Сеть спутниковой связи. Спутниковая связь

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

Г. Карвовский

Мир связи. Connect! № 1, 2002

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

Системы спутниковой связи

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

Рис. 1. Система спутниковой связи

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

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

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

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

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

Космический сегмент

Орбиты

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

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

Рис. 2. Орбиты ИСС

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Искусственные спутники связи

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

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

Частоты

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

Таблица 3. Диапазоны частот для организации спутниковой связи

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

Наземный сегмент

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

Земные станции

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

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

Рис. 5. Зона радиовидимости

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

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

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

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

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

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

радиоконтроль каналов спутниковой связи;

тестирование каналов спутниковой связи при проведении ремонтно-восстановительных работ и техническом обслуживании ЗС, при развертывании ЗС и вводе их в эксплуатацию;

анализ функционального состояния ССС, на основе которого вырабатываются рекомендации по режимам работы ЗС.

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

Из истории ССС

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

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

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

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

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

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

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

Спутниковая связь -день сегодняшний

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

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

Направления развития ССС

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

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

фиксированной спутниковой связи для обслуживания Взаимоувязанной сети связи России, а также наложенных и корпоративных сетей;

спутникового теле- и радиовещания, в том числе непосредственного вещания, которое является новым этапом в развитии современных электронных средств массовой информации;

подвижной персональной спутниковой связи в интересах подвижных и удаленных абонентов на территории России и за ее пределами.

Фиксированная спутниковая связь

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

Основные направления использования фиксированной связи:

организация магистральных, внутризоновых и местных линий связи в составе ВСС России; <

предоставление ресурса для создания сетей передачи данных;

развитие корпоративных сетей связи и передачи данных с использованием современных VSAT-технологий, в том числе доступа в Интернет;

развитие сети международной связи;

распределение по территории страны федеральных, региональных, местных и коммерческих теле- и радиопрограмм;

развитие сетей передачи полос центральных газет и журналов;

резервирование магистральной первичной сети ВСС России.

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

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

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

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

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

Вещательная служба

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

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

Подвижная спутниковая связь

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

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

Система персональной подвижной связи

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

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

Заключение

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

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

Литература

Тимофеев В. В. О концепции развития спутниковой связи России. - "Вестник связи", 1999, № 12.

Василий Павлов (руководитель Департамента радио, телевидения и спутниковой связи Минсвязи России). Из выступления на совещании, посвященном ССС России и ее роли в обеспечении потребностей ведомственных и корпоративных операторов. - "Сети", 2000, № 6.

Дурев В. Г., Зеневич Ф. О., Крук Б. И. и др. Электросвязь. Введение в специальность. - М., 1988.

Радиорегламент радиосвязи Российской Федерации. Издание официальное. Утвержден и введен в действие с 1.01.1999 года решением ГКРЧ от 28.09.1998 года.-М. 1999.

Леонид Невдяев. Спутниковые системы Часть1. Орбиты и параметры. - "Сети", 1999, №1-2.

Инженерный справочник по космической технике. - М., 1977.

МОУ Парабельская гимназия

Реферат

Спутниковые системы связи

Выполнил

Горошкина Ксения

ученица 11 класса

Проверил

Борисов Александр Владимирович

Парабель

2010 год

Введение 3

1. Принципы организации спутниковых каналов связи 4

2. Орбиты спутников связи 5

3. Типовая схема организации услуг спутниковой связи 6

4. Сферы применения спутниковой связи 6

4.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT 7

4.2.Принципы организации подвижной спутниковой связи 7

5. Технологии, используемые в спутниковой связи 8

6. История создания спутниковых систем связи 11

6.1. Первые спутниковые линии связи и вещания через ИСЗ "Молния-1" 12

6.2. Первая в мире спутниковая система "Орбита" для распределения ТВ-программ 13

6.3. Первая в мире система непосредственного ТВ-вещания "Экран" 14

6.4. Системы распределения ТВ-программ "Москва" и "Москва-Глобальная 15

6.5. Система спутникового ТВ-вещания в диапазоне 12 ГГц 16

6.6. Создание системы "Интерспутник" 16

6.7. Создание спутниковой линии правительственной связи 17

6.8. В заключении… 17

Список используемой литературы 20

Введение

Спутниковые системы связи (ССC) известны давно, и используются 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.

В нашей стране создается единая автоматизированная система связи. Для этого развиваются, совершенствуются и находят новые области применения различные технические средства связи.

В своем реферате я рассмотрю принципы организации спутниковых систем, сферы применения, историю создания ССС. В наше время спутниковому вещанию уделяется большое внимание, поэтому мы должны знать принцип работы системы.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

4.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT:

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.

4.2.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.)

5. Технологии, используемые в спутниковой связи

М ногократное 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).

Ч астотные 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:

Название диапазона	Частоты	Применение
		Подвижная спутниковая связь
		Подвижная спутниковая связь
	4 ГГц, 6 ГГц	Фиксированная спутниковая связь
	Для спутниковой связи в этом диапазоне частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.	Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)
	11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц
		Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
		Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи. Для передачи данных крупными пользователями (организациями) часто применяется C-диапазон. Это обеспечивает более высокое качество приема, но требует довольно больших размеров антенны.

М одуляция и помехоустойчивое кодирование

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

значительной удаленностью приемника от передатчика,
ограниченной мощностью спутника

Спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя импульсно-кодовую модуляцию.
Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией).

Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты сверточных кодов, а также турбо-коды.

6. История создания спутниковых систем связи

Идея создания на Земле глобальных систем спутниковой связи была выдвинута в 1945 г. Артуром Кларком , ставшим впоследствии знаменитым писателем-фантастом. Реализация этой идеи стала возможной только через 12 лет после того, как появились баллистические ракеты, с помощью которых 4 октября 1957 г. на орбиту был запущен первый искусственный спутник Земли (ИСЗ). Для контроля за полетом ИСЗ на нем был помещен маленький радиопередатчик - маяк, работающий в диапазоне 27 МГц . Через несколько лет 12 апреля 1961 г . впервые в мире на советском космическом корабле "Восток" Ю.А. Гагарин совершил исторический облет Земли. При этом космонавт имел регулярную связь с Землей по радио. Так началась систематическая работа по изучению и использованию космического пространства для решения различных мирных задач.

Создание космической техники сделало возможным развитие очень эффективных систем дальней радиосвязи и вещания. В США начались интенсивные работы по созданию связных спутников. Такие работы начали разворачиваться и в нашей стране. Ее огромная территория и слабое развитие связи, особенно в малонаселенных восточных районах, где создание сетей связи с помощью других технических средств (РРЛ, кабельные линии и др.) сопряжено с большими затратами, делало этот новый вид связи весьма перспективным.

У истоков создания отечественных спутниковых радиосистем стояли выдающиеся отечественные ученые и инженеры, возглавлявшие крупные научные центры: М.Ф. Решетнев, М.Р. Капланов, Н.И. Калашников, Л.Я. Кантор

Основные задачи, ставящиеся перед учеными, состояли в следующем:

Разработка спутниковых ретрансляторов телевизионного вещания и связи ("Экран", "Радуга", "Галс"), с 1969 г. спутниковые ретрансляторы разрабатывались в отдельной лаборатории, возглавляемой М.В. Бродским ;

Создание системных проектов построения спутниковой связи и вещания;

Разработка аппаратуры земных станций (ЗС) спутниковой связи: модуляторов, порогопонижающих демодуляторов ЧМ (частотной модуляции) сигналов, приемных и передающих устройств и др.;

Проведение комплексных работ по оснащению оборудованием станций спутниковой связи и вещания;

Разработка теории следящих ЧМ демодуляторов со сниженным шумовым порогом, методов многостанционного доступа, методов модуляции и помехоустойчивого кодирования;

Разработка нормативно-технической документации на каналы, тракты телевизионного и связного оборудования спутниковых систем;

Разработка систем управления и контроля ЗС и сетями спутниковой связи и вещания.

Специалистами НИИР были созданы многие национальные спутниковые системы связи и вещания, находящиеся в эксплуатации и поныне . Приемо-передающее наземное и бортовое оборудование этих систем также было разработано в НИИР. Помимо оборудования специалисты института предложили методики проектирования как самих спутниковых систем, так и отдельных, входящих в их состав устройств. Опыт проектирования спутниковых систем связи специалистов НИИР отражен в многочисленных научных публикациях и монографиях.

6.1. Первые спутниковые линии связи и вещания через ИСЗ "Молния-1"

Первые эксперименты по спутниковой связи путем отражения радиоволн от американского отражающего спутника "Эхо" и Луны, используемых в качестве пассивных ретрансляторов, проводились специалистами НИИР в 1964 г . Радиотелескопом в обсерватории в поселке Зименки Горьковской области были приняты телеграфные сообщения и простой рисунок из английской обсерватории "Джодрелл Бэнк".

Этот эксперимент доказал возможность успешного использования космических объектов для организации связи на Земле.

В лаборатории спутниковой связи были подготовлены несколько системных проектов, а затем она приняла участие в разработке первой отечественной системы спутниковой связи "Молния-1" в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Головной организацией по созданию этой системы был Московский научно-исследовательский институт радиосвязи (МНИИРС). Главным конструктором системы "Молния-1" является М.Р. Капланов - заместитель руководителя МНИИРС.

В 60-е годы в НИИР велась разработка приемо-передающего комплекса тропосферной радиорелейной системы "Горизонт", также работающей в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Этот комплекс был модифицирован и созданная аппаратура, названная "Горизонт-К", использовалась для оснащения первой спутниковой линии связи "Молния-1", связавшей Москву и Владивосток. Эта линия предназначалась для передачи ТВ-программы или группового спектра 60 телефонных каналов. При участии специалистов НИИР в этих городах были оборудованы две земные станции (ЗС). В МНИИРС был разработан бортовой ретранслятор первого искусственного спутника связи "Молния-1", успешный запуск которого состоялся 23 апреля 1965 г . Он был выведен на высокоэллиптическую орбиту с периодом обращения вокруг Земли 12 ч. Такая орбита была удобна для обслуживания территории СССР, рас положенной в северных широтах, так как в течение восьми часов на каждом витке ИСЗ был виден с любой точки страны. Кроме того, запуск на такую орбиту с нашей территории осуществляется с меньшими затратами энергии, чем на геостационарную. Орбита ИСЗ "Молния-1" сохранила свое значение до сих пор и используется, несмотря на преобладающее развитие геостационарных ИСЗ.

6.2. Первая в мире спутниковая система "Орбита" для распределения ТВ-программ

После завершения исследований технических возможностей ИСЗ "Молния-1" специалистами НИИР Н.В. Талызиным и Л.Я. Кантором было предложено решить проблему подачи ТВ-программ центрального телевидения в восточные районы страны путем создания первой в мире системы спутникового вещания "Орбита" в диапазоне 1 ГГц на базе аппаратуры "Горизонт-К".

В 1965-1967 гг. в рекордно короткие сроки в восточных районах нашей страны было одновременно сооружено и введено в действие 20 земных станций "Орбита" и новая центральная передающая станция "Резерв". Система "Орбита" стала первой в мире циркулярной, телевизионной, распределительной спутниковой системой, в которой наиболее эффективно использованы возможности спутниковой связи.

Следует отметить, что диапазон, в котором работала новая система "Орбита" 800-1000 МГц, не соответствовал тому, который был распределен в соответствии с Регламентом радиосвязи для фиксированной спутниковой службы. Работа по переводу системы "Орбита" в С-диапазон 6/4 ГГц была выполнена специалистами НИИР в период 1970-1972 гг. Станция, функционирующая в новом диапазоне частот, получила название "Орбита-2". Для нее был создан полный комплекс аппаратуры для работы в международном диапазоне частот - на участке Земля-Космос - в диапазоне 6 ГГц, на участке Космос-Земля - в диапазоне 4 ГГц. Под руководством В.М. Цирлина была разработана система наведения и автосопровождения антенн с программным устройством. В этой системе использовались экстремальный автомат и метод конического сканирования.

Станции "Орбита-2" начали внедряться с 1972 г ., а к концу 1986 г . их было построено около 100. Многие из них и в настоящее время являются действующими приемо-передающими станциями.

В дальнейшем для работы сети "Орбита-2" был создан и выведен на орбиту первый советский геостационарный ИСЗ "Радуга", многоствольный бортовой ретранслятор которого создавался в НИИР (руководитель работы А.Д. Фортушенко и ее участники М.В. Бродский, А.И. Островский, Ю.М. Фомин и др.) При этом были созданы и освоены технология изготовления и методы наземной обработки космических изделий.

Для системы "Орбита-2" были разработаны новые передающие устройства "Градиент" (И.Э. Мач, М.З. Цейтлин и др.), а также параметрические усилители (А.В. Соколов, Э.Л. Ратбиль, B.C. Санин, В.М. Крылов) и устройства приема сигналов (В.И. Дьячков, В.М. Доро феев, Ю.А. Афанасьев, В.А. Полухин и др.).

6.3. Первая в мире система непосредственного ТВ-вещания "Экран"

Широкое развитие системы "Орбита", как средства подачи ТВ-программ, в конце 70-х годов стало экономически неоправданным из-за большой стоимости ЗС, делающей нецелесообразной ее установку в пункте с населением менее 100-200 тыс. человек. Более эффективной оказалась система "Экран", работающая в диапазоне частот ниже 1 ГГц и имеющая большую мощность передатчика бортового ретранслятора(до 300 Вт). Целью создания этой системы было охват ТВ-вещанием малонаселенных пунктов в районах Сибири, Крайнего Севера и части Дальнего Востока. Для ее реализации были выделены частоты 714 и 754 МГц, на которых было возможно создать достаточно простые и дешевые приемные устройства. Система "Экран" стала фактически первой в мире системой непосредственного спутникового вещания.

Приемные установки этой системы должны были быть рентабельными как для обслуживания небольших населенных пунктов, так и для индивидуального приема ТВ-программ.

Первый спутник системы "Экран" был запущен 26 октября 1976 г . на геостационарную орбиту в точку 99° в.д. Несколько позднее в Красноярске были выпущены станции коллективного приема "Экран-КР-1" и "Экран-КР-10" с мощностью выходного телевизионного передатчика 1 и 10 Вт. Земная станция, передающая сигналы на ИСЗ "Экран", имела антенну с диаметром зеркала 12 м, она была оборудована передатчиком "Градиент" мощностью 5 кВт, работающим в диапазоне 6 ГГц. Приемные установки этой системы, разработанные специалистами НИИР, были наиболее простыми и дешевыми приемными станциями из всех, реализованных в те годы. К концу 1987 г. число установленных станций "Экран" достигло 4500 шт.

6.4.Системы распределения ТВ-программ "Москва" и "Москва-Глобальная"

Дальнейший прогресс в развитии систем спутникового ТВ-вещания в нашей стране связан с созданием системы "Москва", в которой технически устаревшие ЗС системы "Орбита, были заменены на малые ЗС. Разработка малых ЗС началась в 1974 г. по инициативе Н.В. Талызина и Л.Я. Кантора.

Для системы "Москва" на ИСЗ "Горизонт" был предусмотрен ствол повышенной мощности, работающий в диапазоне 4 ГГц на узконаправленную антенну. Энергетические соотношения в системе были выбраны таким образом, что обеспечивали применение на приемной ЗС небольшой параболической антенны с диаметром зеркала 2,5 м без автоматического наведения. Принципиальной особенностью системы "Москва" являлось строгое соблюдение норм на спектральную плотность потока мощности у поверхности Земли, установленных Регламентом ради связи для систем фиксированной службы . Это позволяло использовать эту систему для ТВ-вещания на всей территории СССР. Система обеспечивала прием с высоким качеством центральной ТВ-программы и программы радиовещания. Впоследствии в системе был создан еще один канал, предназначенный для передачи газетных полос.

Эти станции получили также широкое распространение в отечественных учреждениях, расположенных за рубежом (в Европе, на севере Африки и ряде других территорий), что дало возможность нашим гражданам за рубежом принимать отечественные программы. При создании системы "Москва" был использован ряд изобретений и оригинальных решений, позволивших усовершенствовать как построение самой системы, так и ее аппаратурные комплексы. Эта система послужила прототипом для многих спутниковых систем, созданных позже в США и Западной Европе, в которых для подачи программ ТВ на ЗС малого размера и умеренной стоимости использовались ИСЗ средней мощности, работающие в диапазоне фиксированной спутниковой службы.

В течение 1986-1988 гг. была проведена разработка специальной системы "Москва-Глобальная" с малыми ЗС, предназначенной для подачи центральных ТВ-программ в отечественные представительства за рубежом, а также для передачи небольшого объема дискретной информации. Эта система также находится в эксплуатации. В ней предусмотрена организация одного ТВ-канала, трех каналов для передачи дискретной информации со скоростью 4800 бит/с и двух каналов со скоростью 2400 бит/с. Каналы передачи дискретной информации использовались в интересах Комитета по телевидению и радиовещанию, ТАСС и АПН (Агентство политических новостей). Для охвата практически всей территории Земного шара в ней используются два спутника, расположенные на геостационарной орбите на 11° з.д. и 96° в.д. Приемные станции имеют зеркало диаметром 4 м, аппаратура может располагаться как в специальном контейнере, так и в помещении.

6.5. Система спутникового ТВ-вещания в диапазоне 12 ГГц

С 1976 г . в НИИР начались работы по созданию принципиально новой в те годы системы спутникового телевидения в выделенном по международному плану для такого спутникового ТВ-вещания диапазоне частот 12 ГГц (СТВ-12), которая не имела бы ограничений по излучаемой мощности, присущих системам "Экран" и "Москва" и могла бы обеспечить охват всей территории нашей страны многопрограммным ТВ-вещанием, а также обмен программами и решение проблемы республиканского вещания. В создании этой системы НИИР являлся головной организацией.

Специалисты института провели исследования, определившие оптимальные параметры данной системы, и разработали многоствольные бортовые ретрансляторы и оборудование передающей и приемной ЗС. На первом этапе развития этой системы использовался отечественный спутник "Галс", сигналы передавались в аналоговом виде, использовалось импортное приемное оборудование. Позже был осуществлен переход на цифровое оборудование на базе иностранного спутника, а также передающего и приемного оборудования.

6.6. 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 .

6.7. 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".

6.8. В заключении…

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.

Вывод

Современные организации характеризуются большим объемом различной информации, в основном электронной и телекоммуникационной, которая проходит через них каждый день. Поэтому важно иметь высококачественный выход на коммутационные узлы, которые обеспечивают выход на все важные коммуникационные линии. В России, где расстояния между населенными пунктами огромное, а качество наземных линий оставляет желать лучшего, оптимальным решением этого вопроса является применение систем спутниковой связи (ССС).

Изначально ССС использовались для передачи ТВ-сигнала. Наша страна характеризуется обширной территорией, которую нужно охватить средствами коммуникации. Сделать это стало проще после появления спутниковой связи, а именно системы Орбита-2. Позже появились спутниковые телефоны, главным преимуществом которых является независимость от наличия каких-либо местных телефонных сетей. Качественная телефонная связь доступна из практически любой точки земного шара.

В рамках президентской программы «Универсальная услуга связи» в каждом населенном пункте были установлены таксофоны, в особо отдаленных районах были использованы именно спутниковые таксофоны.

Согласно федеральной целевой программы «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2015 годы» происходит внедрение цифрового вещания в России. Программа полностью профинансирована, в том числе средства пойдут и на создание многофункциональных спутников.

Список используемой литературы

1. Интернет-ресурс «История спутниковой связи» http://sviazist.nnov.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=1026

2.Интернет-ресурс «Принципы организации спутниковой связи» http://vsatinfo.ru/index.php?option=com_sobi2&catid=30&Itemid=0

3. Интернет ресурс «Свободная энциклопедия»

http://ru.wikipedia.org

Рецензия

на реферат «Спутниковые системы связи»

Ученицы 11 кл. МОУ Парабельской гимназии

Горошкиной Ксении

Тема реферата раскрыта полностью. Материал всех разделов интересный, изложен доступно и чётко. Хорошие иллюстрации. Структура реферата соблюдена. Работу можно использовать как учебное пособие для учащихся.

Оценка «ОТЛИЧНО»

Эксперт: Борисов А. В. учитель физики

Инженеры работают над первым в мире коммерческим спутником связи Early Bird

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

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

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

Спутниковые ретрансляторы

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

В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы (примеры - спутники «Эхо» и «Эхо-2»), которые представляли собой простой отражатель радиосигнала (часто - металлическая или полимерная сфера с металлическим напылением), не несущий на борту какого-либо приёмопередающего оборудования. Такие спутники не получили распространения. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными . 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 ).

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 больша́я высота, а значит, и бо́льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите не способен обслуживать земные станции в приполярной области.

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

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.

Многократное использование частот. Зоны покрытия

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

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

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

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

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

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

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

Частотные диапазоны

Антенна для приема спутникового телевидения (Ku-диапазон)

Спутниковая антенна для C-диапазона

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

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

Название диапазона	Частоты (согласно ITU-R V.431-6)	Применение
L	1,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
S	2,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
С	4 ГГц, 6 ГГц	Фиксированная спутниковая связь
X	Для спутниковой связи рекомендациями ITU-R частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.	Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)
Ku	11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц
K	20 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka	30 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

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

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

Модуляция и помехоустойчивое кодирование

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

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

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

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

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

Множественный доступ

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

Множественный доступ с частотным разделением - при этом каждому пользователю предоставляется отдельный диапазон частот.

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

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

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

Применение спутниковой связи

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 .

Системы VSAT

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

В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.

Системы подвижной спутниковой связи

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

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

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

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

Спутниковый Интернет

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

Особенностями такого вида доступа являются:

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

По типу исходящего канала различают:

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

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

Недостатки спутниковой связи

Слабая помехозащищённость

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

Влияние атмосферы

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

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.

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

Задержка распространения сигнала

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

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

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

Влияние солнечной интерференции

См. также

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва»

Примечания

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

Ссылки

WTEC Panel Report on Global Satellite Communications Technology and Systems (англ.)
О спутнике Early Bird на сайте boeing.com (англ.)
Communications Satellites Short History (англ.)
VSAT FAQ (англ.)
VSAT FAQ (рус.)
Satellite Internet and VSAT Information Centrum (англ.)
Satellite Communications and Space Weather (англ.)
Satellite Communications in the Global Internet: Issues, Pitfalls, and Potential (англ.)
Спутниковые технологии телекоммуникаций на современном этапе (рус.)

Литература

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

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

А. Кларк, 1945 год.

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

Предпосылки использования

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

Малая вероятность осуществления задумки.
Необходимость подарить идею человечеству целиком.

Одновременно учёный указал координаты наилучшего покрытия областей поверхности планеты:

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

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

Наземные системы СВЧ

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

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

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

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

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

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

Космические аппараты

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

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

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

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

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

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

Особенности сигнала

Неудивительно использование спутников, учитывая сказанное.

Окна прозрачности

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

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

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

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

Используется также С-диапазон.

Зоны приёма

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

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

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

Зоны Френеля

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

Мерцания

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

Линейность луча

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

Инженеры называют свойство недостатком: невозможно обогнуть горы, овраги.

Особенности сложения волн

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

Ёмкость

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

Возможность регенерации

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

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

Превосходное качество спутниковой связи стало «притчей во языцах».

Наземные антенны

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

Диэлектрические линзы.
Рупорные антенны.

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

Принцип действия

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

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

Аппарат покрывает часть территории планеты.

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).

Частоты

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

Проблемы

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

Пути решения

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

Полярная орбита

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

навигации;
метеорологии;
наземных станций управления.

Наклонная орбита

Наклон успешно использовался советскими спутниками. Орбита характеризуется следующими параметрами:

период обращения – 12 часов;
наклон – 63 градуса.

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

Спутниковый телефон

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

Проблему решает запуск низко летающих спутников:

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

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

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

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

Операторы

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

Сети

Коммерческие проекты ограниченны.

GlobalStar

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

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

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

Список услуг:

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

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

Iridium

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

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

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

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

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

Нефтедобыча.
Морской флот.
Авиация.
Путешественники.
Учёные.

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

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

Телефоны

Бывшие владельцы снабжали клиентов телефонными аппаратами двух изготовителей:

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

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

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

Прочее оборудование компании включало:

Пейджеры.
Таксофоны.
Оснастку яхт, самолётов.

Буи

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

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

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).

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.

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.

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;