Частоты спутниковой связи

Содержание

Спутниковая связь

Спутник связи Syncom-1

Спу́тниковая свя́зь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании в качестве ретрансляторов искусственных спутников Земли, как правило специализированных спутников связи. Спутниковая связь осуществляется между так называемыми земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными (наземными либо установленными на летательных аппаратах).

Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путём вынесения ретранслятора на очень большую высоту. Так как максимальная зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает — в большинстве случаев достаточно и одного.

История

В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала Wireless World, английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи. Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству.

Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 1950-х годов. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.

В 1957 году в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли с радиоаппаратурой на борту.

Спутник-баллон «Эхо-1»

12 августа 1960 года специалистами США был выведен на орбиту высотой 1500 км надувной шар. Этот космический аппарат назывался «Эхо-1». Его металлизированная оболочка диаметром 30 м выполняла функции пассивного ретранслятора.

Инженеры работают над первым в мире коммерческим спутником связи Early Bird

20 августа 1964 года 11 стран (СССР в их число не вошёл) подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization). В СССР к тому времени была собственная развитая программа спутниковой связи, увенчавшаяся 23 апреля 1965 года успешным запуском связного советского спутника Молния-1.

6 апреля 1965 года в рамках программы Intelsat был запущен первый коммерческий спутник связи Early Bird («ранняя пташка»), произведённый корпорацией COMSAT, 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.

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 определённой частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами).

Регенеративный спутник дополнительно производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому исправление накапливающихся в процессе передачи ошибок производится дважды: на спутнике и на приёмной земной станции. Недостаток этого метода — сложность (а значит, гораздо более высокая цена спутника), а также увеличенная задержка передачи сигнала.

Орбиты спутниковых ретрансляторов

Орбиты: 1 — экваториальная, 2 — наклонная, 3 — полярная

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 приёмник в зоне обслуживания «видит» спутник постоянно практически в одной и той же точке.

Однако геостационарная орбита одна, и ёмкость её, определяемая длиной окружности орбиты, поделённой на размеры спутников с учётом «интервалов безопасности» между ними, конечна. Поэтому все спутники, которые хотелось бы, вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является большая высота (35 786 км), а значит, и большая цена вывода спутника на орбиту. Большая высота геостационарной орбиты приводит также к большим задержкам передачи информации (время прохождения сигнала от одной наземной станции до другой через геостационарный спутник даже теоретически не может быть менее 240 мс (две высоты орбиты, деленные на скорость света). Кроме того, плотность потока мощности у земной поверхности в точке приема сигнала падает по направлению от экватора к полюсам из-за меньшего угла наклона вектора электромагнитной энергии к земной поверхности, а также из-за увеличивающегося пути прохождения сигнала через атмосферу и связанного с этим поглощения. Поэтому спутник на геостационарной орбите практически не способен обслуживать земные станции в приполярных областях.

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

Полярная орбита — это предельный случай наклонной орбиты (с наклонением 90º).

При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник и его сопровождение.

Современные спутники, работающие на геостационарной орбите, имеют достаточно высокую точность удержания в заданной точке (как правило, не хуже 0.1 градуса по долготе и наклонению); сопровождение приёмной антенной геостационарного спутника становится необходимым, только если ширина диаграммы направленности антенны сравнима с колебаниями спутника вокруг точки стояния. Например, для Ku-диапазона — это антенны диаметром более 5 метров. Для меньшего размера достаточно один раз навести антенну в точку стояния спутника. Однако сопровождение всё-таки необходимо в случае предаварийного состояния спутника, когда его владельцем по различным причинам не осуществляется (совсем или реже регламентных сроков) процедура удержания спутника в точке стояния.

Многократное использование частот. Зоны покрытия

Типичная карта покрытия спутника, находящегося на геостационарной орбите

Поскольку радиочастотный диапазон является 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 определённого района земной поверхности, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты,
  • поляризационное разделение — различные антенны принимают и передают сигнал с ортогональными поляризациями (для линейной поляризации во взаимно перпендикулярных плоскостях, для круговой соответственно с правосторонним и левосторонним вращением), при этом одни и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из поляризаций).

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, причём 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 приёмной 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
Ku 11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
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 малого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:

  • значительной удалённостью приёмника 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 определённый частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией). Наиболее распространёнными 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 наземной 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.

Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты свёрточных кодов (иногда в сочетании с кодами Рида-Соломона), а также турбо-коды и LDPC-коды.

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 определённый временной интервал (таймслот), в течение которого он производит передачу и прием данных.
  • множественный доступ с кодовым разделением — при этом каждому пользователю выдаётся 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

Антенна терминала VSAT

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

Основная статья: VSAT

Системы VSAT (Very Small Aperture Terminal — терминал с очень маленькой апертурой) 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. Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего приёмника, 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. 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 , Globalstar и Гонец.

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., но в настоящее время компания справилась с ситуацией и готовится вывести спутниковую группировку второго поколения.

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

Основная статья: 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 дешёвый 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 приёмнике 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 ограничения на размер антенны, её направленные свойства и, как правило, на мощность передатчика.

Влияние атмосферы

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

Поглощение в тропосфере

Степень поглощения 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 слоёв 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.

Эффект 100 МГц 300 МГц 1 ГГц 3 ГГц 10 ГГц
Вращение плоскости поляризации 30 оборотов 3,3 оборота 108° 12° 1,1°
Дополнительная задержка сигнала 25 мс 2,8 мс 0,25 мс 28 нс 2,5 нс
Поглощение в ионосфере (на полюсе) 5 дБ 1,1 дБ 0,05 дБ 0,006 дБ 0,0005 дБ
Поглощение в ионосфере (в средних широтах) <1 дБ 0,1 дБ <0,01 дБ <0,001 дБ <0,0001 дБ

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 учётом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400 мс.

Задержка распространения наиболее нежелательна в приложениях реального времени, например, в телефонной и видеосвязи. 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

Основная статья: Солнечная интерференция

При приближении Солнца к оси «спутник — наземная станция» радиосигнал, принимаемый со спутника наземной станцией, как и подаваемый на спутник, искажается в результате интерференции.

> См. также

  • Связь с подводными лодками
  • FTA
  • Спутниковая служба связи
  • Спутниковый модем
  • Мобильная спутниковая станция

Примечания

  1. Артур Кларк. Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give World-wide Radio Coverage? (англ.). Wireless World (Октябрь 1945 г.). Дата обращения 11 января 2011. Архивировано 23 августа 2011 года.
  2. 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.
  3. Communications Satellite Short History. The Billion Dollar Technology
  4. Communications Satellite Short History. The Global Village: International Communications
  5. 1 2 INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 18
  6. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004
  7. Официальный сайт компании «Интерспутник» (недоступная ссылка). Дата обращения 22 мая 2007. Архивировано 30 сентября 2007 года.
  8. Концептуально-правовые вопросы широкополосных спутниковых мультисервисных сетей
  9. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 167
  10. INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 2
  11. INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 73
  12. Технические характеристики спутников серии «Экспресс-АМ»
  13. Характеристики антенны 4.8 метра
  14. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, pp. 6, 108
  15. INTELSAT Satellite Earth Station Handbook, 1999, p. 28
  16. Recommendation ITU-R V.431-6. Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications
  17. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, pp. 6, 256
  18. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 264
  19. 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»
  20. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 283
  21. 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.
  22. Dr. Lin-Nan Lee. LDPC Codes, Application to Next Generation Communication Systems // IEEE Semiannual Vehicular Technology Conference. — October, 2003. Архивировано 8 октября 2006 года.
  23. 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.
  24. Система спутниковой связи и вещания «Ямал» (недоступная ссылка). Дата обращения 22 мая 2007. Архивировано 29 сентября 2007 года.
  25. VSAT FAQ (недоступная ссылка). Дата обращения 6 ноября 2006. Архивировано 3 ноября 2006 года.
  26. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 68
  27. Слюсар, В.И. Thuraya-1 сквозь призму технических новшеств. // Телемультимедиа. – 2001. — № 5(9). 13 – 18. (2001).
  28. Satellite Internet and VSAT Information Centrum
  29. Satellite Communications and Space Weather
  30. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 91
  31. Dennis Roddy. Satellite Communications. McGraw-Hill Telecommunications, 2001, p. 93
  32. Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook. — Artech House, Inc., 2004, p. 34.
  33. Satellite Communications in the Global Internet: Issues, Pitfalls, and Potential

Литература

  • INTELSAT Satellite Earth Station Handbook
  • Dennis Roddy. Satellite Communications. — McGraw-Hill Telecommunications, 2001.
  • Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook. — Artech House, Inc., 2004. — ISBN 1-58053-490-2.
  • Ascent to Orbit, a Scientific Autobiography: The Technical Writings of Arthur C. Clarke. — New York: John Wiley & Sons, 1984.
  • Быховский М. А. Развитие телекоммуникаций. на пути к информационному обществу. Развитие спутниковых телекоммуникационных систем. — М.: Горячая линия − Телеком, 2014. — 436 с. — ISBN 9785991204057.
  • Кукк К. И. Спутниковая связь: прошлое, настоящее, будущее. — М.: Горячая линия − Телеком, 2015. — 256 с. — ISBN 9785991205122.

Ссылки

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

Статья является кандидатом к лишению статуса хорошей с 7 декабря 2019 года

> Спутниковая связь, виды, система, оборудование, средства, орбиты, диапазоны спутниковой связи

Спутниковая связь, виды, система, оборудование, средства, орбиты, диапазоны спутниковой связи.

Спутниковая связь – это один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании в качестве ретрансляторов искусственных спутников Земли, как правило, специализированных спутников связи.

Спутниковая связь. Космическая спутниковая связь. Технология спутниковой связи

Принцип спутниковой связи. Система, оборудование, средства и станции спутниковой связи

Развитие спутниковой связи. История развития в СССР

Использование спутниковой связи. Особенности эксплуатации спутников связи

Орбиты спутниковой связи. Орбиты космических спутников связи

Диапазоны частот спутниковой связи. Виды спутниковой связи

Сколько каналов может организовать один спутник связи? Система спутниковой связи


Спутниковая связь. Космическая спутниковая связь. Технология спутниковой связи:

Спутниковая связь знаменует собой новый этап развития передовых технологий, который неразрывно связан с освоением космического пространства.

Определение спутниковой связи достаточно убедительно звучит в следующей формулировке: спутниковую связь необходимо приравнять к разновидности космической радиосвязи, которая основана на использовании специальных ретрансляторов – искусственных спутников связи.

Спутниковая связь – это один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании в качестве ретрансляторов искусственных спутников Земли, как правило, специализированных спутников связи.

Радиосигнал ретранслируется небольшими космическими аппаратами, которые движутся вокруг Земли по определенной траектории.

Аппарат, выведенный на орбиту в интересах обеспечения ретрансляции и обработки радиосигнала, получил название искусственного спутника связи (сокращенно ИСС). На борту искусственного спутника связи монтируется сложная ретрансляционная аппаратура: блоки приема/передачи сигнала, а также узконаправленные антенны, работающие на определенных частотах. Работа искусственного спутника связи состоит в приеме сигнала, его усилении, частотной обработки и ретрансляции в направлении земных станций, пребывающих в зоне видимости аппарата. Спутник-ретранслятор – автономное устройство, способное обеспечивать свое местопребывание в заданной точке пространства и потребляющее электроэнергию от бортовых источников питания. Система стабилизации обеспечивает заданную ориентацию антенны спутниковой связи. Передачу на Землю данных о положении космического аппарата, прием управляющих команд обеспечивает телеметрическое оборудование.

Ретрансляция полученного радиосигнала может реализовываться с запоминанием и без запоминания, что обусловлено непостоянным пребыванием спутника в зоне видимости земных станций.

На сегодняшний день системы спутниковой связи являются неотъемлемой частью телекоммуникационных магистралей мира, связавших континенты и страны.


Принцип спутниковой связи. Система, оборудование, средства и станции спутниковой связи:

Принцип спутниковой космической связи предполагает передачу/прием радиосигнала с использованием базовых наземных или подвижных станций через спутниковый ретранслятор. Данная специфика обеспечения прохождения радиоволн обусловлена кривизной земной поверхности, препятствующей прохождению радиосигнала. Иными словами, в зоне прямой видимости радиосигнал с одной станции на другую транслируется без задержек. Однако, если стоит задача получить сигнал за многие тысячи километров от передающей станции, то требуется ретранслятор, направляющий сигнал под соответствующим углом на приемную станцию.

По своей сути, спутниковая связь через устройство-ретранслятор является типовой аналогией радиорелейной связи, только в этом случае, ретранслятор располагается на значительном расстоянии (высоте) от земной поверхности, исчисляемой тысячами километров. Если для организации радиосвязи на большие расстояния в разные места земного шара требовалось множество наземных ретрансляторов, то с появлением космических спутников их количество сократилось в разы. Теперь для трансляции радиосигнала с одной материковой части на другую требуется всего один спутник.

Спутниковая связь, в целом, обеспечивается целым комплексом взаимосвязанных элементов системы связи: спутниками-ретрансляторами; стационарными земными станциями спутниковой связи на земной поверхности; центром управления спутниковой связи (ЦУСС) и др. элементами системы.

Для эффективной передачи радиосигнала на большие расстояния аналоговый сигнал не подходит вследствие большой шумовой нагрузки, поэтому его предварительно оцифровывают (т.н. цифровая спутниковая связь), а затем передают на спутник. Для исправления ошибок используют схемы помехоустойчивого кодирования.

На сегодняшний день прием/передачу TV-сигнала и радиовещания на территории РФ обеспечивают спутниковые системы связи (ССС). Спутниковая связь, является ключевым элементом взаимоувязанной сети связи РФ. В состав спутниковой системы связи вошли два базовых компонента – наземный и космический.

Развитие спутниковой связи. История развития в СССР:

Первый искусственный спутник Земли был выведен на орбиту в 1957 году. Вес космического аппарата составлял всего лишь 83,6 кг. Управление спутником осуществлялось через миниатюрный блок – радиопередатчик-маяк. Успешные результаты приема/передачи радиосигнала в открытом космосе позволили реализовать дальновидные планы, предусматривающие использование ИСС в качестве активного и пассивного ретранслятора радиосигнала. Однако, чтобы реализовать столь перспективные планы, необходимо было создать такие космические аппараты, которые могли нести достаточный вес (разнообразную приемо-передающую аппаратуру). Кроме того, чтобы вывести на орбиту искусственный спутник, нужны были мощные ракетные двигатели и оборудование. После того, как российскими инженерами были решены эти проблемы, появилась возможность запускать в открытый космос ИСС для проведения научных и исследовательских работ, решения навигационных, метеорологических, разведывательных задач, а также для обеспечения стойкого канала связи для передачи радиосигналов на большие расстояния. Процесс формирования спутниковой системы связи (ССС) активизировался после запуска первого искусственного спутника. В рамках реализации данной концепции на земной поверхности начали строить базовые приемо-передающие станции, оснащенные параболическими антеннами. Диаметр антенны достигал 12 метров, что позволило обеспечить стойкий прием и передачу радиосигнала. В 1965 году российскими инженерами удалось обеспечить получение телевизионных программ во Владивостоке, транслируемых из Москвы через ССС.

В 1967 году после тестирования и доведения технической мощности до требуемых параметров была введена в строй система спутниковой связи «Орбита». В 1975 году на круговую орбиту был выведен космический спутник «Радуга». Расстояние от земной поверхности до искусственного летательного аппарата составило почти 36 км. Направление вращения планеты и спутника практически совпадало, поэтому ИСС буквально «парил» над Землей, оставаясь неподвижным на протяжении суток. Данное техническое решение упрощало передачу управляющих команд на космический аппарат и гарантировало функционирование стабильного канала приема/передачи радиоволн. В последующем на орбиту был выведен более совершенный ИСС «Горизонт».

Результаты эксплуатации ИСС «Орбита» показали неэффективность обслуживания радиосигнала в интересах трансляции телепрограмм в небольших населенных пунктах, насчитывающих несколько десятков тысяч человек местных жителей. Поэтому, приоритет был предоставлен компактным наземным станциям приема-передачи сигнала, обслуживаемым ССС «Экран». Искусственный спутник данной системы спутниковой связи был выведен на околоземную орбиту в 1976 году. Теперь программы центрального телевидения могли смотреть люди даже в отдаленных местах Сибири и Дальнего Востока.

В 80-х годах прошлого века через ИСС «Горизонт» активно эксплуатировалась система спутниковой связи «Москва».

Использование спутниковой связи. Особенности эксплуатации спутников связи:

В начальный период освоения околоземного пространства в интересах ретрансляции радиосигнала в космос запускались простейшие спутники, содержащие минимум аппаратуры на борту (космические спутники «ЭХО» и «ЭХО-2»). В качестве ретранслятора использовалась металлическая сфера корпуса, обладающая отражающим действием. Нередко в качестве отражателя использовалась полимерная сфера с металлическим напылением. Коэффициент полезного действия подобных устройств был чрезвычайно низким, поэтому пассивные искусственные спутники должного развития не получили. Их полной противоположностью стали активные искусственные спутники, имеющие внутри сложную электронную начинку, предназначенную для приема, обработки, усиления и передачи радиосигнала в любую точку земного шара.

По способу обработки радиосигнала космические спутники классифицируются на два типа: регенеративные и нерегенеративные ИСС.

Регенеративные спутники связи осуществляют более объемный набор операций – на стадии приема сигнала производит его демодуляцию, а в момент ретрансляции осуществляет его модуляцию. Такой способ обработки радиосигнала требует дополнительного оборудования и характеризуется достаточной сложностью. Регенеративные спутники отличаются высокой стоимостью.

Нерегенеративные спутники связи обеспечивают простейший набор операций с радиосигналом. В момент приема сигнала от земной станции – искусственный спутник связи обеспечивает его усиление и перенос на другую частоту. В последующем, радиосигнал ретранслируется на другую земную станцию. Спутник может одновременно принимать и передавать множество радиосигналов по разным каналам (транспондерам). Каждому каналу отводится выделенная часть спектра. Недостатком метода является заметная задержка ретранслируемого радиосигнала, обусловленная двойным регламентом исправлением ошибок.

Орбиты спутниковой связи. Орбиты космических спутников связи:

На данный момент существует следующая классификация орбит спутниковых ретрансляторов.

Экваториальная орбита спутниковой связи. Характерной особенностью экваториальной орбиты выступает геостационарный подход, заложенный в основу предложенной технологии. Сущность подхода заключается в том, что угловая скорость спутника-ретранслятора и Земли не только совпадают, но и осуществляются в одном направлении. Иными словами, направление движения спутника и вращения нашей планеты идентичны. Главный плюс экваториальной орбиты заключается в том, что земной приемник постоянно пребывает на связи со спутником. В этом случае спутник, будто находится на одном месте, поэтому радиоволны не встречают препятствий.

К недостаткам предложенного варианта обращения спутника связи относится следующее:

– поскольку на орбиту одновременно выводится сотни и тысячи разных спутников, возрастает риск столкновения их друг с другом, поэтому приходится тщательно рассчитывать и контролировать их траектории;

– большая высота (около 36 тыс. км) вывода спутников на орбиту приводит к существенным задержкам при передаче полезной информации (эффект запаздывания радиосигнала);

– значительная высота вывода спутников на орбиту требует существенных материальных затрат;

– невозможность обслуживания земных станций в приполярных областях.

Наклонная орбита спутниковой связи представляет собой более сложный вариант движения в космическом пространстве и взаимодействия спутника с земными станциями.

В рамках предложенной схемы земные станции оборудуются специальными приборами слежения, которые облегчают поиск космического ретранслятора на околоземной орбите и обеспечивают коррекцию угла поворота антенного зеркала. Важным плюсом данного подхода является опция постоянного сопровождения спутника. Иными словами, земная станция постоянно контролирует местоположение спутника и «ведет» его по небосклону. Новшество полностью оправдывает себя в предаварийных и форс-мажорных ситуациях, когда владельцы спутников по разным причинам не контролируют их местоположение.

Полярная орбита спутниковой связи отождествляется с частным случаем наклонной орбиты и предполагает наклон к плоскости экватора в 90°.

Диапазоны частот спутниковой связи. Виды спутниковой связи:

Земные станции передают радиосигнал на спутник в определенном диапазоне. Специфика данного процесса обусловлена тем, что диапазон частот на передачу радиосигнала с земной станции отличается от частотного спектра сигнала, ретранслируемого со спутника. Иными словами, для передачи радиосигнала используется один диапазон частот, а для ретрансляции – другой. Данная особенность поясняется тем, что слои атмосферы по-разному пропускают радиосигнал, активизируя процесс затухания и поглощения сигнала. Диапазоны частот спутниковой связи определяются “Регламентом радиосвязи”, при этом принимается во внимание специфика “окон прозрачности для радиоволн” атмосферы, уровень радиопомех и влияние др. факторов.

Диапазоны частот, используемые в спутниковой связи, обозначаются специальными буквами.

Для L-диапазона выделяется полоса частот 1, 5-1,6 ГГц, сфера применения подвижная спутниковая связь (ПСС).

Для S-диапазона выделяется полоса частот 1, 9-2,2 и 2,4-2,5 ГГц, сфера использования подвижная спутниковая связь (ПСС).

Для C-диапазона выделяется полоса частот 4-6 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС).

Для Ku-диапазона выделяется полоса частот 11, 12, 14 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС), спутниковое вещание.

Для K-диапазона выделяется полоса частот 20 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС), спутниковое вещание.

Для Ka-диапазона выделяется полоса частот 30 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС), подвижная спутниковая связь (ПСС), связь между спутниками.

Для ENF-диапазона выделяется полоса частот 40-50 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС), перспектива.

Более высокое качество приема радиосигнала обеспечивает C-диапазон, однако для этого требуется антенна с увеличенным диаметром тарелки.

Сколько каналов может организовать один спутник связи? Система спутниковой связи:

Типовой спутниковый приемопередатчик, работающий в диапазоне 4-6 ГГц, занимает полосу частот, шириной 36 МГц, что позволяет обеспечить ретрансляцию 6 TV-каналов или 3,6 тыс. телефонных каналов. На одном спутнике обычно устанавливают 12 или 24 приемопередатчика.

В перспективе современная система спутниковой связи будет включать несколько подсистем:

– фиксированную спутниковую связь (ФСС), предназначенную для обслуживания взаимоувязанной сети связи РФ;

– подсистему спутникового телевещания и радиовещания;

– подсистему подвижной спутниковой связи (ПСС), предназначенную для обслуживания потребностей удаленных и подвижных абонентов.

Для того, чтобы спутниковый ретранслятор могли эксплуатировать многие пользователи применяют технологию множественного доступа с частотным, кодовым или временным разделением.

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //.com


карта сайта

спутниковые системы сети линии связи
станция операторы услуги использование расчет характеристика организация телефон спутниковой связи
работа спутник военная мобильная современная спутниковая связь тарифы иридиум в россии интернет официальный сайт купить глобалстар инмарсат гонец
спутниковый канал связи

Спутниковая связь: принцип действия, зона покрытия, характеристики каналов и тарифные планы

В последние годы наибольшее распространение среди спутниковых сетей получили так называемые VSAT-сети – самый экономичный способ высокоскоростного подключения к Интернету. В сравнении с другими аналогичными технологиями стоимость передачи одного Мб данных при помощи VSAT обходится в 5-10 раз ниже. И возможности спутниковой связи этого типа не ограничиваются одним лишь доступом в Интернет – она позволяет организовать информационную инфраструктуру любой сложности и в таких регионах, где сделать это иным способом невозможно.

Технология будущего

Спутниковая связь — это вид радиосвязи, использующий искусственные спутники в качестве ретрансляторов. Она осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и передвижными. Терминал VSAT состоит из спутниковой антенны, модема и приемопередатчика. Работа системы осуществляется через связь центра управления и спутника-ретранслятора. VSAT – технология, позволяющая организовать систему, независимую от наземных каналов связи.

Идея такой связи принадлежит английскому ученому Артуру Кларку, который еще в 1945 году предложил создать системы спутников связи на геостационарных орбитах, но не запатентовал это изобретение, так как считал, что реализовать подобное на практике невозможно. Однако уже в 1950-х его идеи начали воплощаться в жизнь – СССР запустил первый искусственный спутник с радиоаппаратурой на борту. А в 1965 году появился первый настоящий спутник связи «Молния-1». В то же самое время американцы создали первый прототип VSAT, экспериментируя с сетью спутниковой телефонной связи на Аляске. В то время самая компактная спутниковая станция имела антенну диаметром 9 м и стоила полмиллиона долларов.

Возможности первых спутников были более чем скромными, но с тех пор прошло много времени и технологии шагнули далеко вперед. Спутниковая связь развивается и становится все более доступной. Последние достижения в этой области говорят об огромном потенциале в расширении пропускной способности каналов передачи. Будущее систем спутниковой связи за широкополосными широковещательными приложениями и спутниковыми системами подвижной связи.

Безграничные возможности

Главное преимущество спутниковой связи – возможность осуществлять связь в любой точке мира, даже в самых отдаленных от цивилизации местах. Для российских условий это особенно актуально, ведь в нашей стране телекоммуникационные сети развиты далеко не повсеместно. Такие услуги связи просто незаменимы для организаций, занимающихся геологоразведкой, на буровых станциях, в нефтедобывающих отраслях промышленности. Первыми оценили преимущества спутниковой связи медиахолдинги и лишь потом – госструктуры и крупные корпорации.

Причина такой востребованности понятна – посредством спутниковой связи можно быстро сформировать обширную сетевую инфраструктуру, которая не будет зависеть от наземных каналов связи.

Двухсторонний спутниковый интернет, телефония, корпоративная спутниковая сеть, мобильная спутниковая связь, видео-конференц-связь, аудио-конференц-связь, передача данных различного объема, спутниковые каналы связи – вот далеко не полный список возможностей спутниковой связи.

Однако при всем развитии технология все же имеет и свои недостатки. Один из ключевых минусов системы – задержка распространения сигнала. Это особенно критично в телефонной связи и других приложениях real-time. Следует также отметить, что на качество спутниковой связи оказывают влияние и атмосферные явления.

Свести эти недостатки к минимуму можно посредством приобретения действительно качественного оборудования (как правило – производства США) и грамотной профессиональной настройки.

Спутниковые системы связи

Существует несколько вариантов организации спутниковой связи, у каждого из которых есть свои специфические сферы применения. Классификация современных систем связи, прежде всего, основывается на типе абонентского терминала. Последние, в свою очередь, подразделяются на терминалы фиксированной службы спутниковой связи (ФСС) и на терминалы подвижной службы спутниковой связи (ПСС). К самым распространенным терминалам первого типа относятся VSAT-станции или системы VSAT (Very Small Aperture Terminal – терминал с очень маленькой апертурой). Это станция спутниковой связи с антенной диаметром 0,9-2,4 м, предназначенная для передачи данных и голосового трафика по каналам спутниковой связи. VSAT терминалы – наилучший способ организации связи там, где инфраструктура развита слабо – например, в местах добычи нефти и газа.

Среди терминалов второго типа шире всего распространены абонентские спутниковые «трубки» систем Iridium и Globalstar. Системы подвижной спутниковой связи разрабатывались для организации связи между мобильными объектами, то есть находящимися в движении. В частности – для организации морской, воздушной, автомобильной и железнодорожной спутниковой связи.

Зона покрытия и частотный диапазон

Канал связи, устанавливаемый между спутником и станцией, характеризуется в первую очередь частотным диапазоном. Существует несколько частотных диапазонов:

  • C-диапазон (6 ГГц / 4 ГГц);
  • Ku-диапазон (14 ГГц / 11 ГГц);
  • Ka-диапазон (30 ГГц / 20 ГГц).

C-диапазон , как правило, используется для организации средне- и высокоскоростных магистральных каналов. Он наименее всего подвержен влиянию атмосферы Земли.

Шире всего в наши дни используется Ku-диапазон , предоставляющий оптимальное соотношение зон покрытия и размеров абонентских наземных станций. Именно этот факт дал толчок к развитию VSAT-сетей, где используются антенны диаметром до 2,4 м.

Использование Ka-диапазона в фиксированной спутниковой службе дает возможность применения антенн с диаметром менее 75 см и организации высокоскоростных спутниковых каналов (до 10-15 Мб/c) на одного абонента. Появление этого диапазона дало мощный стимул развитию спутниковой связи и значительно расширило сферу ее применения за счет снижения стоимости технологии.

Услуги спутниковой связи в России

Российский рынок спутниковой связи и вещания развивается очень динамично и растет, как минимум, на 15% в год. Наибольшие показатели роста демонстрирует сегмент фиксированной спутниковой связи – около 15%, в основном за счет VSAT-сетей. Потребители российского рынка VSAT – это государственные учреждения, крупные корпорации с большой сетью филиалов, средний и малый бизнес, а также частные пользователи.

В России всего два владельца спутников – ФГУП «Космические системы» и «Газпром космическая связь». «Космические системы» входит в десятку крупнейших спутниковых операторов мира по объему орбитально-частотного ресурса. Ему принадлежит самая большая в России спутниковая группировка, а зоны обслуживания спутников, расположенных на орбите в точках от 14 o з.д. до 140 o в.д., охватывают всю территорию России, страны СНГ, Европы, Ближний Восток, Африку, Азиатско-Тихоокеанский регион, Северную и Южную Америку, Австралию. «Газпром космические системы», дочернее предприятие ОАО «Газпром», осуществляет космическую деятельность в области создания и эксплуатации телекоммуникационных и геоинформационных космических систем. Компанией создана система спутниковой связи и телевидения «Ямал», которая включает в себя орбитальную группировку спутников связи и наземную космическую инфраструктуру. В настоящее время ведутся работы по развитию системы спутниковой связи и телевидения «Ямал».

Сегодня в России несколько значимых операторов VSAT-сетей, которые обслуживают около 80 000 VSAT-станций. 33% таких терминалов находится в Центральном федеральном округе, по 13% – в Сибирском и Уральском федеральных округах, 11% – в Дальневосточном и по 5-8% – в остальных федеральных округах. Среди крупнейших операторов следует выделить:

Группа компаний «AltegroSky» , объединившая несколько операторов – «Рэйс Телеком», «Сетьтелеком», «Астра-Интернет» и «Московский телепорт». Осуществляет как операторские услуги, так и дистрибуцию спутникового оборудования связи.

«РуСат» . На порядок меньше AltegroSky, но тоже серьезный игрок на рынке. Среди его клиентов присутствуют и коммерческие предприятия, и государственные структуры. Организует телетрансляции с использованием спутниковых каналов.

«Дозор-Телепорт» – компания-оператор и дистрибьютор оборудования iDirect Technologies. Основа клиентуры – корпоративные заказчики, получающие широкополосный доступ в интернет на базе VSAT-терминалов.

КБ «Искра» – быстро развивающаяся группа компаний, оказывающая широкий спектр телекоммуникационных, проектных, инжиниринговых, а также строительных услуг. Основное направление работ – это операторская деятельность в области спутниковых технологий: создание корпоративных сетей и предоставление каналов связи. В 2014 г., по данным журнала Comnews, компания стала второй в России количеству спутниковых станций (порядка 10 000 станций на территории РФ).

СТЭК.КОМ была основана в 2003 году. Сегодня это одна из крупнейших спутниковых сетей связи в России, располагающая более чем 5000 VSAT-терминалов. Компанию отличают широкий спектр оказываемых услуг (телефония, передача данных, широкополосный доступ в Интернет, видеоконференцсвязь, удаленное видео-наблюдение, VPN – сети, системная интеграция и др.), возможность предоставления услуг связи в любой точке России и СНГ и использование оборудования компании Gilat (Израиль).

Тарифные планы

В основном тарифные планы всех операторов делятся на планы с оплатой по траффику или с фиксированным ежемесячным платежом. Кроме того, многие провайдеры предлагают оптимизированные под запросы тех или иных клиентов решения, например, ночной тариф. Его особенностью является сниженные ставки на работу в ночное время суток.

В среднем для корпоративных клиентов цена тарифов с фиксированным платежом составляет от 1 500 рублей за 4,6-4,9 Гб при максимальной скорости скачивания 256 Кб/сек до 50 000 рублей за 96-105 Гб при максимальной скорости скачивания 4 000 Кб/сек в месяц.

Спутниковая Радиосвязь — История, Основные Виды ИСЗ

Спутниковая связь — вид радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников Земли (ИСЗ) в качестве ретрансляторов.

В 1957 году запустили первый спутник. Там стояли два передатчика на разных частотах, который передавал сигнал “БИП, БИП, БИП”. Это был первый, официальный, известный спутник, который преодолел первую космическую скорость (7 844 м/с на высоте 100 км) и вышел на орбиту сделав несколько витков. Это был шар в котором был аккумулятор, два передатчика и антенна.

Потом оказалось, что с помощью спутника можно осуществлять связь, причем связь практически не ограниченная по расстоянию в пределах Земного шара. Низкочастотные радиоволны не проходят за ионосферу, они отражаются либо огибают Земной шар.

Когда переходим в УКВ диапазон часть энергии начинает проходить через ионосферу и уходить в космическое пространство. Это ограничивает связь по дальности на Земном шаре, но позволяет связываться с космическими аппаратами, а космический аппарат может связаться с наземными станциями, которые могут передавать ему сигнал и принимать сигнал со спутника. В зависимости от системы связи, земная станция может быть стационарной и подвижной, что не ограничивает использование спутниковой связи никаким образом.

Спутники используются, как ретрансляторы. Использование ИСЗ позволяет резко увеличить дальность радиосвязи, так как ретранслятор располагается высоко над Землей, от сотен до десятков тысяч км.

Спутники связи эта та часть космической программы человечества от которой есть польза для всех людей. Вот Гагарин слетал в космос и этим было доказано, что человека можно запустить в космос и он вернется живым и с непомутненным рассудком. Хотя, когда отправили второго космонавта Титова, это на уровне слухов, у него с головой было не все в порядке, Гагарин сделал один виток, может быть испугаться не успел, а Титов 17 витков. Но теперь люди сидят год на космической станции и все нормально.

Преимущества спутниковой связи

  • Большая пропускная способность, по сравнению с радиорелейной линией примерно тоже самое. Можно использовать широкий частотный диапазон.
  • Существуют спутники связи, которые обладают глобальным действием.
  • Высокое качество связи.

История развития спутниковой связи

23 апреля 1965 года в СССР был успешно запущен на высокую эллиптическую орбиту спутник Молния-1. На марке виден Земной шар, Советский Союз, а спутник находится на эллиптической орбите.

В одном из фокусов орбиты стоит Земной шар, спутники вращаются по орбите, спутник выходит, устанавливает связь с антенной и пока он находится в зоне видимости, связь спутник поддерживает, потом спутник уходит из зоны видимости и в это время в зону видимости должен войти второй спутник. На высокой эллиптической орбите должны быть минимум 3 аппарата, чтобы связь была непрерывной.

В рамках международной программы Intelsat первый коммерческий спутник связи Early Bird (Ранняя Пташка), произведенный корпорацией COMSAT был запущен 6 апреля 1965 года.

Основные разновидности ИСЗ

Конфигурация системы спутниковой связи зависит от типа ИСЗ, вида связи и параметров земной станции. Три основных разновидности ИСЗ в зависимости от орбиты спутника:

  • ИСЗ на высокой эллиптической орбите (ВЭО)
  • ИСЗ на геостационарной орбите (ГСО)
  • ИСЗ на низковысотной орбите (НВО)

ИСЗ на высокой эллиптической орбите (ВЭО)

Спутники типа “Молния” с периодом обращения 12 часов, наклоном орбиты 63 градуса, высотой апогея над северным полушарием 40 тыс. км.

У спутника переменная скорость. В области апогея скорость движения ИСЗ замедляется и обеспечивает радиовидимость 6…8 часов. 6…8 часов это то время, когда один спутник находится в рабочей зоне. Для обеспечения непрерывной связи на одной орбите необходимо расположить не менее трех спутников, а лучше 4.

Преимущества ИСЗ с ВСО большой размер зоны обслуживания.

Недостатки: необходимость слежения земных антенн за спутниками и переориентация этих антенн с заходящего спутника на восходящий.

ИСЗ на геостационарной орбите (ГСО)

ГСО это орбита, на которую если поставить спутник, он будет вращаться вместе с Землей с одинаковой скоростью. Он находится неподвижно относительно земной точки.

ГСО — круговая орбита с периодом обращения ИСЗ 24 часа, расположенная в плоскости экватора на высоте 35 875 км с поверхности Земли. Орбита синхронно вращается с вращением Земли, поэтому спутник находится неподвижно относительно земной поверхности.

Достоинства:

  • Зона обслуживания одного спутника достигает треть поверхности Земли, т.е. 3-х спутников достаточно для глобальной сети.
  • Антенны земных станций не требуют систем слежения. Антенна неподвижна.

Недостатки:

  • В северных широтах спутник виден под малыми углами к горизонту и совсем не виден в приполярных областях.
  • Ограничение на количество спутников на ГСО.
  • Достаточно высокая цена запуска ИСЗ.

ИСЗ на низковысотной орбите (НВО)

Это орбиты порядка несколько сот километров над поверхностью Земли. Спутники вращаются по круговым орбитам с высокой скоростью, но относительно Земной поверхности. Спутники ходят по кольцу, стоят друг за другом чтобы обеспечить бесперебойную связь. Спутники на НВО дешевые, но они недолго находятся в зоне видимости.

электросвязь / 51. Диапазоны частот ССС

Лекция 51

Диапазоны частот

Использование различных частот для систем радиосвязи и вещания, включая спутниковые, строго регламентируется международными организациями. Это необходимо для достижения совместимости различных систем, а также для предотвращения взаимных помех при работе различных служб. В 1977 году состоялась Всемирная административная радио конференция (WARC-77) по планированию вещательной спутниковой службы, на которой был принят ныне действующий Регламент радиосвязи. В соответствии с ним вся территория Земли разделена на три района, для вещания в каждом из которых выделены свои полосы частот.

Район 1 включает Африку, Европу, Россию, Монголию и страны СНГ.

Район 2 охватывает территорию Северной и Южной Америки.

Район 3 это территории Южной и Юго-Восточной Азии, Австралия и островные государства Тихо-Океанского региона.

В соответствии с этим регламентом для систем спутниковой связи выделено несколько диапазонов частот, каждый из которых получил условное обозначение буквой латинского алфавита.

Наименование диапазона

Полоса частот в ГГц

L -диапазон

1,452-1,550 и 1,610-1,710

S — диапазон

1,93 — 2,70

C — диапазон

3,40 -5,25 и 5,725 — 7,075

X — диапазон

7,25 — 8,40

Ku — диапазон

10,70 — 12,75 и 12,75 — 14,80

Ka — диапазон

15,40 — 26,50 и 27,00 — 30,20

K — диапазон

84,0 — 86,0

Большинство действующих систем спутниковой связи на базе геостационарных спутников работают в диапазонах С (6/4 Ггц) и Ku (14/11 Ггц). Ка — диапазон в нашей стране пока широко не применяется, но идет его бурное освоение в Америке и Европе. Эффективность приемных зеркальных антенн («тарелок») пропорциональна числу длин волн, укладывающихся в ее поперечнике. А длина волны с увеличением частоты уменьшается. Следовательно, при одинаковой эффективности размеры антенн уменьшаются с увеличением частоты.

Если для приема в диапазоне С требуется антенна 2,4 — 4,5 м, то для диапазона Ku ее размер уменьшится до 0,6 — 1,5 м, для диапазона Ка он может быть уже 30 — 90 см, а для К — диапазона — всего 10 — 15 см.

При одинаковых размерах антенна в диапазоне Ku имеет коэффициент усиления примерно на 9,5 дБ больше, чем в диапазоне C. Обычно, ЭИИМ спутников в диапазоне C не превышает 40-42 дБ, тогда как в диапазоне Ku нередки уровни ЭИИМ 50-54 дБ для систем фиксированной спутниковой связи, и даже 60-62 дБ для спутников систем НТВ. По тем же причинам, коэффициент усиления приемных антенн на спутниках-ретрансляторах в диапазоне Ku выше, чем в диапазоне C. В результате, размеры антенн и мощность передающих устройств земных станций в диапазоне Ku в большинстве случаев меньше, чем в диапазоне C. Например, для работы со спутником «Горизонт» в диапазоне C требуются земные станции с антеннами не менее 3,5 м и передатчиком около 20 Вт. В то же время, земные станции с такой же пропускной способностью для работы со спутником «Интелсат» (Intelsat) в диапазоне Ku могут оснащаться антеннами диаметром 1,2 м и передатчиком 1 Вт. Стоимость первой станции примерно в два раза выше, чем второй при одинаковых пользовательских характеристиках.

В пользу диапазона Ku говорит также факт, что полоса частот, выделенных МСЭ для систем спутниковой связи в этом диапазоне, более чем два раза превышает полосу в диапазоне C. К недостаткам диапазона Ku следует отнести повышенные, по сравнению с диапазоном C, потери во время дождя, что требует создания запаса по усилению антенны для их компенсации. Это ограничивает применение диапазона Ku в регионах с тропическим и субтропическим климатом. Для большинства же районов России необходимый запас не превышает 3-4 дБ, для создания которого достаточно увеличить диаметр антенны на 20-30% в сравнении с регионами с сухим климатом.

В связи с изложенным, большинство сетей спутниковой связи на базе VSAT строятся в диапазоне Ku. Для работы систем спутниковой связи выделяются определенные полосы частот, в рамках которых возможно размещение большого числа каналов. При используемых в настоящее время методах модуляции полоса частот одного симплексного (однонаправленного) канала, выраженная в килогерцах (кГц), примерно равна скорости передачи, выраженной в килобитах в секунду (кбит/с). Таким образом, для передачи данных в одном направлении со скоростью 64 кбит/с требуется полоса около 65 кГц, а для канала Е1 (2048 кбит/с) необходима полоса частот около 2 МГц. Для двухсторонней (дуплексной) связи требуемую полосу необходимо удвоить. Следовательно, для организации дуплексного канала со скоростью передачи 2 Мбит/с потребуется полоса частот около 4 МГц.

Это соотношение выполняется и для большинства других радиоканалов, а не только спутниковых. Для стандартного спутникового ствола с полосой 36 МГц максимальная скорость передачи составляет около 36 Мбит/с.

Но большинству пользователей такие высокие скорости не нужны и они используют лишь часть этой полосы. Поэтому в одном стволе спутника могут работать десятки пользователей и необходимо предпринимать меры по разделению сигналов различных пользователей.