Построение спутниковых систем связи

Содержание

Введение                                                                                                                  3

1 Принцип системы спутниковой связи и ее построение                                  5

1.1 История спутниковой связи                                                                            5

1.2 Основные части системы спутниковой связи                                                5

1.3 Система Aloha                                                                                                  10

1.4 Преимущества и ограничения ССС                                                                11

2 Виды спутниковых систем и их орбиты                                                           14

2.1 Система ODYSSEY                                                                                          14

2.1.1 Космический сегмент и зоны обслуживания                                              14

2.1.2 Наземный сегмент и организация связи                                                      16

2.1.3 Услуги системы Odyssey                                                                              18

2.2 Международная система ICO                                                                          19

2.2.1 Частотное обеспечение                                                                                  19

2.2.2 Космический сегмент                                                                                     19

2.2.3 Наземный сегмент и организация связи                                                      21

2.2.4 Российский сегмент сети ICO.Услуги системы ICO                                  22

2.3 Сравнение систем Odyssey и ICO                                                                    24

Заключение                                                                                                             25

Глоссарий                                                                                                                 27

Список использованных источников                                                                    29

Список сокращений                                                                                                30

Приложения                                                                                                             31

Введение

Современное общество характеризуется ежедневной передачей и обработкой получаемой в больших объемах информации. В России расстояния между населенными пунктами большие, поэтому важно иметь высококачественный выход на коммутационные узлы, которые обеспечивали бы выход на все коммуникационные линии. Так как качество наземных линий в России не лучшее, оптимальным решением является применение ССС – сети спутниковой связи, как это стало неотъемлемой частью инфраструктуры телекоммуникаций большинства стран. Новые спутниковые приложения обеспечивают быстрое создание и обслуживание новых широковещательных служб и частных сетей.

Системы спутниковой связи намного дороже наземных средств связи, так как технически предусматривает создавать и выводить на орбиту многоствольные спутники-ретрансляторы с узконаправленными антеннами, создавать земные передающие пункты, производить простые приемные устройства массового пользования, что требует применения самых современных технологий и средств космической техники. Должна также учитываться экономическая оптимизация, которая позволяет более эффективно сделать земные средства связи и распределения телевизионных программ, а, следовательно, недорогими, что позволяет снизить затраты на создание всей системы. При создании системы спутниковой связи (вещания) не удается локализовать ее деятельность только внутри зоны обслуживания одной взятой страны, поэтому важна и необходима международная координация спутниковых систем. Это предусматривает четко спланированное использование геостационарной орбиты и регламентация ряда параметров ИСЗ – искусственных спутников Земли и земных станций.

Коммерческое использование геосинхронных спутников связи началось почти четверть века назад, но массово применять в сетях их стало возможным лишь с начала 1980-х годов. В список услуг ССС прочно вошли телевидение, телефония, широкополосная передача, но для развития частных сетей предоставлены другие возможности и организация служб связи – типы «точка-точка» и «точка-множество точек».

Методы исследования: при написании курсовой работы был произведен комплексный анализ. Основными в работе явились следующие методы  анализа: метод описания, историко-функциональный, сравнительно-сопоставительный.

Структура  работы: курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованных источников, списка сокращений и  приложений.

Основная часть

1глава.Принцип системы спутниковой связи и ее построение

1.1 Краткая история спутниковой связи

В 1929 была опубликована книга «Проблема путешествия в космосе» Германа Поточника, в которой впервые описана концепция геостационарной орбиты, которую автор называл «стационарным кружением».

В 1945 Артуром Кларком было направлено письмо в журнал британских радиолюбителей Wireless World, где он описывал «возможность более отдаленного будущего. А уже в 1963 НАСА претворяет в жизнь концепцию Кларка и выводит на геосинхронную орбиту первые два спутника Syncom. Периодом их вращения был период вращения Земли, а орбиты –наклонены и вытянуты. В 1964 запущен геостационарный спутник Syncom 3, который вращался точно над экватором. Подписано 11 странами соглашение о создании Международного консорциума спутниковой связи – ИНТЕЛСАТ. Разработка, проектирование, изготовление и эксплуатация системы глобальной коммерческой спутниковой связи – основные задачи консорциума на тот момент. К 1987 году обеспечивалось этой системой около двух третей международных каналов спутниковой связи, а в настоящее время – около одной трети.

В 1965 в Советском Союзе была создана и введена в эксплуатацию система спутниковой связи «Молния-1», по названию спутника (Приложение А). Эта система позволила организовать связь только между некоторыми районами территории СССР. В этой системе передавались программы телевизионного и радиовещания, полосы газет, а также осуществлялась телефонно-телеграфная связь. К 1967 году были введены еще 20 станций, которые с уже имеющимися образовали первую в мире систему распределения телевидения «Орбита».

1.2 Основные части системы спутниковой связи

Спутник – устройство связи, которое принимает сигналы от земной станции, усиливает и транслирует в широковещательном режиме одновременно на все другие земные станции, находящиеся в зоне видимости этого спутника.

Система спутниковой связи состоит из трех базисных частей: космического сегмента, сигнальной части и наземного сегмента. (Приложение Б).

В космический сегмент входит проектирование спутника, расчет орбиты и запуск спутника. Коммерческие спутниковые системы связи занимают геосинхронные орбиты, где период орбиты равен периоду отметки на поверхности Земли, т.е. при размещении спутника над заданным местом Земли на расстоянии 35800 км в плоскости экватора. Нечувствительность спутниковых сетей к расстоянию объясняется большой высотой. В настоящее время наиболее плотно занятая орбитальная дуга равна 76° (приблизительно; 67° по 143° западной долготы). Спутники этого сектора обеспечивают связь стран Северной, Центральной и Южной Америки.

Главными компонентами спутника являются его конструкционные элементы (Приложение В). Структура спутника обеспечивает устойчивость, стабильную работу, нужную ориентацию и функционирование всех его компонентов, что поддерживается системой стабилизации (Приложение Г). Из-за возможностей транспортных средств, требованиям к солнечным батареям и объему топлива для жизнеобеспечения и работы ограничивается размер и вес спутника. Для передачи на Землю информацию о его положении применяется телеметрическое оборудование. На спутник передаются соответствующие команды для необходимости коррекции положения.

В сигнальную часть – используемый спектр частоты, влияние расстояния на организацию и поддержание связи, источники интерференции сигнала, схем модуляции и протоколов передачи.

Количество информации, переданное в единицу времени характеризует ширину полосы спутникового канала. Типичный спутниковый приемопередатчик имеет ширину полосы 36 МГц. Каждый спутник несет 12 или 24 приемопередатчиков, что обеспечивает передачу не одного спутникового канала, хотя ширина полосы спутникового канала велика (цветной – 6 МГц).

Спектр частот спутника связи выражен в парах частот: нижняя используется для передачи от спутника к ЗС (нисходящие потоки), верхняя – для передачи от ЗС на спутник (восходящие потоки). Каждая такая пара частот называется полосой.Современные спутниковые каналы чаще всего применяют одну из двух полос: С-полосу (от спутника к ЗС в области 6 ГГц и обратно в области 4 ГГц), или Ku- полосу (14 ГГц и 12 ГГц, соответственно). Каждая полоса частот имеет свои характеристики, ориентированные на разные задачи связи  пример в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики полос частот.

Большинство действующих спутников используют С-полосу. Передача в С-полосе может покрывать значительную область земной поверхности, что делает спутники особенно пригодными для сигналов широковещания. С другой стороны, сигналы С-полосы являются относительно слабыми и требуют развитых и достаточно дорогих антенн на ЗС. Важная особенность сигналов С-полосы – их устойчивость к атмосферному шуму. Атмосфера Земли почти прозрачна для сигналов в диапазоне 4/6 ГГц. К сожалению, этим же фактором обусловлено то, что сигналы С-полосы более всего подходят для наземных двухточечных микроволновых передач, портящих более слабые спутниковые сигналы. Данное обстоятельство заставляет размещать ЗС, использующие при передаче С-полосу, за много километров от городских центров и мест плотного проживания населения.

Передача в Ku-полосе имеет противоположные свойства. Луч при такой передаче сильный, узкий, что делает передачу идеальной для двухточечных соединений или соединений от точки к нескольким точкам. Наземные микроволновые сигналы никоим образом не влияют на сигналы Ku-полосы, и ЗС Ku-полосы могут быть размещены в центрах городов. Естественная большая мощность сигналов Ku-полосы позволяет обойтись меньшими, более дешевыми антеннами ЗС. К сожалению, сигналы Ku-полосы чрезвычайно чувствительны к атмосферным явлениям, особенно туману и сильному дождю. Хотя подобные погодные явления, как известно, воздействуют на небольшую область в течение краткого времени, результаты могут быть достаточно серьезны, если такие условия совпадут с ЧНН (час наибольшей нагрузки, например 4 часа пополудни, полдень пятницы).

Мультиплексирование с разделением частот (FDM) широко используется для мультиплексирования нескольких речевых каналов или каналов данных на один спутниковый приемопередатчик.

В FDM волновая форма каждого индивидуального телефонного сигнала фильтруется для ограничения ширины полосы диапазоном звуковых частот между 300 и 3400 Гц, затем преобразуется. Далее сигналы двенадцати каналов мультиплексируются в составной сигнал основной полосы. Каждая группа составлена из телефонных сигналов, размещенных в интервалах с шириной полосы равной 4 кГц. Затем несколько групп повторно мультиплексируются и формируют большую группу, которая может содержать от 12 до 3600 отдельных речевых каналов.

Мультиплексирование с временным разделением (TDM) – другой метод для передачи речи и /или данных по одному каналу. Если в FDM для передачи речевого сигнала (или данных) назначаются отдельные сегменты частоты внутри всей полосы, в методе TDM передача ведется по всей выделенной полосе частот. В исходящем канале повторяемые базовые временные периоды, называемые иногда фреймами (frame), разделены на фиксированное число тактов, которые выделяются последовательно для передачи сигналов входящих речевых каналов и каналов данных. Для предохранения от возможных потерь информации используются накопители (буферы).