Принципы организации спутниковых каналов связи

 

1.5. Создание системы "Интерспутник"

В 1967 г. началось развитие международного сотрудничества социалистических стран в области спутниковой связи. Целью его было создание международной спутниковой системы "Интерспутник", предназначенной для удовлетворения потребностей Болгарии, Венгрии, Германии, Монголии, Польши, Румынии, СССР и Чехословакии в телефонной связи, передаче данных и обмене ТВ-программами. В 1969 г. были разработаны проект этой системы, юридические основы организации "Интерспутник", а в 1971 г. подписано соглашение о ее создании.

Система "Интерспутник" стала второй в мире между народной системой спутниковой связи (после  системы "Интелсат"). Специалисты  НИИР разработали проекты ЗС, которые  при содействии СССР были построены  во многих странах социалистического  содружества. Первая ЗС за рубежом была создана на Кубе, а вторая - в Чехословакии. Всего НИИР поставил за рубеж более  десяти ЗС для приема программ ТВ, ЗВ и специального назначения.

Вначале в "Интерспутнике" использовался ИСЗ типа "Молния-3" на высокоэллиптической орбите, а  с 1978 г. -два многоствольных геостационарных спутника типа "Горизонт" с точками стояния 14° з.д. и 53° (а затем 80°) в.д. На ЗС первоначально был установлен передатчик "Градиент-К" и приемный комплекс "Орбита-2".

Все системные и технические  решения по созданию системы "Интерспутник", а также аппаратура ЗС создавались  специалистами НИИР совместно с  опытным заводом НИИР "Промсвязьрадио" и организациями-соисполнителями. Система "Интерспутник" находится в  эксплуатации и сегодня, арендуя  стволы космической группировки  РФ, а также используя свой геостационарный  спутник LMI-1, находящийся на позиции 75° в.д. Работы проводились в кооперации с ПО "Искра" (Красноярск), Московским и Подольским радиотехническими  заводами.

Руководителем работ был С.В. Бородич.

1.6. Создание спутниковой линии правительственной связи

В 1972 г. было заключено межправительственное соглашение между СССР и США о создании прямой линии правительственной связи (ЛПС) между главами государств на случай чрезвычайных обстоятельств. Выполнение этого важного правительственного соглашения было поручено специалистам НИИР. Главным конструктором разработки ЛПС стал В.Л. Быков, а ответственными исполнителями - И.А. Ястребцов, А.Н. Воробьев.

На территории СССР были созданы две ЗС: одна (в Дубне  под Москвой), вторая (в Золочеве под Львовом). Ввод ЛПС в эксплуатацию состоялся в 1975 г. Она действует через ЗС "Дубна" до настоящего времени. Это был первый опыт работы по созданию отечественными специалистами спутниковой линии в международной системе "Интелсат".

1.7. Заключении о истории …

В 1960-1980 гг. специалисты НИИР решали весьма важные для нашего государства  и сложные в техническом отношении  проблемы создания национальных систем спутниковой связи и вещания.

• Были созданы системы распределения ТВ-программ на обширной территории нашей страны, в том числе - непосредственного спутникового телевещания. Многие системы, созданные в НИИР, были первыми в мире: "Орбита", "Экран", "Москва" и др. Оборудование наземной части этих систем, а также бортовое оборудование - также разработка НИИР, оно производилось отечественной промышленностью.
• Спутниковые системы связи и вещания позволили удовлетворить потребности десятков миллионов граждан нашей страны, особенно тех, кто проживали в малонаселенных районах Западной Сибири и Дальнего Востока. С созданием спутниковых систем в этих регионах у граждан впервые появилась возможность принимать программы центрального телевидения в реальном времени.
• Внедрение спутниковых систем имело исключительно важное значение для экономического и социального развития как труднодоступных регионов Сибири и Дальнего Востока, так и всей страны.
• Население Сахалина, Камчатки, Хабаровского края и многих других отдаленных территорий получило доступ к телефонной сети общего пользования.
• Ученые НИИР выполнили оригинальные научные исследования, направленные на создание методик расчета разного рода устройств, применяемых в системах спутниковой связи. Ими также была создана методологии проектирования систем спутниковой связи и написан ряд фундаментальных монографий и научных статей по проблемам спутниковой связи.

 

 

 

 

2. Принципы организации  спутниковых каналов связи

 

Спутниковая связь  — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов.

Спутниковая связь  осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными. 
 
Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает. Для передачи через спутник сигнал должен быть модулирован. Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну. 
 
В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы, 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. Орбиты спутников связи

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

1 - экваториальные,  2 - наклонные,   3 - полярные

Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостационарная орбита, на которой спутник вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли. Очевидным преимуществом геостационарной орбиты является то, что приемник в зоне обслуживания «видит» спутник постоянно. Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является больша́я высота, а значит, и бо́льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите 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.

 
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. Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. 

 

4. Типовая схема организации услуг спутниковой связи

• оператор спутникового сегмента создает за счет собственных средств спутник связи, размещая заказ на изготовление спутника у одного из производителей спутников, и осуществляет его запуск и обслуживание. После выведения спутника на орбиту оператор спутникового сегмента начинает предоставление услуг по сдаче в аренду частотного ресурса спутника-ретранслятора компаниям-операторам услуг спутниковой связи.
• компания-оператор услуг спутниковой связи заключает договор с оператором спутникового сегмента на использование (аренду) емкостей на спутнике связи, используя его в качестве ретранслятора с большой территорией обслуживания. Оператор услуг спутниковой связи выстраивает наземную инфраструктуру своей сети на определенной технологической платформе, выпускаемой компаниями-производителями наземного оборудования для спутниковой связи.

 

5. Сферы применения спутниковой связи:

• Магистральная спутниковая связь: Изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. 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.
• Системы VSAT: системы VSAT (Very Small Aperture Terminal — терминал с очень маленькой апертурой антенны) предоставляют услуги спутниковой связи клиентам (как правило, небольшим организациям), которым не требуется высокая пропускная способность канала. Скорость передачи данных для VSAT-терминала обычно не превышает 2048 кбит/с. Слова «очень маленькая апертура» относятся к размерам антенн терминалов по сравнению с размерами более старых антенн магистральных систем связи. VSAT-терминалы, работающие в C-диапазоне, обычно используют антенны диаметром 1,8-2,4 м, в Ku-диапазоне — 0,75-1,8 м. В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.
• Системы подвижной спутниковой связи: особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала.

5.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT: 

VSAT (Very Small Aperture Terminal)- малая спутниковая наземная станция, то есть терминал с маленькой антенной, используется в спутниковой связи с начала 90-х годов. По международной классификации к VSAT относятся спутниковые станции с антеннами менее 2,5 метров. Как правило, для VSAT применяется упрощённая процедура получения разрешений на частоты.

Основной элемент спутниковой сети VSAT — ЦУС. Именно Центр Управления Сетью обеспечивает доступ клиентского оборудования с сети интернет, телефонной сети общего пользования, другим терминалам сети VSAT, реализует обмен трафиком внутри корпоративной сети клиента. ЦУС имеет широкополосное подключение к магистральным каналам связи, предоставляемым магистральными операторами и обеспечивает передачу информации от удаленного VSAT-терминала во внешний мир. 

 
5.2.Принципы организации подвижной спутниковой связи:

Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего мобильного спутникового приемника, была достаточной, применяют  одно из двух решений:

• Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик.
• Множество спутников располагается на наклонных или полярных орбитах. При этом требуемая мощность передатчика не так высока, и стоимость вывода спутника на орбиту ниже. Однако такой подход требует не только большого числа спутников, но и разветвленной сети наземных коммутаторов. 

 

• Оборудование клиента (мобильные спутниковые терминалы, спутниковые телефоны) взаимодействует с внешним миром или друг с другом посредством спутника-ретранслятора и станций сопряжения оператора услуг мобильной спутниковой связи, обеспечивающих подключение  к внешним наземным каналам связи (телефонной сети общего пользования, сети интернет и пр.)

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Технологии, используемые  в спутниковой связи 

Многократное использование частот в спутниковой связи. 
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).

Частотные диапазоны.

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