Системы спутниковой связи

 В 1967 г. через спутник  связи «Молния-1» создана разветвленная  телевизионная сеть приемных  земных станций «Орбита» с  центральной передающей станцией  под Москвой. Это позволило  организовать первые каналы связи  между Москвой и Дальним Востоком, Сибирью, Средней Азией, передавать  программу Центрального телевидения  в отдаленные районы нашей  Родины и дополнительно охватить  более 30 млн телезрителей.     

 Однако спутники «Молния»  вращались вокруг Земли по  вытянутым эллиптическим орбитам. Для слежения за ними антенны наземных приемных станций должны постоянно поворачиваться. Гораздо проще решают эту задачу спутники, вращающиеся по стационарной круговой орбите, которая находится в плоскости экватора на высоте 36 000 км. Они совершают один оборот вокруг Земли за 24 часа и поэтому кажутся наземному наблюдателю висящими неподвижно над одной точкой нашей планеты. Трех таких спутников достаточно для обеспечения связью всей Земли.      

 В 80-е годы прошлого  века эффективно функционировали  работающие на стационарных орбитах  спутники связи «Радуга» и  телевизионные спутники «Экран».  Для приема их сигналов не  нужны были сложные наземные  станции. Телевизионные передачи  с таких спутников принимаются  прямо на несложные коллективные, и даже индивидуальные антенны.      

  В 1980-е годы началось развитие персональной спутниковой связи. При этой связи спутниковый телефон непосредственно соединяется со спутником, находящимся на околоземной орбите. Со спутника сигнал поступает на наземную станцию, откуда передается в обычную телефонную сеть. Число спутников, необходимое для стабильной связи в любой точке планеты, зависит от радиуса орбиты той или иной системы спутников.    

   Основной недостаток персональной спутниковой связи – ее относительная дороговизна по сравнению с сотовой связью. Кроме того, в спутниковые телефоны встраиваются передатчики большой мощности. Поэтому они считаются небезопасными для здоровья пользователей.    

  Самые надежные спутниковые телефоны работают в сети Инмарсат, созданной более 20 лет назад. Спутниковые телефоны системы Инмарсат представляют собой чемоданчик с откидной крышкой размером с первые портативные компьютеры. Крышка спутникового телефона по совместительству является и антенной, которую необходимо поворачивать по направлению к спутнику (на дисплее телефона отображается уровень сигнала). В основном такие телефоны используются на судах, поездах или большегрузных автомобилях. Каждый раз, когда необходимо позвонить или ответить на чей-то звонок, нужно будет устанавливать спутниковый телефон на какую-нибудь ровную поверхность, раскрывать крышку и крутить его, определяя направление максимального сигнала.     

  В настоящее время в общем балансе связи на спутниковые системы пока приходится примерно 3 % мирового трафика. Но потребности в спутниковых линиях продолжают расти, поскольку при дальности свыше 800 км спутниковые каналы становятся экономически более выгодными по сравнению с другими видами дальней связи.

[http://www.pandia.ru/text/77/132/822.php]

Системы спутниковой связи

     Спутниковые системы связи (ССC) известны давно, их используют для передачи различных сигналов на протяженные расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, совершенствования аппаратуры, развития методов передачи сигналов произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным системам.    

 Такие темпы развития ССC объясняются рядом достоинств  которыми они обладают. К ним,  в частности, относятся большая  пропускная способность, неограниченные  перекрываемые пространства, высокое  качество и надежность каналов  связи. Эти достоинства, которые  определяют широкие возможности  спутниковой связи, делают ее  уникальным и эффективным средством  связи. Спутниковая связь в  настоящее время является основным  видом международной и национальной  связи на большие и средние  расстояния. Использование искусственных  спутников Земли для организации  связи продолжает расширяться  по мере развития существующих  сетей связи. Многие страны  создают собственные национальные  сети спутниковой связи.         

Все системы можно делят на системы двух видов: работающие через спутники на негеостационарных и геостационарных орбитах.      

 Негеостационарные спутники  используются в основном для  военных, научных и метеорологических  исследований. Их главная особенность  - невозможность поддержания круглосуточной  связи с ЗС. Однако, перемещаясь  по заданной орбите относительно  поверхности Земли, они могут  собирать данные с большой  площади земной поверхности.          

Геостационарные спутники выводятся  на такую орбиту в плоскости экватора, при которой их угловая скорость совпадает со скоростью вращения Земли вокруг своей оси. Высота над  поверхностью Земли, где выполняются  условия постоянства скоростей  и равенства центробежной и гравитационной сил, составляет 36 тысяч километров. Теоретически, один расположенный таким образом спутник может обеспечить качественную связь для трети земной поверхности. В действительности обслуживаемые территории существенно меньше. Особенностью спутников на геостационарных орбитах является значительная временная задержка (порядка 240 мс) в спутниковом канале, вызванная необходимостью два раза преодолевать расстояние в 36 тысяч километров от ЗС до спутника.        

 Мы будем рассматривать системы,  где применяются спутники связи,  обращающиеся на орбитах синхронно  с вращением Земли. Это позволяет  существенно упростить систему  связи. В этом случае каждая  земная станция работает непрерывно  с одним и тем же спутником  связи. Ранее, при использовании  не синхронных спутников, существовала  необходимость периодического переключения  антенной системы каждой земной  станции с одного спутника  на другой, что естественно вызывало  перерывы связи. К тому же, значительную  часть стоимости ЗС составляла  не очень надежная аппаратура  слежения. Использование стационарных  спутников связи обеспечивает  бесперебойную связь, но требует  дополнительного запаса рабочего  тела для проведения многократных  коррекцией орбиты ИСЗ. Считается,  что этот дополнительный запас  рабочего тела для коррекции  орбиты является сравнительно  небольшой платой за простоту  эксплуатации системы и отсутствие  перерывов связи. Земные станции  при использовании стационарных  спутников упрощаются за счет  отказа от сложной и дорогой  системы слежения.           

 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:

1.   простота и эффективность объединения многих независимых сигналов и преобразования цифровых сообщений в “пакеты” для удобства коммутации;

2.   меньшие энергозатраты по сравнению с передачей аналогового сигнала;

3.   относительная нечувствительность цифровых каналов к эффекту накопления искажений при ретрансляциях, обычно представляющему серьезную проблему в аналоговых системах связи;

4.   потенциальная возможность получения очень малых вероятностей ошибок передачи и достижения высокой верности воспроизведения переданных данных путем обнаружения и исправления ошибок;

5.   конфиденциальность связи;

6.   гибкость реализации цифровой аппаратуры, допускающая использование микропроцессоров, цифровую коммутацию и применение микросхем с большей степенью интеграции компонентов.

На сегодняшний день существует большое количество ССС, основанных на различных спутниковых системах, различных принципах и предназначенных  для различных применений.

[http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6880/%D0%A1%D0%9F%D0%A3%D0%A2%D0%9D%D0%98%D0%9A]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Особенности системы  спутниковой связи (ССС)

 

В основе построения спутниковой системы связи лежит  идея размещения ретранслятора на космическом  аппарате (КА). Движение КА длительное время происходит без затрат энергии, а энергоснабжение всех систем осуществляется от солнечных батарей. КА, находящийся  на достаточно высокой орбите, способен «охватить» очень большую территорию — около трети поверхности  Земли. Через его бортовой ретранслятор могут связываться любые станции, находящиеся на этой территории. Принцип  спутниковой связи заключается  в ретрансляции аппаратурой спутника сигнала от передающих наземных станций  к приёмникам. Спутник - устройство связи, которое принимает сигналы  от земной станции (ЗС), усиливает и  транслирует в широковещательном  режиме одновременно на все ЗС, находящиеся  в зоне видимости спутника. Спутник  не инициирует и не терминирует никакой  пользовательской информации за исключением  сигналов контроля и коррекции возникающих  технических проблем и сигналов его позиционирования. Спутниковая  передача начинается в некоторой  ЗС, проходит через спутник, и заканчивается  в одной или большем количестве ЗС. ССС состоит из трех базисных частей: космического сегмента, сигнальной части и наземного сегмента. Космический сегмент охватывает вопросы проектирования спутника, расчета орбиты и запуска спутника. Сигнальная часть включает вопросы используемого спектра частоты, влияния расстояния на организацию и поддержание связи, источники интерференции сигнала, схем модуляции и протоколов передачи. Наземный сегмент включает размещение и конструкцию ЗС, типы антенн, используемых для различных приложений, схемы мультиплексирования, обеспечивающие эффективный доступ к каналам спутника.

Поваляев А.А. Спутниковые  радионавигационные системы: время, показания  часов, формирование измерений и  определение относительных координат/ Под ред. А. И. Канащенкова – М.: Радиотехника, 2008, 328 с.

 

Недостатки спутниковой  связи

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

Влияние атмосферы. На качество спутниковой  связи оказывают сильное влияние  эффекты в тропосфере и ионосфере.

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.

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.

[http://www.sputsvyazy.ru/nedostatki-sputnikovoy-svyazi.xml]

Преимущества спутниковой  связи

Связь с удаленными регионами.

На сегодняшний день наша планета еще не обладает достаточным количеством наземных телекоммуникационных сетей. Их развитие за пределы индустриальных зон займет, по прогнозам специалистов, несколько десятилетий. Более того, во многих регионах строительство наземных сетей не является экономически оправданным.

Услуги спутниковой связи очень  часто оказываются единственной возможностью для интеграции удаленных  регионов в единое экономическое  пространство страны и мировые телекоммуникационные сети.

 

Отсутствие проблемы "последней мили"

Использование небольших спутниковых  терминалов с антеннами от 1,2 м  до 2,4 м и передатчиков с малой  мощностью позволяет быстро и  недорого установить станцию непосредственно  на крыше, на балконе, на стене или  во дворе офиса, что исключает  проблему "последней мили", когда  требуется арендовать канал связи  у местных операторов наземной связи.