Подвижная спутниковая связь

Введение

Любая система связи в конечном счете зависит от некоторых основных системных параметров, которые и определяют качество связи.

Так, если для сотовой связи таким основным параметром является высота подъема антенны базовой станции, то для систем спутниковой связи — это тип орбиты ее космического сегмента и характеристики орбиты. В целом любая спутниковая система связи состоит из трех сегментов, как уже говорилось выше: космического (или космической группировки), наземного (наземные станции обслуживания, станции сопряжения) и пользовательского сегмента (непосредственно терминалы, находящиеся у потребителя).

Рисунок 1 Структура системы спутниковой связи на примере сети VSAT ГП «Космическая» связь»

По типу используемых орбит спутниковые системы связи делятся на два класса: системы со спутниками на геостационарной орбите (GEO) (высота 36 000 км; количество спутников для GEO-группировки — 3, один спутник покрывает 34% земной поверхности, задержка при передаче речи для глобальной связи — 600 мс) и негеостационарные.

Рисунок 2. Орбиты и зоны охвата земной поверхности на примере геостационарной космической группировки системы INMARSAT

Негеостационарные спутниковые системы в свою очередь подразделяются на средневысотные МEO (высота — 5000-15000 км; количество космических аппаратов — 8-12; зона покрытия одним спутником — 25-28%; задержка при передаче речи для глобальной связи — 250-400 мс) и низкоорбитальные LEO (высота — 500-2000 км; количество космических аппаратов — 48-66; зона покрытия одним спутником — 3-7%; задержка при передаче речи для глобальной связи — 170-300 мс).

Большинство существующих спутниковых систем связи имеют геостационарные спутниковые группировки, что легко объяснимо: небольшое количество спутников, охват всей поверхности земли. Однако большая задержка сигнала делает их применимыми, как правило, только для радио- и телевещания. Для систем радиотелефонной связи большая задержка сигнала крайне нежелательна, так как приводит к плохому качеству связи и повышению стоимости пользовательского сегмента. Поэтому первоначально большинство спутниковых систем связи обеспечивали в основном фиксированную спутниковую связь (связь между стационарными объектами), и лишь с внедрением цифровых методов связи и запуском негеостационарных космических аппаратов широкое развитие получила подвижная спутниковая связь. Отметим, что современные системы подвижной спутниковой связи, во-первых, совместимы с традиционными наземными системами подвижной связи (в первую очередь — с цифровыми сотовыми), и, во-вторых, взаимодействие сетей подвижной спутниковой радиосвязи с телефонной сетью общего пользования возможно на любом уровне (местном, внутризонном, междугороднем).

Основные мировые операторы подвижной спутниковой связи, известные в России

Система «Iridium» (международный консорциум «Iridium lls», Вашингтон). Система глобальной подвижной персональной спутниковой связи «Iridium» предназначалась для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами, расположенными на всей территории земного шара. Космический сегмент системы состоял из 66 основных (высота орбиты 780 км над поверхностью Земли) и 6 резервных спутников (645 км). Система предоставляла абонентам следующие услуги: передача речи (2,4 Кбит/с), передача данных и телефакс с той же скоростью, персональный вызов и определение местоположения.

Будучи очень дорогостоящим проектом (более 5 млрд. долларов), «Iridium» в начальной стадии развития установил сверхвысокие цены на терминалы и трафик, ошибочно ориентируясь только на очень богатых потребителей услуги. Кроме того, в процессе эксплуатации возникли непредусмотренные проектом технические и финансовые проблемы, что привело консорциум к банкротству.

Система «Globalstar» (компания «Globalstar ltd.», Сан-Хосе, шт. Калифорния). Система глобальной подвижной персональной спутниковой связи «Globalstar» предназначена для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами, расположенными на территории земного шара между 700* с.ш. и 700* ю.ш.

Портативные терминалы системы «Globalstar» производятся в нескольких модификациях для обеспечения возможности их использования как для организации связи в системе «Глобалстар», так и в сетях наземной сотовой связи стандартов GSM, AMPS, CDMA.

Космический сегмент системы представляет собой группировку из 48 основных и 8 резервных спутников, весом менее 450 кг, размещенных на круговых орбитах на высоте 1414 км над поверхностью Земли. Спутники первого поколения рассчитаны на работу в режиме полной нагрузки не менее 7,5 лет.

Для охвата заселенной территории земного шара планируется построить порядка 50 станций сопряжения, обеспечивающих максимальное покрытие (до 85%) земной поверхности космическим сегментом системы. На первом этапе развития системы построено 38 станций сопряжения. В России находятся в эксплуатации 3 таких станции: в Московской области (Павлов Посад), в Новосибирске и в Хабаровске. Эти станции обеспечивают предоставление услуг подвижной связи с высоким качеством обслуживания практически на всей территории России южнее 700 с.ш. Каждая из этих станций связана с сетью общего пользования России. Система «Globalstar» эксплуатируется в России с мая 2000 года.

Система «ICO» (международная компания «ICO Global Communications»). Система глобальной подвижной персональной спутниковой связи «ICO» предназначена для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами на всей территории земного шара, включая приполярные районы. Компания «ICO Global Communications» была создана по инициативе международной организации «INMARSAT». Она является истинно международной организацией. Ни одна из стран не играет в ней доминирующей роли. Более 60 компаний по всему миру являются инвесторами «ICO».

Планируется, что система «ICO» будет работать во взаимодействии с системами сотовой связи, обеспечивая обслуживание регионов и зон, не охваченных сотовыми системами радиосвязи. Согласно проекту большую часть абонентских терминалов системы «ICO» составят персональные карманными телефонные аппараты, способные работать в двух режимах (спутниковый/наземный сотовый). Ориентировочная стоимость абонентского терминала системы «ICO» — 1000 долларов, одной минуты трафика — 1 доллар.

Космический сегмент системы будет представлен группировкой из 10 основных и 2 резервных спутников на МЕО-орбите на высоте примерно 10390 км над поверхностью Земли.

Особенностью данной системы будет специально сформированная сеть «IcoNet», которая соединит между собой «интеллектуальными» линиями связи двенадцать узлов спутникового доступа (УСД), расположенных по всему миру, и обеспечит быстрое соединение сетей общего пользования с мобильными терминалами и мобильных терминалов между собой вне зависимости от их местонахождения. На территории России предполагается строительство одного УСД. В основе инфраструктуры земного сегмента системы «ICO» лежит апробированная архитектура сетей стандарта GSM, а также используемые в больших количествах стандартные компоненты обеспечения совместимости системы «ICO» с прочими стандартами наземной сотовой связи.

Система «ICO» планирует предоставить пользователям следующие виды услуг: телеслужбы, услуги транспортной среды, услуги, предоставляемые в системе GSM, услуги по передаче сообщений и роумингу.

Телеслужбы будут предоставлять такие услуги, как: цифровая телефония, экстренные вызовы, передача факса группы 3 на скоростях до 14,4 Кбит/с и услуги по передаче коротких сообщений. При этом цифровая телефония будет обеспечивать качество передачи речи, подобное тому, которое обеспечивается существующими стандартами наземной подвижной радиосвязи.

Кроме того, система «ICO» планирует предоставить услуги по передаче низкоскоростных прозрачных и непрозрачных данных в асинхронном режиме на скоростях 300, 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с и прозрачных данных в синхронном режиме на скоростях 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с.

В связи с финансовыми проблемами консорциума было принято решение о слиянии «ICO Global Communications» с корпорацией Teledesic что задержит начало предоставления услуг до 2003 года. Один УСД на территории России предполагается построить к тому же сроку. Ожидается, что на территории России системой «ICO» будут пользоваться 450 тыс. абонентов.

Система «INMARSAT» (компания «INMARSAT ltd.», Лондон). «INMARSAT» владеет спутниками, установленными на геостационарной орбите в следующих позициях: 54* з.д., 15,5* з.д., 64,5* в.д., 178* в.д. При этом обеспечивается практически глобальная связь между 75* ю.ш. и 75* с.ш.

В системе «INMARSAT» работает более 50 земных станций, обеспечивающих связь с подвижным оборудованием, установленным на морских и речных судах, буровых платформах, самолетах, автотранспорте (в России практически нет), в кейсах бизнесменов.

Используются следующие типы подвижных станций: «INMARSAT-А», «INMARSAT-В», «INMARSAT-М», «INMARSAT-mini-М», «INMARSAT-С», «INMARSAT-D+» (пейджер с ответом), «INMARSAT-aero» (различных типов). Перечисленные типы станций имеют разные физические и электрические характеристики, что определяет большое различие в цене станций, тарифе за связь и ее качестве (скорости передачи информации, качестве передачи речи).

В настоящее время в системе «INMARSAT» работают около 170 тыс. станций всех типов, из них около 10 тыс. имеют российские номера (являются российскими).

Система «ORBCOM» (компания «ORBCOM Global», Далас, шт. Вирджиния). Система связи «ORBCOM» предназначена для двусторонней передачи данных и определения местоположения объектов с использованием низкоорбитальных искусственных спутников Земли (от 28 до 48 спутников). Передача данных на линии «спутник-Земля» осуществляется со скоростью 4,8 Кбит/с, а на линии «Земля-спутник» — 2,4 Кбит/с. Система разработана в США фирмой «ORBCOM Global» для удовлетворения потребностей в обмене информацией с районами, удаленными от существующей наземной телекоммуникационной инфраструктуры.

Основной недостаток системы — отсутствие услуги по предоставлению телефонной связи.

Новости от мировых операторов спутниковой связи

Один из самых нашумевших и известных проектов глобальной спутниковой связи — это проект концерна «Iridium». В ноябре 2000 года суд по банкротствам США передал управление компанией «Iridium» одному венчурному фонду. В результате этой, казалось бы, давно разорившейся компании достался проект стоимостью 72 млн. долларов США на оборудование подвижной спутниковой связью Министерства обороны США. Это тем более интересно, что конкурс был выигран у другого крупного и наиболее динамично развивающегося в настоящий момент оператора — компании «Globalstar».

Этот год вообще для «Globalstar» был неудачным (несмотря на получение крупного заказа на оборудование телефонными трубками автобусов в Бразилии и начала эксплуатации системы в России). Начался он с отказа основных акционеров («Loral Space & Communications Ltd» и «QUALCOMM»), от дальнейшего участия в проектах «Globalstar». Однако чуть позже столь необходимые $183 млн. были найдены, и компания продолжила свою деятельность. В ноябре «Globalstar» объявила свои результаты за третий квартал 2000 года. Доходы компании составили $1,4 млн., убытки — $97,5 млн. По сравнению с тем же периодом 1999 года убытки компании в пересчете на одну акцию увеличились почти в пять раз и составили 1$ на акцию (в 1999 году — 20 центов на акцию). На конец третьего квартала компания обслуживала 21 300 абонентов, что вдвое больше, чем в конце второго квартала 2000 года. Руководство компании считает, что это крайне мало для успешного функционирования системы глобальной спутниковой связи, но в целом оценивает проект как жизнеспособный и утверждает, что компания обладает необходимыми для своей деятельности денежными ресурсами вплоть до конца мая 2001 года.

В то же время убытки «Globalstar» не повлекли за собой ухудшения финансового положения ее крупного акционера — компании «QUALCOMM» (поставщик систем спутниковой передачи данных, конкурентом которой в этом бизнесе является компания «ORBCOMGlobal» с такими службами, как «Trackmaile-», «Omni-track» и «Euteltrack»). В основном это было связано с другими проектами концерна. «QUALCOMM» принадлежат основные патенты на технологии беспроводной связи стандарта CDMA, на технологии 3G стандарта WCDMA (мобильная связь третьего поколения, стандарт разработан европейскими компаниями), на технологии 3G стандарта cdma2000 (стандарт разработан «QUALCOMM»).

Компания «American Mobile Satellite Corp» продолжила курс на развитие служб связи по управлению флотом и систем передачи данных по своей наземной сети «ARDIS».

Японская компания «NTT DoCoMo» поставляет службы связи для национального флота. Австралийская компания «Optus» обслуживает более 9000 абонентов. Европейская сеть «ЕМСАТ» предлагает полный набор подвижных служб, а бельгийская сеть подвижной спутниковой связи «IRIS» обеспечивает спутниковую передачу данных.

Приостановлен проект компании «ICO Global Communications». Ввод системы в эксплуатацию планируется не ранее 2003 года.

20 октября 2000 года компания «Boeing Satellite Systems» осуществила успешный запуск спутника Thuraya 1 в рамках собственного проекта развертывания системы подвижной спутниковой связи, которой предполагается охватить Ближний Восток, Северную и Центральную Африку, Европу, Среднюю Азию и Индию (количество проживающих — до 1,8 миллиарда человек).

Операторы подвижной спутниковой связи в России. «INMARSAT»

После прекращения деятельности компании «Iridium» на территории России осталось два оператора подвижной спутниковой связи: «INMARSAT» и «Globalstar».

Система «INMARSAT» создана в 1979 году в СССР для налаживания спутниковой связи с морскими судами и обеспечения безопасности мореплавания. «INMARSAT» в настоящее время управляет глобальной спутниковой группировкой, которая используется для предоставления услуг голосовой, факсимильной телексной и мультимедийной связи для подвижных пользователей. Спутники системы «INMARSAT» располагаются на геостационарной орбите. Гарантированная связь обеспечивается в среднем от 70° ю.ш. до 70° с.ш. Каждый спутник покрывает приблизительно третью часть Земли.

Однако, хотя система «INMARSAT» имеет довольно много абонентов в России, нельзя сказать, что ее использование носит массовый характер. Основная причина - высокая цена пользовательских терминалов и высокий тариф за связь. Например, тариф за 1 минуту телефонной связи при использовании различных типов абонентских станций составляет: для «INMARSAT-А» — около 6,0-6,5 долларов, для «INMARSAT-В» — около 4,0 долларов, для «INMARSAT-mini-М» — около 2,5 долларов, для «INMARSAT-aero» — около 6,0-6,5 долларов. Стоимость терминалов колеблется от $3000 до $15000. Так, наиболее распространенный стандарт «INMARSAT-mini-М» имеет размеры «ноутбука», вес около 2-х кг, цену — $3000.

Модели спутниковых портативных терминалов типа «INMARSAT-mini-М», имеющиеся в продаже в РФ

Рисунок 3.ТТ-3060А

Мобильный телефон TT-3060A спутниковой системы INMARSAT предназначен для передачи телефонных и факсимильных сообщений, данных и электронной почты. Встроенный аккумулятор и преобразователь напряжения обеспечивают энергонезависимую эксплуатацию в течение 48-ми часов в режиме ожидания и 2,5 часов в режиме разговора. Телефонная трубка, 2-х проводной разъем RJ-11 для факса и Hayes-совместимый порт для передачи данных со скоростью 2,4 Кбит/сек имеют персональные телефонные номера (общее количество — 4). Возможность защиты от несанкционированного доступа обеспечивается благодаря встроенному считывателю SIM-карт. Существует возможность подключения криптографического оборудования STU-IIB/STU-III и использования программного обеспечения для передачи изображений. Корпус из магниевого сплава весом менее 2,2 кг.

Рис. 4. WorldPhone Hybrid

WorldPhone Hybrid обеспечивает доступ к международной телефонной сети с возможностью передачи факсов, данных и электронной почты. Основные характеристики: 4,8 Кбит/с — голос, 2,4 Кбит/с — факс, 3 часа работы в режиме разговора, жидкокристаллический дисплей с подсветкой, громкая связь, служба коротких сообщений (SMS), голосовая/факс почта, переадресация, записная книжка.

Операторы подвижной спутниковой связи в России. «Globalstar»

Дочерняя компания «ГлобалТел» (совместное предприятие «Globalstar» и «Ростелеком») начала оказывать свои услуги на территории РФ с мая 2000 года. В настоящий момент это телефония (передача голоса) и переадресация вызова. Также в системе предусмотрены, но пока не реализованы следующие услуги: передача данных, факсимильная связь, передача и прием коротких сообщений, глобальный роуминг, определение местоположения объекта, голосовая почта, вызов аварийных служб.

Космический сегмент включает группировку из 48 низкоорбитальных (и 4 резервных) спутников, обеспечивающих покрытие от 70° с.ш. до 70° и размещенных по 6 спутников на 8 круговых орбитах на высоте 1414 км. Система низкоорбитальных спутников позволяет резко снизить стоимость абонентского терминала и минуты разговора.

Пользовательский сегмент состоит из портативных мобильных и стационарных терминальных устройств. Устройства могут работать в нескольких режимах (до трех). Двух- и трехрежимные устройства, кроме доступа к системе «Globalstar», могут также использоваться для доступа к наземным сотовым сетям в стандартах GSM, AMPS, CDMA..

Цены на абонентские терминалы: мобильные $1000-1900 (в зависимости от производителя), стационарные — от $3000. Тариф за 1 мин. исходящего трафика по России — $1,2-2,0 (включая тариф сети общего пользования).

Имеющиеся на российском рынке модели спутниковых портативных мобильных терминалов, поддерживающих услуги «Глобалстар»

Рис. 5. Портативный абонентский мобильный терминал Ericsson

Двухрежимный терминал Ericsson. Контракт на производство трубок также включает поставку автомобильных и/или стационарных абонентских терминалов. Режимы работы — Globalstar | GSM. Размеры мм — 160×60×37. Вес — 350г. Время работы в режиме разговора Globalstar /GSM часов — ?. Время работы в режиме ожидания Globalstar /GSM часов — 5/36.

Рис. 6. Портативный абонентский мобильный терминал Telit

Терминал Telit обеспечивает связь в режимах Globalstar | GSM и отличается следующими характеристиками: размеры мм — 220×65×45; вес — 300г; время работы в режиме разговора Globalstar /GSM часов — ?; время работы в режиме ожидания Globalstar /GSM часов — 36/36.

Рис. 7. Портативный мобильный абонентский терминал Qualcomm

Трехрежимный терминал Qualcomm — Globalstar | AMPS | CDMA. Размеры мм — 178×57×44. Вес — 357г. Время работы в режиме разговора Globalstar /APMS/CDMA часов — 1/1/3. Время работы в режиме ожидания Globalstar /AMPS/CDMA часов — 5/7/25. Дисплей 4×16 символов, записная книжка на 99 номеров, ускоренный автодозвон, голосовая почта, прием сообщений, определитель номера.

Заключение

В настоящий момент, несмотря на определенные неудачи (банкротство концерна «Iridium», приостановка проекта компании «ICO», убытки «Globalstar»), мобильная спутниковая связь заняла свой (какой?) сегмент мирового коммуникационного рынка. Стабильно растут продажи пользовательских терминалов, увеличивается число операторов связи (запуски спутников компаниями Boeing, разработка нового поколения малых спутников компанией Интерспутник), не ослабевает интерес инвесторов. В то же время необходимо постоянно отслеживать события в этом сегменте рынка и держать «руку на пульсе», чтобы пользователи мобильных спутниковых телефонов в России не оказались в ситуации подобной той, которая сложилась в России с прекращением деятельности концерна «Iridium», когда владельцы не знали, что делать с трубками, в один миг превратившимися в кучу железа. Будем надеяться, что в обозримом будущем столь серьезные катаклизмы не повторятся, а стоимость пользовательских терминалов и трафика постепенно сравняется со стоимостью обычной сотовой связи.

Вконтакте

Одноклассники

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. VSAT (Very Small Aperture Terminal)- малая спутниковая наземная станция, то есть терминал с маленькой антенной, используется в спутниковой связи с начала 90-х годов. Системы VSAT 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.

Рисунок 3.14 – Система VSAT

Потребителей российского рынка VSAT можно разделить на четыре сегмента:

1. Государственные учреждения 2. Крупные корпорации с разветвленной сетью филиалов и представительств. 3. Средний и малый региональный бизнес. 4. Частные пользователи.

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. Антенна показана на рис. 3.9.

В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.

Сеть спутниковой связи на базе VSAT включает в себя три основных элемента: центральная земная станция (при необходимости), спутник-ретранслятор и абонентские VSAT терминалы (рис.3.14).

Центральная земная станция в сети спутниковой связи выполняет функции центрального узла и обеспечивает управление работой всей сети, перераспределение ее ресурсов, выявление неисправностей, тарификацию услуг сети и сопряжение с наземными линиями связи. Обычно ЦЗС устанавливается в узле сети, на который приходится наибольший трафик. Это может быть, например, главный офис или вычислительный центр компании в корпоративных сетях, или же крупный город в региональной сети.

Типы управления . При централизованном управлении такой сетью центр управления сетью (ЦУС) выполняет служебные функции контроля и управления, необходимые для установления соединения между абонентами сети, но не участвует в передаче трафика. Обычно ЦУС устанавливается на одной из абонентских станций сети, на которую приходится наибольший трафик.

В децентрализованном варианте управления сетью ЦУС отсутствует, а элементы системы управления входят в состав каждой VSAT станции. Подобные сети с распределенной системой управления отличаются повышенной "живучестью" и гибкостью за счет усложнения оборудования, расширения его функциональных возможностей и удорожания VSAT терминалов. Эта схема управления целесообразна лишь при создании небольших сетей (до 30 терминалов) с высоким трафиком между абонентами.

Абонентская станция VSAT Абонентский VSAT терминал обычно включает в себя антенно-фидерное устройство, наружный внешний радиочастотный блок и внутренний блок (модем). Внешний блок представляет собой небольшой приемопередатчик или приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс УАТС и т.д.).

Спутники ретрансляторы сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов. Это позволяет максимально упрощать конструкцию абонентских терминалов и снабжать их простыми фиксированными антеннами без системы слежения за спутником. Спутник принимает сигнал от земной станции, усиливает его и направляет назад на Землю. Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Для обеспечения работы через малогабаритные абонентские станции типа VSAT требуются передатчики с выходной мощностью около 40 Вт. Современные VSAT работают как правило в Ku диапазоне частот 11/14 ГГц (одно значение частоты на прием, другое на передачу), также есть системы использующие С диапазон 4/6 ГГц, также сейчас осваивается Ка диапазон 18/30 ГГц.

Современные VSAT имеют один и более портов Ethernet и встроенные функции маршрутизатора. Некоторые модели, посредством расширения могут оснащаться 1-4 телефонными портами.

Спутниковый модем . DVB-карта - компьютерная плата расширения, предназначенная для приёма данных со спутника, своеобразный «спутниковый модем». Он может быть с интерфейсом PCI, PCI-E или USB, выбор зависит от того, что вам удобнее подключать к компьютеру

DVB-карта устанавливается в свободный PCI-слот или USB-порт компьютера и подключается коаксиальным кабелем к конвертеру спутниковой антенны, то есть выполняет функции классического спутникового ресивера и передаёт полученные данные другим узлам компьютера. В целом, процесс установки и настройки DVB-карты ничем не отличается от установки любого другого устройства.

Основные производители VSAT в мире :

Codan (Австралия);

Hughes Network System (США) - HughesNet (DirecWay), HX;

Gilat (Израиль) - SkyEdge;

ViaSat (США);

iDirect(США);

NDSatCom (Германия).

Типичная стоимость VSAT для конечного клиента около 2500..3000 долларов США.

Краткий список VSAT-сервисов:

Интернет через спутник

Дистанционное обучение

Сельская связь

Телемедицина

Служба чрезвычайных ситуаций

Закрытые группы пользователей государственных служб

Национальные и многонациональные сети

Широкополосная передача данных

Широковещательные службы

Службы правительственных и корпоративных организаций

Службы расширения инфраструктуры ТфОП

Коллективный доступ в Интернет

Рисунок 3.15 - DVB-карта (PCI) TT-budget S-1401

Системы подвижной спутниковой связи. Владельцы мобильных телефонов при всех их возможностях могут звонить лишь там, где оборудованы станции мобильной связи. А что делать там, где таких станций нет? Выход только один – использовать телефоны спутниковой связи , дающие возможность звонить практически из любой точки мира. Как понятно из названия связи, соединение происходит не через наземные станции, а через спутники, находящиеся на околоземной орбите.

Спу́тниковый телефо́н - мобильный телефон, передающий информацию напрямую через специальный коммуникационный спутник. В зависимости от оператора связи, областью охвата может быть или вся Земля, или только отдельные регионы. Связано это с тем, что используются либо низколетящие спутники, которые при достаточном количестве покрывают зоной охвата всю Землю, либо спутники на геостационарной орбите, где они не двигаются относительно Земли и не «видят» её полностью.

По размеру спутниковый телефон сравним с обычным мобильным телефоном, выпущенным в 1980х-1990х годах, но обычно имеет дополнительную антенну. Существуют также спутниковые телефоны в стационарном исполнении. Такие телефоны используются для связи в зонах, где отсутствует сотовая связь.

Номера спутниковых телефонов обычно имеют специальный код страны. Так, в системе Inmarsat используются коды с +870 по +874, в Iridium +8816 и +8817. На сегодняшний день спутниковая связь представлена в мире различными системами со своими достоинствами и недостатками. Что же касается России, то пока на ее территории доступными являются системы Инмарсат, Турайя, Глобалстар и Иридиум.

Инмарсат (Inmarsat) - первый и пока единственный оператор мобильной спутниковой связи, предлагающий все услуги современной спутниковой связи на водных пространствах, на земле и в воздухе.

Рисунок 3.16- Телефон системы Inmarsat

Турайя (Thuraya) - мобильная спутниковая связь, покрывающая одну треть земного шара и предлагающая недорогие звонки своим абонентам с ценой от $0,25 за минуту исходящего звонка и бесплатные входящие (по спутнику).

Рисунок 3.17 - Спутниковые телефоны Thuraya

Спутниковые телефоны Турайя совмещены с сотовыми, в которых есть приемник GPS, определяющий местонахождение с точностью до 100 метров. Связь доступна на 1/3 территории России.

Глобалстар (Globalstar) – это спутниковая связь нового поколения.

Рисунок 3.18 - Спутниковые телефоны Globalstar

Глобалстар предоставляет телефонную связь в тех районах Зземли, где раньше ее не было вообще или были серьезные ограничения в ее использовании и дает возможность звонить или обмениваться данными в практически любом районе планеты.

Иридиум (Iridium) – предоставляет беспроводную спутниковую сеть, обеспечивающую телефоннию везде и всегда. Связь от Иридиума покрывает всю поверхность Земли. В России сеть Иридиум доступна на всей территории, однако пока на обладает лицензией предоставлять услуги на территории РФ.

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. Спутники располагаются на геостационарной орбите.

Рисунок 3.19 - Спутниковые телефоны Iridium

Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat (основной задачей которой является предоставление услуг связи морским судам) и некоторыми региональными операторами персональной спутниковой связи (например, Thuraya).

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.

Рисунок 3.20 – Схема мобильной связи

Принципы организации подвижной спутниковой связи. Для того чтобы мощность сигнала, достигающего мобильного спутникового приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений:

1. Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик.

2. 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.)

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 с 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:

1. 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.

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

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Влияние солнечной интерференции. При приближении Солнца к оси спутника - наземная станция радиосигнал, принимаемый со спутника наземной станцией, искажается в результате интерференции.

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

Владельцы мобильных телефонов при всех их возможностях могут звонить лишь там, где оборудованы станции мобильной связи. А что делать там, где таких станций нет?

Выход только один - использовать телефоны спутниковой связи, дающее возможность звонить практически из любой точки мира. Как понятно из названия связи, соединение происходит не через наземные станции, а через спутники, находящиеся на околоземной орбите.

По всем сетям спутниковой связи предоставляется надежная и качественная телефония. Сети различаются по предлагаемым абонентам дополнительным услугам, по областям покрытия сетью, и по цене самих аппаратов и стоимости услуг связи.

На сегодняшний день спутниковая связь представлена в мире различными системами со своими достоинствами и недостатками. Что же касается России, то пока на ее территории доступными являются системы Инмарсат, Турайя, Глобалстар и Иридиум:

• Инмарсат (Inmarsat) - первый и пока единственный оператор мобильной спутниковой связи, предлагающий все услуги современной спутниковой связи на водных пространствах, на земле и в воздухе.
• Турайя (Thuraya) - мобильная спутниковая связь, покрывающая одну треть земного шара и предлагающая недорогие звонки своим абонентам с ценой от $0,25 за минуту исходящего звонка и бесплатные входящие (по спутнику). Спутниковые телефоны Турайя совмещены с сотовыми, в которых есть приемник GPS, определяющий местонахождение с точностью до 100 метров. Связь доступна на 1/3 территории России.
• Глобалстар (Globalstar) - это спутниковая связь нового поколения. Глобалстар предоставляет телефонную связь в тех районах Зземли, где раньше ее не было вообще или были серьезные ограничения в ее использовании и дает возможность звонить или обмениваться данными в практически любом районе планеты.
• Иридиум (Iridium) - предоставляет беспроводную спутниковую сеть, обеспечивающую телефоннию везде и всегда. Связь от Иридиума покрывает всю поверхность Земли. В России сеть Иридиум доступна на всей территории, однако пока на обладает лицензией предоставлять услуги на территории РФ.

Спутниковая связь Инмарсат

Система Инмарсат предоставляет стационарную спутниковую связь, определяющую главное направление ее использования.

Эта система широко используется на наземном, морском, речном, воздушном транспорте, в органах управления, работниками государственных учреждений, в подразделениях гражданской обороны, в спасательных организациях и подразделениях МЧС, а также главами государств.

Система Инмарсат действует уже более 25 лет и проверена временем. На данный момент это третье поколение данной системы. Задействованные четыре геостационарные спутника покрывают весь Земной шар и только полюса земли остались без покрытия этой системой.

C терминала Инмарсат звонок сначала попадает на спутник, который его перенаправляет на станцию (LES). Она в свою очередь отвечает за перенаправление звонка в телефонные сети общего пользования или в интернет. Спутник может выделить дополнительные лучи на работу с регионом, в котором наблюдается большая активность абонентов.

Система не только поддерживает стандартные телефоны, но и оборудование, которое отслеживает местонахождение абонентов, что позволяет производить мониторинг движущихся объектов, таких как суда, автомобили, самолеты. Система используется для безопасности в мореплавании (ГМССБ) и для организации управления воздушного движения.

К достоинствам системы Инмарсат отнесем ее работу практически на всей поверхности Земли, за исключением Северного и Южным полюсов.

Инмарсат - официальная система обеспечения безопасности на море. Система в достаточной мере конфиденциальна, несложна в использовании, снабжается инструкциями на русском языке.

Биллинговая онлайн-система позволяет следить через интернет за состоянием счета с полной статистикой по телефонным звонкам. Доступны дополнительные аксессуары, например, специальные комплекты на автомобили, факсы и другое оборудование, плюс бесплатные входящие звонки.

К недостаткам системы Инмарсат надо отнести высокую стоимость самих телефонов, их цена начинается от $3000, высокую стоимость исходящих звонков - от $2,8 за минуту, а также сами терминалы размером с ноутбук и весящие порядка 2 кг.

Для использования телефонов этой системы на территории определенной страны требуется получить специальные разрешения. В России компанией ТЕССКОМ телефоны Инмарсат продаются уже с разрешением пользоваться системой Инмарсат на территории нашей страны.

Спутниковая связь Турайя

Сначала система Турайя была рассчитана на обслуживание региона с 1,8 миллионами потенциальных абонентов.

Работу системы обеспечивают 2 спутника, способные одновременно обслужить 13750 телефонных каналов. Система способна работать как со спутниковыми, так и с сотовыми каналами связи. Но, порой, звонки в роуминге обходятся в пять раз дороже, чем через спутник. Пользоваться системой Турайя можно на 35% территории России.

К достоинствам Турайя можно отнести небольшие размеры телефонов и их невысокую стоимость (начиная с $866), использование единого номера для спутниковой или сотовой связи, приемлемую стоимость исходящих звонков (от $0,25/минута) и бесплатные входящие звонки через спутник.

Недостатки системы Турайя: доступность сети только на 35 % территории РФ. Правда, положение значительно улучшится с вводом в действие еще одного спутника. Тогда покрытие территории России будет достигать уже 80%. Но это пока вопрос времени.

Спутниковая связь Глобалстар

Глобалстар является системой, основу которой составляет подвижная спутниковая связь. С самого начала сеть Глобалстар формировалась как система, взаимодействующая с существующими мобильными сетями. То есть вне действия сотовых сетей, с которыми заключен договор, телефоны Глобалстар переключаются на спутниковую связь, а при хорошем сигнале наземной мобильной связи они работают как обычной сотовый.

Система рассчитывалась на широкий круг потребителей. И действительно, сейчас сетью Глобалстар пользуются как частные лица, так и организации.

Самые активные пользователи этой системой - нефтяники и газовики, геологи и геофизики, добытчики и переработчики драгметаллов, строители, энергетики. Успешно используется эта Глобалстар в транспорте, в войсках, на флоте, в МЧС.

Связь в системе Глобалстар обеспечивается 48 низкоорбитальными спутниками. Сигнал одновременно через несколько спутников принимается ближайшими наземными станциями сопряжения, затем наиболее устойчивый маршрутизируется по наземным сетям до абонента.

Глобалстар является единственной из подобных систем связи, которая обеспечивает почти полное покрытие территории Российской Федерации с Запада на Восток и до 74-го градуса на Севере.

К достоинствам Глобалстара отнесем работу практически на всей территории Земли, за исключением полярных областей; небольшие размеры и вес телефонов, сравнимые по этим показателям с обычными сотовыми телефонами; автоматическое переключение между спутниковой и сотовой системами связи; простоту в использовании; инструкции на русском языке. Весьма приемлемая цена телефонов - от $699.

Если используется спутниковый канал связи, то цена звонков в Глобалстаре начинается с $1.39. Зчительно дешевле становится при звонках через сотовые каналы.

Предлагается много дополнительных аксессуаров. В отличие от систем, работающих на среднеорбитальных и геостационарных спутниках, при работе в Глобалстаре практически незаметны задержка голоса или "эхо".

Недостатков у Глобалстар мало. Хотя, в целом, разрешение на телефоны системы Глобалстар не требуется, есть страны, где их использование ограничивается или полностью запрещается.

Спутниковая связь Иридиум

Связь в системе Иридиум обеспечивается 66 низкоорбитальными спутниками, которые покрывают 100% земной поверхности. Но в Северной Корее, Венгрии, Польши и Северной Шри-Ланке система не работает. В РФ сеть Иридиум на сегодняшний день не лицензирована, но доступна на всей ее территории. Так как расстояние до спутников небольшое, а скорость у них высокая, то сигналы передаются почти без задержки. В районах с доступной сотовой связью телефон может работать как обычный сотовый.

Главное достоинство Иридиум - устойчивая связь на всей территории планеты.

Иридиум может похвастаться и самыми маленькими из всех спутниковыми телефонами. Как и в других системах, телефоны автоматически переключаются между спутниковыми и мобильными сетями. Недорогие звонки, всего от $1 по спутниковому каналу, а через сотовую связь - еще дешевле. Входящие звонки полностью бесплатны. Как и в системе Глобалстар, в Иридиуме практически незаметна задержка голоса и эхо.

Единственным значимым недостатком Иридиума является отсутствие лицензии для работы на территории РФ. Правда, как утверждают представители компании, разрешение для работы в России вскоре будет получено.

Услуги для абонентов спутниковых сетей

Услуга	Инмарсат	Турайя	Глобалстар	Иридиум
Телефон	+	+	+	+
Факс	+	-	-	-
Электронная почта	+	+	-	-
Передача данных	+	+	+	+
Телекс	+	-	-	-
GPS	+	+	+	-
SMS	-	-	-	-
Пейджинг	-	-	-	+

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 ).

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.

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.

Наклонная орбита позволяет решить эти проблемы, однако, из-за перемещения спутника относительно наземного наблюдателя необходимо запускать не меньше трех спутников на одну орбиту, чтобы обеспечить круглосуточный доступ к связи.

Полярная орбита - предельный случай наклонной (с наклонением 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

Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами :

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

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

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

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

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

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

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

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

1. 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
2. Communications Satellite Short History. The Billion Dollar Technology
3. Communications Satellite Short History. The Global Village: International Communications
4. INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 18
5. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004
6. Официальный сайт компании «Интерспутник»
7. Концептуально-правовые вопросы широкополосных спутниковых мультисервисных сетей
8. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 167
9. INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 2
10. INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 73
11. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, pp. 6, 108
12. INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 28
13. Recommendation ITU-R V.431-6. Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications
14. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, pp. 6, 256
15. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 264
16. 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»
17. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 283
18. 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
19. Dr. Lin-Nan Lee LDPC Codes, Application to Next Generation Communication Systems // IEEE Semiannual Vehicular Technology Conference . - October, 2003.
20. 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
21. Система спутниковой связи и вещания «Ямал»
22. VSAT FAQ
23. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 68
24. Satellite Internet and VSAT Information Centrum
25. Satellite Communications and Space Weather
26. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 91
27. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 93
28. Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook. - Artech House, Inc., 2004, p. 34.
29. Satellite Communications in the Global Internet: Issues, Pitfalls, and Potential

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.)