.
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.
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:
Наклон успешно использовался советскими спутниками. Орбита характеризуется следующими параметрами:
Видимые 8/12 часов три спутника обеспечивают связь полярным регионам, недоступным с экватора.
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:
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.
Коммерческие проекты ограниченны.
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:
Телефоны используют технологии Qualcomm CDMA, исключая Ericsson и Telit, принимающие традиционные SIM-карты. Базовые станции вынуждены поддерживать оба стандарта.
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:
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:
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.
Прочее оборудование компании включало:
Плавучие бакены, напоминающие систему отслеживание цунами, способны вести приём/передачу коротких сообщений. Интерфейс позволит использовать функционал фирменного телефона, отказывающегося ловить спутники.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Курсовая работа на тему: «Спутниковые сети связи»
Введение
1. Архитектура ССС
1.1 Космический сегмент
1.2 Земной сегмент
1.3 Диапазоны частот
1.4 Топологии
2. Технологии спутниковой связи
2.1 VSAT (Very Small Aperture Terminal)
2.2 SCPC (Single Channel per Carrier)
Заключение
Список использованных источников
Глоссарий
Введение
Сети связи представляют собой комплексы технических средств, которые обеспечивают обмен информацией по каналам связи между территориально распределенными объектами. В настоящее время в мире создаются сети связи, со сложной структурой зависящей как от технических возможностей и средств, используемых при их создании, так и от требуемых характеристик этих сетей. В общем случае сеть связи включает в себя следующие узлы: абонентские, концентрации, коммутации, маршрутизации и ретрансляции. В сетях, построенных по принципу коммутации каналов, посылаемое сообщение передается от одного узла сети к другому по направлению к получателю. Узлы такой сети состоят из буферных накопителей выполняющих роли по согласованию поступающих информационных потоков и скорости их передачи.
Идея спутниковой связи достаточно проста, и заключается в том что, промежуточный ретранслятор радио сети связи устанавливается на борту Искусственного спутника земли (ИСЗ), которые движется по орбите земли, почти без затрат энергии на это движение. Ввиду того что зона видимости спутника почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает. В начальные годы эры спутниковой связи использовались пассивные спутниковые ретрансляторы (примеры -- спутники «Эхо» и «Эхо-2»), которые представляли собой простой отражатель радиосигнала и не несли на борту ни какого приёмопередающего оборудования. Современные спутники связи являются активными приемо-передающими устройствами. Они оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. С середины 70-х годов началось распространение региональных и национальных Систем Спутниковой Связи (ССС). Эти сети строились на базе либо собственных геостационарных ретрансляторов, либо арендуемых у Intelsat спутниковых каналов связи. Основные функции этих сетей сводились к распределению телевизионных сигналов и телефонии. От наземных станций ССС требовалась небольшая пропускная способность, поэтому они становились меньше, проще и дешевле.
Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:
* 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 большая высота, а значит, и большая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен 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 90є).
При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. 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.
Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами:
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 -- осуществляет 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.
1 . Архитектура ССС
1.1 Космический сегмент
Когда говорят о космическом сегменте, обычно подразумевают спутники-ретрансляторы и средства выведения их на орбиту, а так же наземные комплексы управления. Спутники-ретрансляторы представляют собой основную часть космического сегмента. Они состоят из двух основных узлов: космической платформы и бортового ретранслятора. Бортовой ретранслятор принимает сигналы с земных станций, усиливает и передает на землю. С помощью бортовых антенн, излучаемый спутником сигнал фокусируется в один или несколько лучей, этим обеспечивая формирование необходимой зоны покрытия. Основными характеристиками спутников связи являются: количество радиочастотных каналов (ретрансляторов) или стволов, мощность передатчиков в каждом стволе (обычно представляемая как эквивалентная изотропно излучаемая мощность или ЭИИМ), количество и размеры зон обслуживания.
Для уменьшения взаимных помех передача сигнала со спутника (Downlink) ведется на частоте, отличной от частоты передачи сигнала с земли на спутник (Uplink). Поэтому ретрансляторы спутника имеют в своем составе преобразователи частоты. Обычно частота Downlink ниже, чем линии Uplink. Для систем спутниковой связи выделены определенные диапазоны частот, каждый из которых имеет свои особенности. Количество, размеры и формы зон обслуживания определяются конструкцией антенн. Космическая платформа предназначена для поддержания работы спутника связи. Основными функциями космической платформы являются обеспечение бортового ретранслятора электропитанием и удержание спутника на заданной орбите. Электропитание бортовой аппаратуры осуществляется обычно от солнечных батарей и резервных аккумуляторов.
Под влиянием гравитационных сил спутник отклоняется от заданной орбиты, из-за чего необходимо периодически проводить ее коррекцию, используя специальные реактивные двигатели, установленные на спутнике. Поэтому значительную долю веса геостационарных спутников составляет вес двигательной установки и горючего для корректирующих двигателей. Запас горючего для коррекции орбиты, наряду с надежностью и долговечностью бортовой аппаратуры, определяет срок активного существования спутников связи. Оперативное управление бортовыми системами и их контроль осуществляется бортовой вычислительной машиной. Кроме того, вся телеметрическая информация о состоянии систем спутника передается на землю. Наземный комплекс управления (НКУ) по результатам телеметрического контроля и измерения параметров орбиты спутника передает на него команды по коррекции орбиты и управлению бортовой аппаратурой.
1.2 Земной сегмент
Земной сегмент представляет собой сеть абонентских станций спутниковой связи, устанавливаемых у пользователей, а также центр управления сетью (при необходимости его использования). Абонентские станции могут быть как стационарными, так и подвижными. До 90 % стоимости большинства систем спутниковой связи обычно приходится на земной сегмент.
Типовая земная станция (ЗС) системы фиксированной спутниковой связи (ФСС) состоит из следующих основных узлов:
* станция космической связи (СКС);
* каналообразующая аппаратура (КОА);
* оконечное оборудование;
* аппаратура соединительных линий.
Станция космической связи обеспечивает прием и передачу информации по спутниковому каналу. Она включает в себя антенную систему, приемо-передающее оборудование и преобразователи частоты. Размеры антенны и мощность передатчика определяются ЭИИМ спутника и качеством его приемных антенн, а также частотной полосой передаваемого сигнала.
Каналообразующая аппаратура формирует и обрабатывает модулирующий сигнал, обеспечивает процедуру много станционного доступа (мультиплексирование / демультиплексирование сигналов), кодирование и декодирование сигналов, их модуляцию-демодуляцию.
Связь каналообразующей аппаратуры с СКС осуществляется на промежуточной частоте, обычно 70 МГц, иногда - 140 МГц.
Состав оконечного оборудования зависит от назначения земной станции и вида передаваемой информации. Для сетей передачи данных это могут быть сборщики/разборщики пакетов, пакетные коммутаторы и т.д. В системах телефонной связи сюда входят модемы, кодеры и декодеры, коммутаторы и АТС.
Аппаратура соединительных линий предназначена для сопряжения земных станций с наземными линиями связи и аппаратурой пользователей.
1.3 Диапазоны частот
В 1977 году состоялась Всемирная административная радиоконференция (WARC-77) по планированию вещательной спутниковой службы, на которой был принят ныне действующий Регламент радиосвязи. В соответствии с ним вся территория Земли разделена на три района, для вещания в каждом из которых выделены свои полосы частот.
Район 1 - включает Африку, Европу, Россию, Монголию и страны СНГ.
Район 2 - охватывает территорию Северной и Южной Америки.
Район 3 - это территории Южной и Юго-Восточной Азии, Австралия и островные государства Тихоокеанского региона.
В соответствии с этим регламентом для систем спутниковой связи выделено несколько диапазонов частот, каждый из которых получил условное обозначение буквой латинского алфавита:
L-диапазон 1,452-1,550 и 1,610-1,710;
S- диапазон 1,93 - 2,70;
C- диапазон 3,40 -5,25 и 5,725 - 7,075;
X- диапазон 7,25 - 8,40;
Ku- диапазон 10,70 - 12,75 и 12,75 - 14,80;
Ka- диапазон 15,40 - 26,50 и 27,00 -30,20.
Большинство действующих систем спутниковой связи на базе геостационарных спутников работают в диапазонах С (6/4 ГГц) и Ku (14/11 ГГц). Ка - диапазон в нашей стране пока широко не применяется, но идет его бурное освоение в Америке и Европе. Эффективность приемных зеркальных антенн ("тарелок") пропорциональна числу длин волн, укладывающихся в ее поперечнике. А длина волны с увеличением частоты уменьшается. Следовательно, при одинаковой эффективности размеры антенн уменьшаются с увеличением частоты. Если для приема в диапазоне С требуется антенна 2,4 - 4,5 м, то для диапазона Ku размер уменьшится до 0,6 - 1,5 м, для диапазона Ка он может быть уже 30 - 90 см, а для К - диапазона - всего 10 - 15 см.
При одинаковых размерах антенна в диапазоне Ku имеет коэффициент усиления примерно на 9,5 дб больше, чем в диапазоне C. Обычно, ЭИИМ спутников в диапазоне C не превышает 40-42 дБ, тогда как в диапазоне Ku нередки уровни ЭИИМ 50-54 дБ для систем фиксированной спутниковой связи, и даже 60-62 дБ для спутников систем НТВ. По тем же причинам, коэффициент усиления приемных антенн на спутниках-ретрансляторах в диапазоне Ku выше, чем в диапазоне C. В результате, размеры антенн и мощность передающих устройств земных станций в диапазоне Ku в большинстве случаев меньше, чем в диапазоне C.
Например, для работы со спутником "Горизонт" в диапазоне C требуются земные станции с антеннами не менее 3,5 м и передатчиком около 20 Вт. В то же время, земные станции с такой же пропускной способностью для работы со спутником "Интелсат" (Intelsat) в диапазоне Ku могут оснащаться антеннами диаметром 1,2 м и передатчиком 1 Вт. Стоимость первой станции примерно в два раза выше, чем второй при одинаковых пользовательских характеристиках. В пользу диапазона Ku говорит также факт, что полоса частот, выделенных МСЭ для систем спутниковой связи в этом диапазоне, более чем два раза превышает полосу в диапазоне C. К недостаткам диапазона Ku следует отнести повышенные, по сравнению с диапазоном C, потери во время дождя, что требует создания запаса по усилению антенны для их компенсации. Это ограничивает применение диапазона Ku в регионах с тропическим и субтропическим климатом. Для большинства же районов России необходимый запас не превышает 3-4 дб, для создания которого достаточно увеличить диаметр антенны на 20-30 % в сравнении с регионами с сухим климатом.
В связи с вышеизложенным, большинство сетей спутниковой связи на базе VSAT строятся в диапазоне Ku. Для работы систем спутниковой связи выделяются определенные полосы частот, в рамках которых возможно размещение большого числа каналов. При используемых в настоящее время методах модуляции полоса частот одного симплексного (однонаправленного) канала, выраженная в килогерцах (Кгц), примерно равна скорости передачи, выраженной в килобитах в секунду (Кбит/с). Таким образом, для передачи данных в одном направлении со скоростью 64 Кбит/с требуется полоса около 65 Кгц, а для канала Е1 (2048 Кбит/с) необходима полоса частот около 2 МГц.
Для двухсторонней (дуплексной) связи требуемую полосу необходимо удвоить. Следовательно, для организации дуплексного канала со скоростью передачи 2 Мбит/с потребуется полоса частот около 4 МГц. Это соотношение выполняется и для большинства других радиоканалов, а не только спутниковых. Для стандартного спутникового ствола с полосой 36 МГц максимальная скорость передачи составляет около 36 Мбит/с. Но большинству пользователей такие высокие скорости не нужны и они используют лишь часть этой полосы.
1.4 Топологии
В зависимости от распределения трафика между абонентами архитектура сетей спутниковой связи различается по следующим признакам: по конфигурации трафика и структуре управления.
По конфигурации трафика различают:
Сеть "точка - точка". Позволяет обеспечивать прямую дуплексную связь между двумя удаленными абонентскими станциями по выделенным каналам. Такая схема связи наиболее эффективна при большой загрузке каналов (не менее 30 - 40 %). Преимуществом такой архитектуры является простота организации каналов связи и их полная прозрачность для различных протоколов обмена. Кроме того, такая сеть не требует системы управления.
Сеть типа "звезда". Является наиболее распространенной архитектурой построения ССС с абонентскими станциями класса VSAT. Такая сеть обеспечивает много направленный радиальный трафик между центральной земной станцией (ЦЗС или HUB в английской литературе) и удаленными периферийными станциями (терминалами) по энергетически выгодной схеме: малая ЗС - большая ЦЗС, оснащенная антенной большого диаметра и мощным передатчиком. Недостатком архитектуры "звезда" является наличие двойного скачка при связи между терминалами сети, что приводит к заметным задержкам сигнала.
Сети VSAT подобной архитектуры широко используются для организации информационного обмена между большим числом удаленных терминалов, не имеющих существенного взаимного трафика, и центральным офисом фирмы, различными транспортными, производственными и финансовыми учреждениями. Аналогично строятся сети телефонной связи для обслуживания удаленных абонентов, которым обеспечивается выход на телефонную коммутируемую сеть общего пользования через центральную станцию, подключенную к наземному центру коммутации или Автоматической телефонной станции (АТС). Функции контроля и управления в сети типа "звезда" обычно централизованы и сосредоточены в центральной управляющей станции (ЦУС) сети. ЦУС выполняет служебные функции установления соединений между абонентами сети (как наземными, так и спутниковыми терминалами) и поддержания рабочего состояния всех периферийных устройств.
В сети "каждый с каждым". Обеспечиваются прямые соединения между любыми абонентскими станциями (так называемый "односкачковой" режим связи). Количество требуемых дуплексных радиоканалов равно N x (N - 1), где N - число абонентских станций в сети. При этом каждая абонентская станция должна иметь N - 1 каналов приемопередачи. Такая архитектура оптимальна для телефонных сетей, создаваемых в труднодоступных или удаленных районах, а также для сетей передачи данных с относительно небольшим числом удаленных терминалов.
В связи с тем, что для работы между двумя малыми терминалами от VSAT требуются большие энергетические ресурсы в сравнении с сетью "звезда", в сетях типа "каждый с каждым" на абонентских станциях приходится использовать более мощные передатчики и антенны большего диаметра, что заметно отражается на их цене.
Каждая из этих топологий имеет свои преимущества и недостатки. В реальных ситуациях часто требуется предоставление широкого спектра услуг, каждая из которых лучше реализуется в разных топологиях. Поэтому многие сети строятся по смешанным топологиям.
По типам управления различают:
Централизованный тип управления, в этом случае центр управления сетью (ЦУС) выполняет служебные функции контроля и управления, необходимые для установления соединения между абонентами сети, но не участвует в передаче трафика. Обычно ЦУС устанавливается на одной из абонентских станций сети, на которую приходится наибольший трафик.
Децентрализованный тип управления, здесь управление сетью ЦУС отсутствует, а элементы системы управления входят в состав каждой VSAT станции. Подобные сети с распределенной системой управления отличаются повышенной "живучестью" и гибкостью за счет усложнения оборудования, расширения его функциональных возможностей и удорожания VSAT терминалов. Эта схема управления целесообразна лишь при создании небольших сетей (до 30 терминалов) с высоким трафиком между абонентами.
2 . Технологии спутниковой связи
2.1 VSAT (Very Small Aperture Terminal)
VSAT-станция - станция спутниковой связи с антенной малого диаметра, порядка 1.8 ... 2.4 м. VSAT-станция используются для обмена информацией между наземными пунктами, а также в системах сбора и распределения данных. ССС с сетью земных станций типа VSAT обеспечивают телефонную связь с цифровой передачей речи, а также передачу цифровой информации. При передаче телефонного трафика спутниковые системы образуют групповые тракты (совокупность технических средств, обеспечивающих прохождение группового сигнала, т.е. несколько телефонных подканалов объединяются в один спутниковый) и каналы передачи (совокупность средств, обеспечивающих передачу сигналов от одной точки в другую).
Каналы и групповые тракты ССС широко используются на участках магистральной и внутризоновой телефонных сетей. В ряде случаев на местных линиях связи ССС позволяют: организовать прямые закрепленные каналы и тракты между любыми пунктами связи в зоне обслуживания ИСЗ. А также работать в режиме незакрепленных каналов, при котором спутниковые каналы и тракты могут оперативно переключаться с одних направлений на другие при изменении потребностей трафика на сети, а также использоваться наиболее эффективно - полнодоступными пучками.
К настоящему времени создано несколько ССС с использованием VSAT. Одной из типичных систем такого рода является система, организованная на базе геостационарных спутников. VSAT, работающие в составе данной системы, установлены в ряде стран, в том числе и в России.
Привлекательной особенностью станций VSAT является возможность их размещения в непосредственной близости от пользователей, которые благодаря этому могут обходиться без наземных линий связи.
Кроме систем с закрепленным каналом, эффективных при постоянной передаче информации на высоких скоростях (10 кбит/с и более), существуют системы, использующие временное, частотное, кодовое или комбинированное разделение канала между многими абонентскими ЗС.
Еще одним параметром, позволяющим классифицировать ССС, является использование протокола. Первые спутниковые системы были беспротокольными и предлагали пользователю прозрачный канал. Недостатком таких систем являлась, например, передача информации пользователя без, как правило, подтверждения ее доставки принимающей стороной. Иначе говоря, в подобных системах не оговорены правила диалога между участниками обмена информацией. В этом случае качество ССС определяется качеством спутникового канала. При типичных значениях вероятности ошибки на символ в пределах 10-6..10-7 передача больших файлов через спутниковые системы, даже с использованием различных помехоустойчивых кодов затруднена, если не сказать, что невозможна.
Спутниковая станция типа VSAT по конструктивному признаку состоит из высокочастотного (ODU) и низкочастотного (IDU) модуля. ODU, состоящий из антенны и приемопередатчика, размещается вне здания, в котором устанавливается IDU, состоящий из модема и мультиплексора (каналообразующей аппаратуры).
Стандартный вариант комплектации включает параболическую антенну небольшого диаметра и приёмопередатчик. В зависимости от месторасположения спутниковой станции по отношению к центру зоны освещения спутника и скорости передачи в канале используются более мощные передатчики или антенны большего диаметра. В помещении устанавливается модем и мультиплексор. ODU и IDU соединены между собой радиочастотными (RF) кабелями. По ним идет сигнал промежуточной частоты (IF). IF бывает 70 или 140 МГц.
Внешний блок. Внешний, или как его иногда называют высокочастотный блок, состоит из антенны и приемопередающего блока, который устанавливается на этой антенне. Приемопередающий блок обеспечивает преобразование низкочастотного сигнала, его усиление и передачу “вверх”. Также прием высокочастотного сигнала со спутника его преобразование в низкочастотный и передачу к внутреннему блоку. Антенна. Однозеркальная антенна обычно выполняется по схеме офсет (со смещенным центром). Схема офсет позволяет снизить уровень боковых лепестков идущих параллельно земли и дающих максимальные помехи. Также данная схема позволяет избежать накопления атмосферных осадков на поверхности рефлектора. связь спутниковый цифровой сигнал
Антенна состоит из:
* рефлектора (зеркала);
* системы облучения;
* опорно-поворотного основания (ОПО).
Основной терминал состоит из:
* СВЧ блока преобразования частот;
* усилителя мощности (SSPA или TWT);
* малошумящего конвертора (LNC);
* блока электропитания (PS);
* соединительных кабелей.
Функция приемопередатчика заключается в преобразовании, после модулятора, сигнала IF, на конверторе вверх, в RF сигнал для передачи через антенну и в преобразовании полученного RF сигнала в сигнал IF, на конверторе вниз, для блока, используемого как демодулятор.
Внутренний блок. Внутренний блок представляет собой 19” стойку с установленными в ней спутниковым модемом и мультиплексором. Иногда в стойке устанавливается и дополнительное оборудование сумматоры, вентиляторы, UPS и т.п. UPS может устанавливаться и вне стойки, отдельно.
Спутниковый модем. Спутниковый модем, в части модулятора предназначен для кодирования передаваемого цифрового потока, пришедшего из мультиплексора, модулирования сигнала по IF, необходимого усиления и передачи сигнала на внешний блок. И приема сигнала IF из внешнего блока, усиления его, демодулирование в цифровой сигнал, декодирование и передачу в мультиплексор, в части демодулятора.
Мультиплексор. Мультиплексор предназначен для мультиплексирования голосовой, факсимильной информации и передаваемых данных. Мультиплексор позволяет скомбинировать ежедневные телефонные и факсимильные сообщения с синхронной и асинхронной передачей данных в один канал, предаваемый по локальным сетям, наземным или спутниковым линиям. Это позволяет снизить телекоммуникационные затраты путем увеличения возможностей передачи важной информации и одновременного уменьшения пропускной способности канала.
Спутниковый Шлюз. Для выхода на сети наземных телекоммуникаций используются спутниковые шлюзы (большие станции к которым подключены через спутник VSAT-станции).
Шлюз может обеспечивать обеспечивает:
* выход на телефонные сети;
* услуги междугородной связи с выходом на сеть общего пользования;
* услуги международной телефонной связи;
* выход на специальные телефонные сети, например "Искра-2";
* выход на сети передачи данных (РОСНЕТ, INTERNET, RELCOM и др.);
* возможность аренды наземного канала до любой точки.
Высокоскоростной выход на INTERNET и другие сети передачи данных.
Шлюз позволяет обеспечить высокоскоростной выход на INTERNET, до 2 Мбит/сек. В данном варианте, возможно, получить доступ ко всем услугам INTERNET (WWW, TelNet, E-mail, FTP и др.). Все описанное выше, также относится и к другим глобальным сетям передачи данных. VSAT - это небольшая станция спутниковой связи с антенной диаметром 0,9 - 3,7 м, предназначенная, главным образом, для надежного обмена данными по спутниковым каналам. Она не требует обслуживания и подключается напрямую к терминальному оборудованию пользователя, выполняя роль беспроводного модема.
Как работает сеть VSAT. Сеть спутниковой связи на базе VSAT включает в себя три основных элемента: центральная земная станция (при необходимости), спутник-ретранслятор и абонентские VSAT терминалы.
Центральная земная станция (ЦЗС). Центральная земная станция в сети спутниковой связи на базе выполняет функции центрального узла и обеспечивает управление работой всей сети, перераспределение ее ресурсов, выявление неисправностей, тарификацию услуг сети и сопряжение с наземными линиями связи. Обычно ЦЗС устанавливается в узле сети, на который приходится наибольший трафик (рис.16).
Каналообразующая аппаратура обеспечивает формирование спутниковых радиоканалов и стыковку их с наземными линиями связи. Каждый из поставщиков систем спутниковой связи применяет свои оригинальные решения этой части ЦЗС, что часто исключает возможность использования для построения сети аппаратуру и абонентские станции других фирм. Обычно эта подсистема строится по модульному принципу, что позволяет по мере роста трафика и количества абонентских станций в сети легко добавлять новые блоки для увеличения ее пропускной способности. Центр управления сетью обеспечивает контроль за работой сети, выявление неисправностей, перераспределение ее ресурсов между абонентами, тарификацию предоставляемых услуг и т.п.
Абонентская станция VSAT. Абонентский VSAT терминал обычно включает в себя антенно-фидерное устройство, наружный внешний радиочастотный блок и внутренний блок (модем). Внешний блок представляет собой небольшой приемо-передатчик или приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс УАТС и т.д.).
Спутник ретранслятор. Сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов. Это позволяет максимально упрощать конструкцию абонентских терминалов и снабжать их простыми фиксированными антеннами без системы слежения за спутником. Спутник принимает сигнал от земной станции, усиливает его и направляет назад на Землю. Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Стандартный ствол имеет полосу пропускания 36 МГц, что соответствует максимальной пропускной способности около 40 Мбит/с. Мощность передатчиков колеблется от 20 до 100 и более ватт. Для обеспечения работы через малогабаритные абонентские станции типа VSAT требуются передатчики с выходной мощностью около 40 Вт. Действующие российские спутники имеют передатчики меньшей мощности, поэтому большое количество российских сетей строятся на базе зарубежных спутников.
2.2 SCPC (Single Channel per Carrier)
SCPC (Single Channel per Carrier, один канал на несущую) - классическая технология спутниковой связи. Сущность ее очень проста: для связи двух земных станций А и В на спутнике выделяются две полосы частот: одна для передачи в направлении А-В, другая - для передачи в направлении В-А.
Эти полосы частот «монопольно» используются только станциями А и В и не могут быть использованы кем-то еще. Таким образом, SCPC - выделенный физический канал связи.
В России и в Европе существуют сети VSAT-станций, работающих на принципе SCPC. Стандартный вариант связи SCPC где используется связь по принципу “point-to-point” (“точка-точка”) - это две VSAT-станции, соединенные спутниковым каналом и расположенные у пользователей.
При наличии такого канала пользователи могут устанавливать связь друг с другом в любой момент. Чаще приходится иметь дело с конфигурацией сети типа “звезда” (принцип “центр с каждым”), когда имеется одна станция в головном офисе (отделении, представительстве и т.п.) и несколько станций в удаленных отделениях, филиалах. При использовании данной схемы возможна организация потоков цифровой информации со скоростью от 32 кбит/сек до 8 Мбит/с и обеспечение телефонной, телефаксной связи между центром и периферией. Данная система открывает возможность выхода через спутниковые станции на международный телепорт в Берлине и далее в любую страну мира. Кроме этого возможно получение прямого московского номера и через телепорт в Москве возможно ведение телефонных переговоров по странам бывшего СССР. В целом следует отметить, что SCPC-система является очень мощной альтернативой арендованных некоммутируемых каналов, ведомственных линий и т.п. Весьма привлекательна она как средство передачи больших объемов информации с высокой скоростью. Вследствие использования спутниковых цифровых каналов, она является некритичной к дальности и помехозащищенной.
Подключение удаленной базовой станции сотовой связи. Это единственный способ подключения удаленной базовой станции сотовой связи через спутник, который гарантирует качественную связь и функционирование всех сервисов сотового оператора в полном объеме. Используется пара модемов с последовательными синхронными интерфейсами G.703, через которые передается цифровой поток Е1 (2048 кбит/с), полный или дробный.
Канальный доступ в Интернет. Спутниковый канал SCPC можно использовать в качестве внешнего канала доступа в Интернет для провайдерского узла в регионе. Как правило, в этом случае спутниковый канал связи «приземляется» на узел крупного оператора связи в Москве. Обычно у такого оператора есть центральная земная станция с антенной больших размеров и мощным передатчиком. За счет этого его клиент в регионе может использовать земную станцию с антенной несколько меньших размеров.
Спутниковая сеть радиовещания. PC Audio- классическая технология доставки сигналов сетевой FM-радиостанции ее партнерам-ретрансляторам в других городах. Особенно актуально использование SCPC для региональных радиостанций, у которых студии находятся не в Москве. Аренда спутникового канала SCPC обходится дешевле, чем аренда такого же по скорости канала любой другой технологии. Правда, на приемных станциях приходится использовать довольно дорогое специфическое оборудование. Однако, станций-ретрансляторов, как правило, немного, и стоимость единожды купленного оборудования быстро окупается экономией на платежах за связь. Земная станция спутниковой связи, установленная в студии, работает только на передачу. На ней устанавливается обычный спутниковый модем с последовательным интерфейсом RS-449 и кодер ComStream DAC700, который преобразует звук в последовательный цифровой поток со скоростью 128…392 кбит/с. Используется цифровое сжатие звука MPEG-1 Layer3. На станциях-ретрансляторах устанавливаются обычные приемные спутниковые антенны - такие же, как для спутникового телевидения. К антенне подключается специфический приемник ComStream ABR202, который сочетает в себе однонаправленный спутниковый модем и декодер MPEG. Между модемом земной станции и сетевым оборудованием провайдера устанавливается маршрутизатор.
2.3 TES
TES-система предназначена для обмена телефонной и цифровой информацией в сетях, что построены по принципу “mesh” (“каждый с каждым”) или, другими словами, в сетях с полным доступом. Это означает, что возможна телефонная связь между любыми двумя абонентами сети, кроме этого абонентам обеспечивается выход в международную сеть общего пользования через телепорт (Gateway) в Берлине. В простейшей конфигурации обеспечивается связь по одному телефонному или факсимильному каналу. Абоненту предоставляется дополнительная возможность организации передачи цифровой информации между двумя станциями, входящими в сеть. Сеть работает по принципу DAMA - когда абонент не имеет жестко закрепленного за ним спутникового канала, а этот канал предоставляется ему по первому требованию, причем с высокой (более 99 %) вероятностью. Этот способ позволяет уменьшить число арендуемых спутниковых каналов и обеспечить приемлемые цены для абонентов. В целом, использование именно TES-системы является самым оперативным и действенным способом доступа в международную телефонную сеть, а также хорошим средством связи с теми областями, которые обладают либо неразвитой инфраструктурой связи, либо вообще не имеют таковой.
2.4 PES
Система персональных земных станций (Personal Earth Station) PES™- спутниковая диалоговая пакетно-коммутируемая сеть, предназначенная для обмена телефонной и цифровой информацией в рамках ССС с топологией типа "звезда", с возможностью полного дуплекса. Система располагает крупной и дорогой центральной станцией (HUB station) и многими небольшими и недорогими периферийными станциями PES или remote. Большая эффективная излучаемая мощность высокое качество приема центральной станции делает возможным применение на PES малых антенн диаметром 0,5-1,8 м и маломощных передатчиков мощностью 0,5-2 Вт.
Это значительно снижает стоимость абонентской ЗС. В отличие от других вышеназванных систем, в этой передача информации всегда идет через HUB. С точки зрения энергетики системы и ее стоимости (соответственно и стоимости предлагаемых услуг) оптимально расположение центральной ЗС в центре зоны освещения спутника. Например, в сети, работающей через спутник INTELSAT-904, центральная ЗС расположена в Москве.
Достоинства СКС:
Спутниковые системы связи могут различаться также и типом передаваемого сигнала, который может быть цифровым или аналоговым. Передача информации в цифровой форме обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами передачи. К ним относятся:
* простота и эффективность объединения многих независимых сигналов и преобразования цифровых сообщений в “пакеты” для удобства коммутации;
* меньшие энергозатраты по сравнению с передачей аналогового сигнала;
* относительная нечувствительность цифровых каналов к эффекту накопления искажений при ретрансляциях, обычно представляющему серьезную проблему в аналоговых системах связи;
* потенциальная возможность получения очень малых вероятностей ошибок передачи и достижения высокой верности воспроизведения переданных данных путем обнаружения и исправления ошибок;
* конфиденциальность связи;
* гибкость реализации цифровой аппаратуры, допускающая использование микропроцессоров, цифровую коммутацию и применение микросхем с большей степенью интеграции компонентов.
Недостатки СКС:
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. 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). 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. Все эти эффекты ослабляются с увеличением частоты. Для сигналов с частотами, большими 10 ГГц, их влияние невелико.
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. 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.
3 Обобщенная характеристика состояния и тенденций развития ССС
Для организации каналов связи преимущественно используются космические аппараты (КА), расположенные на геостационарной орбите (ГСО). Возможности создания телекоммуникационных сетей на основе спутников на негеостационарных орбитах ограничены незначительной зоной обслуживания, невозможностью предоставления услуг на постоянной основе и рядом других факторов. Большинство этих факторов может быть устранено при использовании группировки спутников, но появляется необходимость слежения за ними. Преимущественно такие группировки используются для организации подвижной связи и радиовещания. Наибольшие из них Iridium (88 КА), Globalstar (48 КА), Orbcomm (31 КА). Для предоставления телекоммуникационных услуг, в особенности вещания, используются геостационарные спутниковые системы связи.
Ежегодно на ГСО выводится от 15 до 30 КА и завершают свою работу 10-15 спутников. За последние 10 лет ежегодный усредненный прирост количества КА составил около 3 %. Однако, при рассмотрении вопроса о росте потребностей в спутниковых каналах, чем обуславливаются запуски КА, следует учитывать не абсолютный прирост, а возможности выводимых на ГСО спутников. Наблюдается тенденция к запуску более эффективных в отношении прибыль/цена «тяжелых» КА, имеющих телекоммуникационную полезную нагрузку около 50 стволов и более. Из 83 работающих «тяжелых» КА 69 было выведено на орбиту после 2000 года (33 % от общего количества запусков).
По состоянию на начало марта 2011 года на геостационарной орбите (ГСО) в различных службах функционирует 319 спутников-ретрансляторов гражданского назначения. Услуги телекоммуникаций предоставляют 67 международных и национальных операторов, которым принадлежат 89 спутниковых систем связи. ССС зарегистрированы в 35 странах, перечень которых приведен в Приложении А.
В список стран, приведенный в Приложении А, следует включить Казахстан, Нигерию, Аргентину, потерявшие к настоящему времени свои спутники, но восстанавливающих функционирование ССС. В этом году Казахстан в рамках национальной системы спутниковой связи Kazsat выведет на ГСО два КА, Нигерия в рамках Nigcomsat - три КА. Аргентина строит новую систему спутниковой связи Arsat в составе трех КА. Спутники, находящиеся на ГСО, имеют около одиннадцати тысяч транспондеров разных служб, мощности и емкости, из которых задействовано около 8000 столов. Поскольку транспондеры значительно отличаются полосой частот, то более приемлемым критерием для оценки распределения является суммарная полоса частот стволов.
По состоянию на конец февраля 2011 г. общий частотный ресурс транспондеров выведенных на ГСО спутников достигла примерно 450 ГГц полосы частот, из которого более половины в диапазоне Ku (51,4 %), 35,1 % в диапазоне С и 12,0 % в диапазоне Ka.
При ежегодном увеличении количества действующих КА на 3 % ежегодный прирост частотного ресурса заметно больше, примерно 13 %, что связано с запуском «тяжелых» КА. За десять лет общая полоса спутниковых каналов выросла примерно в два раза. В диапазонах Ku и C наблюдается почти линейный рост суммарной емкости, более интенсивными темпами внедряется диапазон Ka.
Тенденции к монополизации на рынке спутниковых телекоммуникаций начали проявляться с 2001 года после слияния SES Astra с GE Americom и образования корпорации SES Global. В 2006 г. корпорация приобрела ССС NSS, в 2009 г. - часть расформированной ССС Protostar, а в марте 2010 г. полностью выкупила ССС Sirius. Кроме того SES Global владеет 70 % акций ССС Ciel и 49 % акций оператора Quetzsat, планирующего запуск первого КА в 2011 г.
Международная организация INTELSAT после приобретения в 2003 г. части ССС Telstar (4 КА) и слияния с PanAmSat (2005 г.) стала наибольшим спутниковым оператором. Дополнительно в 2009 г. организация выкупила три КА Amos 1, Protostar 2 и JCSat 4R.
Третий по величине оператор EUTELSAT проявил заинтересованность в приобретении ССС Satmex, под его контролем находится около трети активов оператора Hispasat.
Канадский оператор Telesat в 2007 г. приобрел остатки ССС Telstar (4 КА) и стал четвертым в мире международным оператором.
В 2008 г. японские операторы JSAT и SCC (ССС Superbird) образовали корпорацию JSAT Perfec Pro, в которую входит также ССС NSat и частично ССС Horizons.
В 2006 г. оператор Cablevision перешел под управление оператора Echostar, который большей своей частью входит в корпорацию Dish Network, находящуюся под контролем группы DIRECTV, владеющей ССС DTV и контролирующей ССС Spaceway. Можно говорить о практическом объединении трех систем DTV, Echostar и Spaceway.
В 2010 г. три китайских оператора систем Chinasat, Sinosat, Chinastar объединились и создали новую организацию Chinasat.
В 2010 году было объявлено образование новой организации Sirius XM Radio после слияния XM Satellite Radio и Sirius FM Radio. Космический флот данного оператора кроме шести геостационарных спутников включает четыре низкоорбитальных КА.
Имеющаяся тенденция к монополизации не является сдерживающим фактором развития малых по количеству КА ССС. Планируется не только запуск спутников на замену отработавшим свой срок, но и создание новых систем, включая национальные ССС.
В течение последующих трех лет ожидается пополнение списка стран создающих национальные системы спутниковой связи:
2011 г., Иран: ССС Zohreh (2 КА);
2011 г., ОАЭ: ССС Yachsat (2 КА);
2011 г., ОАЭ совместно с Иорданией: ССС SmartSat (1 КА);
2012 г., Украина: ССС Lybid (1 КА);
2012 г., Азербайджан: ССС AzerSpace, (2 КА), один КА совместно с Малайзией;
2013 г., Катар: ССС Eshail (1 КА), совместно с Eutelsat;
2013 г., Боливия: ССС Tupac Katani (1 КА);
2013 u/? Kfjc^ CCC Laosat (1 RF)
Страны, имеющие спутниковые группировки, в соответствии с потребностями рынка создают новые системы:
2011 г., Россия: ССС Luch (3 КА) для услуг передачи данных;
2011 г., США: Viasat (2 КА) для предоставления услуг высокоскоростного доступа;
2011 г., Мексика: ССС QuetzSat (1 КА) для предоставления услуг вещания и фиксированной связи;
2012 г., США: ССС Jupiter (1 КА) и ССС OHO (3 КА) для предоставления услуг высокоскоростного доступа и телевидения высокой четкости;
2012 г., Мексика: ССС Mexsat (3 КА), которые будут работать в подвижной, фиксированной и вещательной службах;
2012 г., Австралия: ССС Jabiru (1 КА) для предоставления услуг вещания и фиксированной связи;
2013 г., ОАЭ: S2M (1 КА) для предоставления услуг вещания мобильным пользователям;
2013 г., Канада: ССС Canuk (1 КА) для системы высокоскоростного доступа.
В рамках системы подвижной связи Inmarsat новая серия КА пятого поколения и два КА Alfasat и Europesat ориентируются на новый для данного оператора вид услуг - вещание на подвижные объекты.
Приоритетным видом услуг остается спутниковое вещание. Кроме стандартного набора услуг непосредственного вещания, раздачи программ на сети наземного эфирного и кабельного вещания через спутники ETS 8 и MBSat уже ведется экспериментальное телевизионное вещание на подвижные объекты. Для оказания такого вида услуг планировался запуск трех КА (Eutelsat 2A, Echostar 13 или CMBstar и S2M 1), из которых Eutelsat 2A был запущен, однако неполадки с развертыванием антенны не позволили начать реализацию услуг в европейском регионе. Спутниковые каналы интенсивно используются для предоставления услуг высококачественного и интерактивного вещания, началось внедрение 3D-телевидения.
Вторым по приоритетности стало предоставление услуг высокоскоростного доступа. К функционирующим специализированным спутникам WildBlue 1, Spaceway 3, IPStar 1, недавно выведеных на ГСО КА Eutelsat KaSat и Hylas добавятся ориентированные на эти услуги спутники Viasat (2 КА), OHO (3 КА), Canuk, 3 КА Inmarsat пятого поколения, Jupiter и другие.
Дальнейшее направление развития спутниковых телекоммуникационных систем связывается с конвергенцией услуг и функций систем, далеких по принципам действия и назначениям, путем взаимопроникновения и использования общих технико-технологических решений. Конвергенция будет всё больше стирать различия между отдельными видами услуг, все сети будут предоставлять любой их вид в значительно расширенной номенклатуре и в большем объеме на основе единой технологической платформы, обеспечивающей развитие интерактивного и непосредственного вещания, высококачественного вещания, систем высокоскоростного доступа, дистанционного обучения, телемедицины, телебанкинга и прочих мультисервисных приложений. Корпоративный характер данных услуг из единого центра на пользовательскую сеть делает спутниковые системы связи наиболее пригодными для их предоставления. Новые услуги займут до 80 % спутникового ресурса.
Общий прирост объемов услуг спутниковых каналов за пятилетие составляет 76 %, а увеличение доходов по службам телекоммуникации соответственно составляет: ССВ - 82 %, ФСС - 97 %, ПСС - 29 %. Отметим, что приведенные в таблице 2 данные по услугам доступа относятся к предоставляемым по каналам вещания. Данный вид услуг в значительной мере также обеспечивается и каналами фиксированной связи, что в таблице отдельной графой из-за отсутствия информации не отмечено. Основную долю доходов ССС в 2009 г. (81 %) обеспечивает спутниковая служба вещания (ССВ), что подчеркивает степень ее приоритетности. Распределение уровня доходности между службами по опубликованным за последние пять лет данным Satellite Industry Association приведено в Приложении Б. Следует подчеркнуть, что телекоммуникационные услуги по спутниковым каналам определяют основные доходы от деятельности в космической отрасли индустрии. Из общего объема доходов равного 160,9 млрд. долл., доля от доходов телекоммуникаций составляет 58,2 %.
Возросла энерговооруженность КА. Мощности стволов в наиболее используемых диапазонах в среднем составляет: Ku 120 - 150 Вт, C - 50 - 60 Вт. Удельная мощность, приходящаяся на единицу полосы, достигла 1,2 Вт/МГц, что дает возможность использования в канале более эффективных многопозиционных сигналов и высокоскоростных каскадных кодов.
Заключение
Выше мы в общих чертах разобрали архитектуру спутниковых систем связи, а также тенденции развития этой отрасли в последнее время. Так как количество каналов спутникового вещания ежегодно растет в среднем на 15 %, это требует соответствующего увеличения частотных ресурсов, как стволов спутника, так и земных станций, предназначенных для принятия и передачи программ вещания и мультимедийной информации.
Количество спутников на ГСО ежегодно возрастает примерно на 3 %, при общем росте частотного ресурса ССС на 13 % в год.
Частотный ресурс геостационарной орбиты ограничен, коэффициент использования стволов КА, особенно обслуживающих европейский регион, почти весь задействован, кроме того стоимость полосы частот спутниковых каналов высока.
Внедрение новых видов услуг, высококачественного и интерактивного вещания, трехмерного вещания, широкополосного доступа и т. д. требуют работы наземных сетей с информационными потоками большой скорости, то есть широкополосных каналов.
Использование широкополосных спутниковых каналов приводит к значительным финансовым расходам на аренду ресурсов спутниковых каналов.
Ограниченность частотного ресурса, значительные расходы на их аренду или использование требуют внедрения частотно-эффективных технологий формирования и передачи сигналов.
Из всех технологий, которые используются в мире, и более того в Европе, наиболее эффективным и применимым является сочетание стандарта формирования сигнала DVB-S2 и стандарта формирования цифрового потока MPEG-4.
На конец февраля 2011 г. в стандарте DVB-S2 уже формируется более 11,5 % каналов вещания. Уровень использования стандарта MPEG-4 уже достиг значения 26 % общего объема каналов вещания.
Темпы внедрения стандарта DVB-S2 почти в два раза превышают темпы увеличения количества каналов вещания.
Основой для построения сетей спутникового вещания должны быть стандарты передачи DVB-S2 и стандарты формирования потоков MPEG-4, при этом необходимо предусматривать возможность работы с предыдущими форматами сигналов и потоков.
Список использованных источников
1. «Спутниковая связь и вещание: справочник» - Бартенев В.А.
2. «Компьютерная картография и зоны спутниковой связи» - Машбиц Л.М.
3. «Электромагнитная совместимость систем спутниковой связи» - Дьячкова М.Н., Ермилов В.Т., Желтоногов И.В., Кантор Л.Я., Мысев М.В.
...Передача цифровых данных по спутниковому каналу связи. Принципы построения спутниковых систем связи. Применение спутниковой ретрансляции для телевизионного вещания. Обзор системы множественного доступа. Схема цифрового тракта преобразования ТВ сигнала.
реферат , добавлен 23.10.2013
История развития спутниковой связи. Абонентские VSAT терминалы. Орбиты спутниковых ретрансляторов. Расчет затрат по запуску спутника и установке необходимого оборудования. Центральная управляющая станция. Глобальная спутниковая система связи Globalstar.
курсовая работа , добавлен 23.03.2015
Обмен радиовещательных и телевизионных программ. Размещение наземных ретрансляторов. Идея размещения ретранслятора на космическом аппарате. Особенности системы спутниковой связи (ССС), ее преимущества и ограничения. Космический и наземный сегменты.
реферат , добавлен 29.12.2010
Общие сведения о системах персональной спутниковой связи. Ознакомление с развитием российской государственной спутниковой группировки и программой запусков космических аппаратов. Характеристики космических и земных станций передачи и приема сигналов.
презентация , добавлен 16.03.2014
Вопросы построения межгосударственной корпоративной системы спутниковой связи и ее показатели. Разработка сети связи от Алматы до прямых международных каналов связи через Лондон. Параметры спутниковой линии, радиорелейной линии, зоны обслуживания IRT.
дипломная работа , добавлен 22.02.2008
Принципы построения территориальной системы связи. Анализ способов организации спутниковой связи. Основные требования к абонентскому терминалу спутниковой связи. Определение технических характеристик модулятора. Основные виды манипулированных сигналов.
дипломная работа , добавлен 28.09.2012
Расчет напряженности поля земной радиоволны вертикальной поляризации для заданной дальности радиосвязи на двух типах однородной земной поверхности. Расчет напряженности поля на линии связи ионосферной волной. Уровень сигнала на спутниковой радиолинии.
курсовая работа , добавлен 15.04.2014
Диапазоны частот, передаваемых основными типами направляющих систем. Параметры каналов линий связи. Обозначения в линиях связи. Переключатель каналов с мультиплексированием по времени. Характеристики каналов на коаксиальном кабеле, оптических кабелей.
презентация , добавлен 19.10.2014
Принципы функционирования спутниковых навигационных систем. Требования, предъявляемые к СНС: глобальность, доступность, целостность, непрерывность обслуживания. Космический, управленческий, потребительский сегменты. Орбитальная структура NAVSTAR, ГЛОНАСС.
доклад , добавлен 18.04.2013
Состояние внедрения ATN в практику воздушного движения. Спутниковые информационные технологии в системах CNS/ATM. Спутниковые радионавигационные системы. Координаты, время, движение навигационных спутников. Формирование информационного сигнала в GPS.
Введение. 2
Цель работы.. 3
1. Развитие спутниковой сети связи. 4
2. Современное состояние спутниковой сети связи. 7
3. Система спутниковой связи. 12
3.1. Спутниковые ретрансляторы.. 12
3.2. Орбиты спутниковых ретрансляторов. 13
3.3. Зоны покрытия. 15
4. Применение спутниковой связи. 16
4.1. Магистральная спутниковая связь. 16
4.2. Система VSAT. 16
4.3. Центральная управляющая станция. 17
4.4. Спутник-ретранслятор. 17
4.5. Абонентские VSAT терминалы.. 18
5. Технология VSAT. 18
6. Глобальная спутниковая система связи Globalstar 20
6.1. Наземный сегмент Globalstar 21
6.2. Наземный сегмент Globalstar в России. 22
6.3. Технология работы системы Globalstar 23
6.4. Сферы применения системы Globalstar 23
7. Проектирование сети спутниковой связи. 24
7.1. Расчет капитальных затрат по запуску спутника и установке необходимого оборудования. 24
7.2. Расчет эксплуатационных расходов. 25
7.3. Фонд заработной платы.. 25
7.4. Страховые взносы.. 26
7.5. Амортизационные отчисления. 26
7.6. Затраты на электроэнергию для производственных нужд. 26
7.7. Расчет доходов. 27
7.8. Расчет показателей эффективности. 28
7.9. Расчет эффективности инвестиционного проекта. 31
Заключение. 35
Список использованных источников. 40
Введение
Современные реалии уже говорят о неизбежности замещения спутниковой связью привычные мобильные и тем более, стационарные телефоны. Новейшие технологии спутниковой связи предлагают действенные технико- и экономически выгодные решения для развития как вседоступных услуг связи и сетей непосредственного звукового, так и ТВ-вещания. Благодаря выдающимся достижениям в области микроэлектроники спутниковые телефоны стали настолько компактными и надежными в использовании, что делаются все востребование у различных групп пользователей, а услуга проката спутниковых аппаратов является одной из самых востребованных услуг на рынке современной спутниковой связи. Существенные перспективы развития, очевидные плюсы перед иной телефонией, надёжность и гарантированная бесперебойность связи – всё это о спутниковых телефонах.
Спутниковая связь сегодня является единственным экономически выгодным решением предоставления услуг связи абонентам в зонах с низкой плотностью населения, что подтверждает ряд проведенных экономических исследований. Спутник является единственным технически реализуемым и окупаемым решением в том случае, если плотность населения ниже, чем 1,5 чел/км2. Это говорит о существенных перспективах развития услуг спутниковой связи, особенно для регионов с низкой плотностью населения на большой территории.
Цель работы
Ознакомиться с историей спутниковой связи, особенностями и перспективами развития и проектирование спутниковой связи.
1. Развитие спутниковой сети связи
История развития спутниковой связи
Сорокапятилетняя история развития ССС насчитывает пять характерных этапов:
· 1957-1965 гг. Подготовительный период, который начался в октябре 1957 г. после запуска Советским Союзом первого в мире искусственного спутника Земли, а спустя месяц и второго. Это произошло в разгар «холодной войны» и стремительной гонки вооружений, поэтому, естественно, спутниковые технологии становились в первую очередь достоянием военных. Рассматриваемый этап характеризуется запуском ранних экспериментальных ИСЗ, в том числе и спутников связи, которые преимущественно выводились на низкие околоземные орбиты.
Первый геостационарный спутник-ретранслятор TKLSTAR был создан в интересах армии США и выведен на орбиту в июле 1962 года. В тот же период времени была разработана серия американских военных спутников связи SYN-СОМ (Synchronous Communications Satellite).
Первые два спутника были запущены на геосинхронные эллиптические орбиты. Геостационарный ИСЗ этой серии SYNCOM-3 был выведен на орбиту в феврале 1963 г. и явился прототипом первого гражданского коммерческого ГСР INTELSAT-1 (другое название EARLY BIRD), ставшего первым СР международной организации Intelsat (International Telecommunications Satellite Organization), учрежденной в августе 1964 года. В этот период коммерческие услуги спутниковой связи еще не были доступны, но возможность производства, запуска и успешной связи через ИСЗ на околоземной орбите была доказана экспериментально.
· 1965-1973 гг. Период развития глобальных ССС на основе геостационарных ретрансляторов. 1965 год ознаменован запуском в апреле геостационарного СР INTELSAT-1, положившего начало коммерческого использования спутниковой связи. Ранние спутники серии INTELSAT обеспечивали трансконтинентальную связь и в основном поддерживали магистральные каналы связи между небольшим количеством национальных шлюзовых земных станций, обеспечивающих интерфейс с национальными наземными сетями общего пользования.
Магистральные каналы обеспечивали соединения, по которым передавался телефонный трафик, ТВ сигналы и обеспечивалась телексная связь. В целом ССС Intelsat дополняла и резервировала существовавшие на тот момент подводные трансконтинентальные кабельные линии связи. До начала 70-х годов практически все существовавшие ССС использовались для передачи международного телефонного трафика и вещания телевизионных программ.
· 1973-1982 гг. Этап широкого распространения региональных и национальных ССС. В течение этого периода достаточно интенсивно разворачивались региональные, например, Eulelsat, Aussat и национальные спутниковые сети связи, например, Skynet в США, основными услугами которых по-прежнему были телефония и телевидение, а также в незначительном объеме передача данных. Но теперь эти услуги предоставлялись большому числу наземных терминалов, а в некоторых случаях передача осуществлялась непосредственно на пользовательские терминалы.
На этом этане исторического развития ССС была создана международная организация Inmarsat, развернувшая глобальную сеть связи Inmarsat, основной целью которой было обеспечение связи с морскими судами, находящимися в плавании. В дальнейшем Inmarsat распространила свои услуги на все разновидности подвижных пользователей.
· 1982-1990 гг. Период стремительного развития и распространения малых земных терминалов. В 80-е годы успехи в области техники и технологии ключевых элементов ССС, а также реформы по либерализации и демонополизации отрасли связи в ряде стран позволили использовать спутниковые каналы в корпоративных деловых сетях связи, получивших название VSAT. Сначала эти сети при наличии каналов связи со средней пропускной способностью (не более 64 кбит/с) предоставляли единственную информационную передачу данных, несколько позднее была реализована цифровая передача речи, а затем и видео.
Сети VSAT позволили устанавливать компактные земные станции спутниковой связи в непосредственной близости от пользовательских офисов, решив тем самым для огромного числа корпоративных пользователей проблему «последней мили», создали условия комфортного и оперативного обмена информацией, позволили разгрузить наземные сети общего пользования.
Использование «интеллектуальных» спутников связи.
· С первой половины 90-х годов ССС вступили в количественно и качественно новый этап своего развития.
Большое количество глобальных и региональных спутниковых сетей связи находились в стадии эксплуатации, производства или проектирования. Технология спутниковой связи стала областью значительного интереса и деловой активности. В этот период времени наблюдался взрывной рост быстродействия микропроцессоров общего назначения и объемов полупроводниковых запоминающих устройств при одновременном повышении надежности, а также уменьшении энергопотребления и стоимости этих компонентов. Полупроводниковая электроника космического применения должна быть радиационноустойчивой. что достигается специальными технологическими приемами и тщательным экранированием радиоэлектронных схем.
Появление радиационноустойчивых микропроцессоров с тактовой частотой (1-4) МГц и быстродействующих схем оперативной памяти объемом (10^5-10^6) Мбит послужило технологической основой для практической реализации действительно «интеллектуальных» БР"ГК с возможностями и характеристиками, которые на первый взгляд представлялись просто фантастическими.
2. Современное состояние спутниковой сети связи
Из всех многочисленных коммерческих проектов ПСС (подвижной спутниковой связи) в диапазоне ниже 1 ГГц реализована одна система Orbcomm, которая включает в себя 30 негеостационарных (НГСО) спутников, обеспечивающих покрытие Земли.
В связи с использованием относительно низких диапазонов частот система позволяет предоставлять на простые дешевые абонентские устройства услуги по низкоскоростной передаче данных, такие, как электронная почта, двусторонний пейджинг, услуги дистанционного контроля. Основными пользователями Orbcomm являются транспортные компании, для которых эта система обеспечивает экономически эффективное решение по осуществлению контроля и управления перевозки грузов.
Самым известным оператором на рынке услуг ПСС является Inmarsat. На рынке предлагается около 30 типов абонентских устройств как переносных, так и подвижных: для сухопутного, морского и воздушного использования, обеспечивающих передачу речи, факс и передачу данных со скоростью от 600 бит/c до 64 кбит/с. Конкуренцию для Inmarsat составляют три системы ПСС, в частности Globalstar, Iridium и Thuraya.
Первые две обеспечивают практически полное покрытие земной поверхности за счет использования больших группировок, соответственно состоящих из 40 и 79 НГСО спутников. Предполагается, что Thuraya должна стать глобальной в 2007 г. с запуском третьего геостационарного (ГС О) спутника, который покроет американский континент, где она сейчас недоступна. Все три системы предоставляют услуги телефонной связи и низкоскоростной передачи данных на приемные устройства, сравнимые по весу и размеру с мобильными телефонами GSM.
Также в мире функционируют четыре региональные системы ПСС. В Северной Америке это Mobile Satellite Ventures (MVS), использующая два спутника MSAT. В 2000 г. начала работать система Asia Cellular Satellite (Индонезия) со спутником Garuda, предоставляющая услуги ПСС в Азиатском регионе. В том же году два спутника N-Star начали обслуживать абонентов морской ПСС в 200-мильной прибрежной зоне Японии. В Австралии действует аналогичная система морской ПСС Optus.
Международный союз электросвязи (МСЭ) определяет перспективы ПСС как спутниковый сегмент систем подвижной службы третьего поколения IMT-200. Спутниковые сети могут обеспечивать покрытие таких зон обслуживания, где развитие наземной сети экономически неэффективно, в частности в удаленных и сельских районах, и создавать для нее горячий резерв.
Стратегия развития ПСС основана на создании так называемой Дополнительной наземной составляющей (в США - Ancillary Terrestrial component (ATC) и в Европе - Complementary Ground Component (CGC)) - это часть ПСС, включающая в себя наземные станции, имеющие фиксированное положение и используемые для улучшения доступности услуг сетей ПСС в зонах обслуживания, где спутниковые станции не могут обеспечивать требуемое качество.
Абонентские устройства в зоне покрытия базовых станций будут работать с наземной сетью, а при выходе из нее переключаться на работу со спутником, используя одну и ту же полосу частот, распределенную для ПСС. При этом системы ПСС должны сохранять свою функциональность и предоставлять требуемые услуги независимо от ATC. Также предполагается, что спутниковый компонент IMT-2000 будет обеспечивать фидерные линии, опорные сети и "горячий" резерв на случай аварии или перегрузки наземной сети.
Согласно прогнозу, проведенному МСЭ, к 2010 г. для обеспечения работы спутникового сегмента IMT-2000 потребуется около 70 МГц в обоих направлениях. В соответствии с Регламентом радиосвязи в качестве корневой должна использоваться полоса 1980-2010/2170-2200 МГц. В случае необходимости использования дополнительных частот администрации могут выбрать любые из частот, распределенных для ПСС в диапазоне 1-3 ГГц, в частности:
1525-1544/1626,5-1645,5 МГц;
1545-1559/1646,5-1660,5 МГц;
1610-1626,5/2483,5-2500 МГц;
2500-2520/2670-2690 МГц.
На сегодняшний день уже обозначены программы реализации концепций развития существующих систем ПСС. В декабре 2005 г. Inmarsat объявил о вводе в эксплуатацию широкополосной глобальной сети (BGAN). Система обеспечивает услуги на подвижные и переносные абонентские устройства со скоростью передачи до 432 кбит/с и будет совместима с наземными сетями подвижной связи. Globalstar, Iridium и MVS предполагают к 2012-2013 гг. полное обновление группировки.
Все три компании планируют создание дополнительной наземной составляющей. Тем не менее следует учесть несколько фактов, которые могут значительно повлиять на общие заключения относительно экономической эффективности и перспектив развития ПСС:
услуги ПСС востребованы в основном специализированными группами абонентов, в частности морскими и авиационными компаниями, различными государственными ведомствами и спецслужбами. Например, самым крупным корпоративным пользователем системы Iridium является Министерство обороны США, двухгодовой контракт на 72 млн долларов обеспечивает безлимитное подключение 20 000 пользователей. Globalstar объявил о 300%-ном росте ежедневных подключений абонентов во время проведения спасательно-восстановительных работ после недавних ураганов в США и цунами в Юго-Восточной Азии;
Globalstar и Iridium прошли через процедуру банкротства, таким образом экономическая эффективность проектов на практике была достигнута за счет разорения инвесторов;
технологическое развитие позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики спутниковых абонентских приемников. Тем не менее в связи с необходимостью обеспечивать высокую энергетику бортовых приемников и ограниченностью используемого спектра будет экономически невыгодно или технически невозможно обеспечивать на подвижное абонентское устройство те же услуги, как и при работе с наземной сетью подвижной связи.
Таким образом, спутниковые технологии не могут рассматриваться как реальные конкуренты наземным сетям подвижной связи. Реализация таких проектов может быть экономически оправдана только в случае государственного финансирования. Развертывание сегмента ATC на практике будет означать лишь то, что операторы наземных сетей получат возможность развивать свои сети в диапазонах, распределенных для ПСС.
Системы ПСС будут продолжать играть важную роль для работы силовых ведомств и при ликвидации последствий стихийных бедствий и различных катастроф. Международный союз электросвязи, например, заключил специальное соглашение об условиях использования терминалов Thuraya для обеспечения связи при оказании помощи пострадавшим странам в таких случаях.
Коммерчески перспективным направлением в развитии ПСС может стать не речь или передача данных на абонентские приемники, а предоставление различных вещательных услуг. В этом случае будут создаваться наложенные сети для наземных сетей подвижной связи, которые могут эффективно как с точки зрения экономики, так и использования спектра, предоставлять услуги по топологии "точка - много точек". Это может включать в себя вещание звуковых и телевизионных программ и циркулярное распространение различного типа данных для всех или определенных категорий абонентов.
Крупнейший английский оператор спутникового телевидения BSkyB, например, подписал соглашение с Vodafon о создании пакета SKY Mobile TV, предлагающего абонентам сетей подвижной связи получать различные вещательные программы. Аналогичный проект Unlimited Mobile TV, предполагающий создание гибридной наземно-спутниковой радиовещательной сети, начат Alcatel и SFR во Франции.
Другим частным вариантом применения услуг ПСС, который сейчас исследуется в Европе, может стать предоставление всех видов услуг на групповые приемники, установленные на таких высокоскоростных транспортных средствах, как междугородние и международные поезда и автобусы.
3. Система спутниковой связи
3.1. Спутниковые ретрансляторы
Впервые 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. 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).
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.
3.2. Орбиты спутниковых ретрансляторов
Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:
· 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 большая высота, а значит, и большая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен 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.
При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. 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.
Полярная – орбита, имеющая наклонение орбиты к плоскости экватора в девяносто градусов.
3.3. Зоны покрытия
Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами: 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 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.
4. Применение спутниковой связи
4.1. 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.
4.2. Система VSAT
Среди спутниковых технологий особенное внимание привлекает развитие технологий спутниковой связи типа VSAT (Very Small Aperture Terminal).
На основе VSAT оборудования возможно построение мультисервисных сетей, предоставляющих практически все современные услуги связи: доступ в Интернет; телефонную связь; объединение локальных сетей (построение VPN-сетей); передачу аудио-, видеоинформации; резервирование существующих каналов связи; сбор данных, мониторинг и удаленное управление промышленным объектами и многое другое.
Немного истории. Развитие сетей VSAT начинается с того, что был запущен первый спутник связи. В конце 60-х годов в ходе экспериментов со спутником АТС-1 была создана экспериментальная сеть, состоящая из 25 земных станций, спутниковой телефонной связи на Аляске. Фирма Linkabit, одна из первых создавшая VSAT Ku-диапазона, слилась с фирмой M/A-COM, которая в последствии стала ведущим поставщиком оборудования VSAT. Hughes Communications приобрела отделение у М/А-СОМ, преобразовав его в Hughes Network Systems. На данный момент компания Hughes Network Systems, является ведущим мировым поставщиком широкополосных сетей спутниковой связи. Сеть спутниковой связи на базе VSAT включает в себя три ключевых элемента: центральная управляющая станция (ЦУС), спутник-ретранслятор и абонентские VSAT терминалы.
4.3. Центральная управляющая станция
В состав ЦУС входит приемо-передающая аппаратура, антенно-фидерные устройства и комплекс оборудования, осуществляющий функции контроля и управления работой всей сети, перераспределение ее ресурсов, выявление неисправностей, тарификацию услуг сети и сопряжение с наземными линиями связи. Для обеспечения надежности связи аппаратура имеет как минимум 100% резервирование. Центральная станция сопрягается с любыми наземными магистральными линиями связи и имеет возможность коммутации информационных потоков, благодаря чему поддерживается информационное взаимодействие пользователей сети между собой и с абонентами внешних сетей (Интернет, сотовые сети, ТФоП и т. д.).
4.4. Спутник-ретранслятор
Сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов. Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Стандартный ствол имеет полосу пропускания 36 МГц, что соответствует максимальной пропускной способности около 40 Мбит/с. В среднем, мощность передатчиков колеблется от 20 до 100 Ватт. В России в качестве примеров спутников-ретрансляторов можно привести спутники связи и вещания "Ямал". Они предназначены для развития космического сегмента ОАО "Газком" и были установлены в орбитальные позиции 49° в. д. и 90° в. д.
4.5. Абонентские VSAT терминалы
Абонентский VSAT терминал - это небольшая станция спутниковой связи с антенной диаметром от 0,9 до 2,4 м., предназначенная, главным образом, для надежного обмена данными по спутниковым каналам. Станция состоит из антенно-фидерного устройства, наружного внешнего радиочастотного блока и внутреннего блока (спутникового модема). Внешний блок представляет собой небольшой приемо-передатчик или только приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс и т. д.).
5. Технология VSAT
Можно выделить два основных вида доступа к спутниковому каналу: двусторонний (дуплексный) и односторонний (симплексный, асимметричный или комбинированный).
При организации одностороннего доступа наряду со спутниковым оборудованием обязательно используется наземный канал связи (телефонная линия, оптоволокно, сотовые сети, радиоэзернет), который используется в качестве запросного канала (еще его называют обратным каналом). Спутниковый канал используется в качестве прямого канала для получения данных на абонентский терминал (используется стандарт DVB). В качестве приемного оборудования используется стандартный комплект, состоящий из приёмной параболической антенны, конвертора и спутникового DVB приемника в виде PCI-платы, устанавливаемой в компьютер или внешнего USB блока.
При организации двустороннего доступа VSAT-оборудование может быть использовано и для прямого и для обратного канала. Наличие наземных линий в данном случае не обязательно, но они также могут быть использованы (например, с целью резервирования).
Прямой канал обычно формируется в соответствии со спецификациями стандарта DVB-S и транслируется через спутник связи всем абонентским станциям сети, расположенным в рабочей зоне. В обратном канале формируются отдельные относительно низкоскоростные потоки TDMA. При этом для повышения пропускной способности сети используется так называемая многочастотная технология ТDМА (MF-TDMA), предусматривающая скачкообразные изменения частоты при перегрузке одного из обратных каналов.
Сети VSAT могут быть организованы по следующим топологиям: полносвязная («каждый с каждым»), радиальная («звезда») и радиально-узловая (комбинированная) топология. У каждой топологии свои достоинства и недостатки, выбор той или иной топологии необходимо осуществлять с учетом индивидуальных особенностей проекта. Спутниковая связь является разновидностью радиосвязи. Спутниковые сигналы, особенно высокочастотных диапазонов Ku и Ка, подвержены ослаблению во влажной атмосфере (дождь, туман, облачность). Этот недостаток легко преодолевается при проектировании системы.
Спутниковая связь подвержена помехам от других радиосредств. Однако, для спутниковой связи выделяются полосы частот, не используемые другими радиосистемами и, кроме того, в спутниковых системах используются узконаправленные антенны, позволяющие полностью избавиться от помех. Таким образом, большинство недостатков спутниковых систем связи устраняются путем грамотного проектирования сети, выбора технологии и места установки антенн.
Технология VSAT является очень гибкой системой, которая позволяет создавать сети, отвечающие самым жестким требованиям и предоставляющие широкий спектр услуг по передаче данных. Реконфигурация сети, включая смену протоколов обмена, добавление новых терминалов или изменение их географического положения осуществляется очень быстро. Популярность VSAT в сравнении с другими видами связи при создании корпоративных сетей объясняются следующими соображениями: для сетей с большим количеством терминалов и при значительных расстояниях между абонентами эксплуатационные расходы значительно ниже, чем при использовании наземных сетей
6. Глобальная спутниковая система связи Globalstar
Система Globalstar представляет собой консорциум Globalstar L. P из международных телекоммуникационных компаний Loral Space & Telecommunications, Qualcomm, Elsag Baily, Space Systems/Loral, Daimler-Benz Aerospace, Alenia, Alcatel, Hyundai, Dacom и операторов связи - France Telecom, Vodafone Goup. Консорциум был основан в 1991 году. Система Globalstar формировалась как система, предназначенная для взаимодействия с существующими сотовыми сетями, дополняя и расширяя их возможности за счет осуществления связи за пределами зон покрытия. Кроме того, система предоставляет возможность использования ее в качестве альтернативы для стационарной связи в удаленных районах, где пользование сотовой связью или сетью общего пользования по каким-либо причинам невозможно.
В России оператором спутниковой системы связи Globalstar является закрытое акционерное общество «ГлобалТел». Как эксклюзивный поставщик услуг глобальной подвижной спутниковой связи системы Globalstar, ЗАО «ГлобалТел» предоставляет услуги связи на территории всей Российской Федерации. Благодаря созданию компании ЗАО «ГлобалТел», у жителей России появилась еще одна возможность связаться через спутник из любой точки России практически с любой точкой мира.
Система Globalstar предоставляет спутниковую связь высокого качества для своих абонентов с помощью 48 рабочих и 8 запасных низкоорбитальных спутников, находящихся на высоте 1410 км. (876 миль) от поверхности Земли. Система обеспечивает глобальное покрытие практически всей поверхности земного шара между 700 Северной и Южной широты с расширением до 740. Спутники способны принимать сигналы до 80% поверхности Земли, т. е. практически из любой точки земного шара за исключением полярных областей и некоторых зон центральной части океанов. Спутники системы просты и надежны.
6.1. Наземный сегмент Globalstar
Наземный сегмент системы Globalstar состоит из центров управления космическими аппаратами, центров управления связью, сети региональных наземных узловых станций сопряжения и сети обмена данными.
Станции сопряжения предназначены для организации радиодоступа пользователей системы Globalstar к центрам коммутации системы при установлении связи между пользователями системы, а также с пользователями наземных и спутниковых сетей фиксированной и подвижной связи, с операторами которых осуществляется межсетевое взаимодействие. Станции сопряжения являются частью системы Globalstar и обеспечивают надежные телекоммуникационные услуги связи для стационарных и мобильных абонентских терминалов по всей глобальной зоне обслуживания Наземные центры управления планируют графики связи для станций сопряжения, а также контролируют выделение спутниковых ресурсов каждой станций сопряжения. Центр управления спутниковым сегментом следит за системой спутников. Вместе со средствами резервного Центра он производит контроль орбит, обработку телеметрической информации и выдачу команд на спутниковую группировку. Спутники системы Globalstar непрерывно передают данные телеметрии, контролирующие исправность системы, а также информацию об общем состоянии спутников. Центр также отслеживает запуски спутников и процесс их развертывания в космосе. Центр управления спутниковым сегментом и наземные центры управления поддерживают между собой постоянный контакт через сеть передачи данных Globalstar.
6.2. Наземный сегмент Globalstar в России
Российский наземный сегмент системы Globalstar включает 3 станции сопряжения, расположенные под Москвой, Новосибирском и Хабаровском. Они покрывают территорию России от южной границы до 74 гр. с. ш. и от западной границы до 180 меридиана, обеспечивая гарантированное качество обслуживания южнее 70 параллели.
Российские станции сопряжения Globalstar подключаются к сети ТФОП через узлы автоматической коммутации, имеют соединительные линии с международными центрами коммутации, а также соединены между собой цифровыми трактами "каждая с каждой". Каждая станция сопряжения интегрирована с действующими стационарными и сотовыми сетями России. Станции сопряжения имеют статус междугородной станции национальной сети Российской Федерации. Российский сегмент спутниковой системы Globalstar при этом рассматривается как новая сеть связи на территории Российской Федерации.
6.3. Технология работы системы Globalstar
Спутники работают по архитектуре "согнутой трубы" (bent-pipe) - принимая сигнал абонента, несколько спутников, используя технологию CDMA, одновременно транслируют его на ближайшую наземную станцию сопряжения. Наземная станция сопряжения, выбирает наиболее сильный сигнал, авторизует его и маршрутизирует его до вызываемого абонента.
6.4. Сферы применения системы Globalstar
Система Globalstar разработана для предоставления высококачественных спутниковых услуг для широкого круга пользователей, включающих: голосовую связь, службу коротких сообщений, роуминг, позиционирование, факсимильную связь, передачу данных, мобильный Интернет.
Абонентами, пользующимися портативными и мобильными аппаратами, могут стать деловые и частные лица, работающие на территориях, которые не охвачены сотовыми сетями, либо специфика работы которых предполагает частые деловые поездки туда, где нет связи или плохое качество связи.
Система рассчитана на широкого потребителя: представители средств массовой информации, геологи, работники добычи и переработки нефти и газа, драгметаллов, инженеры-строители, энергетики. Сотрудники государственных структур России - министерств и ведомств (например, МЧС), могут активно использовать спутниковую связь в своей деятельности. Специальные комплекты для установки на транспортных средствах могут быть эффективны при использовании на коммерческом автотранспорте, на рыболовных и других видах морских и речных судов, на железнодорожном транспорте и т. д.
7. Проектирование сети спутниковой связи.
7.1. Расчет капитальных затрат по запуску спутника и установке необходимого оборудования.
Таблица 1.1.– Исходные данные для расчета капитальных затрат
К о – капитальные вложения на приобретение оборудования для обслуживания спутника;
К с – капитальные вложения на приобретение спутника;
К м – расходы по монтажу оборудования;
К тр – транспортные расходы;
Основы спутниковой связи были предложены в виде теории английским ученым Артуром Кларком, который в 1945 году опубликовал статью под названием «Внеземные ретрансляторы». Свое изобретение англичанин не стал патентовать, потому что на то время он считал свою идею нереализуемой. Теория Кларка стала своеобразным скачком в области технологий коммуникаций и следующим этапом развития радиорелейной связи. Ученый предложил вывести ретрансляционный модуль за пределы поверхности планеты, поместив его на орбите. Таким образом, новая технология в теории могла бы дать целый ряд преимуществ:
Последний пункт особенно заинтересовал американских ученых, которые уже через десятилетие начали активно осваивать новую технологию. Практически одновременно разработками английского ученого заинтересовались в Советском Союзе, и началом эры спутниковой связи можно считать шестидесятые годы прошлого столетия с момента запуска первых спутников. Принцип работы был довольно простой - из наземной станции подается сигнал на ретранслятор в космос, а спутник его направляет непосредственно на приемник, который находится в зоне его покрытия.
Сегодня эта отрасль постоянно совершенствуется, внедряются новые технологии, которые обеспечивают не только высокую скорость спутниковой связи, но и устойчивый прием сигнала практически в любом месте нашей планеты.
Для обеспечения стабильной работоспособности системы и полноценного функционирования необходимы следующие средства спутниковой связи и определенное оборудование:
Диапазон частоты спутниковой связи находится в пределах от 1 до 40 ГГц, что позволяет отделить частные каналы от военных и корпоративных, обеспечивая защищенность линий и практически бесконечный ресурс по количеству пользователей.
Критериев, по которым классифицируют спутниковую связь, очень много:
Существующие виды спутниковой связи разрабатывались для определенных задач. Например, морская спутниковая связь обеспечивает стабильный обмен информацией между судном и различными наземными объектами. Этот вид связи широко используется в гражданском и военном судоходстве, от управления рыбными сейнерами до координации работы атомных подводных лодок.
Вне зависимости от разновидности, космическая спутниковая связь имеет три условных направления:
Преимущества, которые нам предоставляет новая технология обмена информацией, трудно переоценить. По прогнозам экспертов профильная отрасль будет совершенствоваться, что позволит сделать спутниковую связь более доступной для частных пользователей.
Узнать больше о последних тенденциях в этой области можно на специализированной выставке «Связь», которая регулярно проходит в просторных оборудованных павильонах ЦВК «Экспоцентр». Масштабное международное мероприятие является гарантией обширной экспозиции с новым высокотехнологичным оборудованием и другими отраслевыми достижениями от ведущих отечественных и зарубежных компаний.
Фиксированные спутниковые службы (ФСС) предназначены для организации связи с неподвижными земными станциями и обычно строятся на базе спутников-ретрансляторов, запускаемых на геостационарную орбиту. Из-за большой высоты орбиты и связанных с этим значительных потерь сигнала на линии космос-земля, для работы с геостационарными спутниками связи используются узконаправленные параболические антенны ("тарелки") с диаметром зеркала от 60 см до 12 и более метров, в зависимости от характеристик бортовых ретрансляторов.
Антенны средних размеров (1,2 - 3,8 м) применяются для организации двусторонней связи в спутниковых телекоммуникационных сетях (региональные, местные и корпоративные сети связи, передача данных, распределение телепрограмм и т.п.) на базе спутников средней мощности.
Антенны размером менее 1 м нашли широкое применение в системах непосредственного спутникового телевизионного вещания (НТВ) на базе специализированных мощных спутников, а также в сетях высокоскоростного доступа в Интернет.
Спутники "Горизонт" и "Экспресс" являются маломощными магистральными системами, для работы с ними необходимы антенны размером 4,5-12 м.
К системам средней мощности можно также отнести спутники "Экспресс-М", "Купон", "Ямал", позволяющие использовать для работы с ними небольшие земные станции с антеннами диаметром 1,2-2,4 м. Примером системы НТВ являются отечественные спутники "Галс", "Бонум-1" и зарубежные "Астра" и "ДирекТВ", работающие с антеннами диаметром 45-90 см.
В настоящее время в мире эксплуатируется более сотни геостационарных спутников связи различного назначения. До 80% ресурсов геостационарных спутниковых систем используются для распределения телевизионных программ. Остальные ресурсы загружены передачей данных и телефонной связью.
Мобильные спутниковые службы (МСС) используются для связи с подвижными объектами. В настоящее время наиболее популярной является система МСС "Инмарсат"(Inmarsat), построенная на геостационарных спутниках. Первоначально система создавалась для обеспечения связи с морскими судами, но затем она стала применяться и на суше. Существует широкий спектр абонентских станций "Инмарсат", устанавливаемых на судах, автомобилях, самолетах, а также портативных, размером с атташе-кейс, используемых в отдаленных районах и в зонах стихийных бедствий. Дальнейшим развитием МСС является создание систем, способных работать с небольшими, размером с сотовый телефон, абонентскими станциями, что требует использования специализированных спутников, обычно размещаемых на низких орбитах (500-1500 км). Относительно малая высота их орбиты позволяет существенно сократить размеры и мощность абонентских устройств. Спутники в этом случае перемещаются относительно поверхности земли, находясь в зоне видимости абонента лишь 10-15 минут, поэтому для поддержания непрерывности связи на орбите должно находиться много спутников.
Уже начата эксплуатация первой такой системы - МСС "Иридиум" и еще нескольких подобных систем. Из-за малого времени нахождения одного спутника в зоне видимости абонента (для системы "Иридиум" оно составляет лишь 7 минут), для обеспечения непрерывности связи спутниковая группировка должна состоять из нескольких десятков спутников.
Например, российский проект "Гонец" предусматривает запуск 36 спутников, а международные системы состоят из 48-ми ("Глобалстар"), 66-ти ("Иридиум") и, даже, 288-ми ("Теледесик") спутников.
Недостатком низкоорбитальных систем является сложность космической группировки и управления ею, а также необходимость постоянной замены спутников из-за короткого срока их существования на низких орбитах (5-7 лет в сравнении с 12-15 годами для геостационарных), что существенно повышает стоимость услуг таких систем. Серьезную конкуренцию низкоорбитальным могут составить системы МСС на базе мощных геостационарных спутников, а также спутниковых систем на высокоэллиптических орбитах. Современные спутниковые системы предлагают широкий спектр услуг связи от распределения телевизионных и радиопрограмм, региональных, корпоративных и глобальных сетей связи и обмена данными до персональной связи с любой точкой планеты с помощью портативных спутниковых терминалов. В зависимости от потребностей пользователей, используются различные комбинации наземных и спутниковых систем связи. Во многих случаях, системы спутниковой связи оказываются наиболее дешевым и экономически выгодными в сравнении с наземными системами.
Диапазоны частот
Использование различных частот для систем радиосвязи и вещания, включая спутниковые, строго регламентируется международными организациями. Это необходимо для достижения совместимости различных систем, а также для предотвращения взаимных помех при работе различных служб. В 1977 году состоялась Всемирная административная радио конференция (WARC-77) по планированию вещательной спутниковой службы, на которой был принят ныне действующий Регламент радиосвязи. В соответствии с ним вся территория Земли разделена на три района, для вещания в каждом из которых выделены свои полосы частот.
Район 1 включает Африку, Европу, Россию, Монголию и страны СНГ.
Район 2 охватывает территорию Северной и Южной Америки.
Район 3 это территории Южной и Юго-Восточной Азии, Австралия и островные государства Тихо-Океанского региона.
В соответствии с этим регламентом для систем спутниковой связи выделено несколько диапазонов частот, каждый из которых получил условное обозначение буквой латинского алфавита.
|
Наименование диапазона |
Полоса частот в ГГц |
|
L-диапазон |
1,452-1,550 и 1,610-1,710 |
|
S - диапазон |
|
|
С - диапазон |
3,40 -5,25 и 5,725 - 7,075 |
|
X - диапазон |
|
|
Ки - диапазон |
10,70 - 12,75 и 12,75 - 14,80 |
|
Ка - диапазон |
15,40 - 26,50 и 27,00 - 30,20 |
|
К - диапазон |
Большинство действующих систем спутниковой связи на базе геостационарных спутников работают в диапазонах С (6/4 Ггц) и Ku (14/11 Ггц). Ка - диапазон в нашей стране пока широко не применяется, но идет его бурное освоение в Америке и Европе.
Эффективность приемных зеркальных антенн ("тарелок") пропорциональна числу длин волн, укладывающихся в ее поперечнике. А длина волны с увеличением частоты уменьшается. Следовательно, при одинаковой эффективности размеры антенн уменьшаются с увеличением частоты. Если для приема в диапазоне С требуется антенна 2,4 - 4,5 м, то для диапазона Ku ее размер уменьшится до 0,6 - 1,5 м, для диапазона Ка он может быть уже 30 - 90 см, а для К - диапазона - всего 10 - 15 см.
При одинаковых размерах антенна в диапазоне Ku имеет коэффициент усиления примерно на 9,5 дБ больше, чем в диапазоне C. Обычно, ЭИИМ спутников в диапазоне C не превышает 40-42 дБ, тогда как в диапазоне Ku нередки уровни ЭИИМ 50-54 дБ для систем фиксированной спутниковой связи, и даже 60-62 дБ для спутников систем НТВ. По тем же причинам, коэффициент усиления приемных антенн на спутниках-ретрансляторах в диапазоне Ku выше, чем в диапазоне C. В результате, размеры антенн и мощность передающих устройств земных станций в диапазоне Ku в большинстве случаев меньше, чем в диапазоне C.
Например, для работы со спутником "Горизонт" в диапазоне C требуются земные станции с антеннами не менее 3,5 м и передатчиком около 20 Вт. В то же время, земные станции с такой же пропускной способностью для работы со спутником "Интелсат" (Intelsat) в диапазоне Ku могут оснащаться антеннами диаметром 1,2 м и передатчиком 1 Вт. Стоимость первой станции примерно в два раза выше, чем второй при одинаковых пользовательских характеристиках.
В пользу диапазона Ku говорит также факт, что полоса частот, выделенных МСЭ для систем спутниковой связи в этом диапазоне, более чем два раза превышает полосу в диапазоне C.
К недостаткам диапазона Ku следует отнести повышенные, по сравнению с диапазоном C, потери во время дождя, что требует создания запаса по усилению антенны для их компенсации. Это ограничивает применение диапазона Ku в регионах с тропическим и субтропическим климатом. Для большинства же районов России необходимый запас не превышает 3-4 дБ, для создания которого достаточно увеличить диаметр антенны на 20-30% в сравнении с регионами с сухим климатом.
В связи с изложенным, большинство сетей спутниковой связи на базе VSAT строятся в диапазоне Ku.
Для работы систем спутниковой связи выделяются определенные полосы частот, в рамках которых возможно размещение большого числа каналов.
При используемых в настоящее время методах модуляции полоса частот одного симплексного (однонаправленного) канала, выраженная в килогерцах (кГц), примерно равна скорости передачи, выраженной в килобитах в секунду (кбит/с). Таким образом, для передачи данных в одном направлении со скоростью 64 кбит/с требуется полоса около 65 кГц, а для канала Е1 (2048 кбит/с) необходима полоса частот около 2 МГц.
Для двухсторонней (дуплексной) связи требуемую полосу необходимо удвоить. Следовательно, для организации дуплексного канала со скоростью передачи 2 Мбит/с потребуется полоса частот около 4 МГц. Это соотношение выполняется и для большинства других радиоканалов, а не только спутниковых.
Для стандартного спутникового ствола с полосой 36 МГц максимальная скорость передачи составляет около 36 Мбит/с. Но большинству пользователей такие высокие скорости не нужны и они используют лишь часть этой полосы. Поэтому в одном стволе спутника могут работать десятки пользователей и необходимо предпринимать меры по разделению сигналов различных пользователей.
