Организация спутниковых систем

Спутниковые системы связи

Существенным преимуществом спутниковых систем связи по сравнению с пейджинговой и сотовой является отсутствие ог­раничений по привязке к конкретной местности Земли. Ожида­ется, что в начале XXI в. площадь зон обслуживания сотовых систем приблизится к 15 % площади земной поверхности.

В обозримом будущем системы персональной спутниковой связи способны дополнить системы сотовой связи там, где она невозможна или недостаточно эффективна при передаче инфор­мации: в морских акваториях, в районах с малой плотностью на­селения, в местах разрывов наземной инфраструктуры коммуни­каций.

В соответствии с международными соглашениями для спут­никовых систем связи выделены полосы частот, соответствую­щие установленным диапазонам, представленные в табл. 2.11.

Современные спутники используют узкоапертурную техно­логию передачи VSAT (Very Small Aperure Terminals). Такие тер­миналы используют антенны диаметром 1 метр и выходную мощность около 1 Вт. При этом канал к спутнику имеет пропу­скную способность 19,2 Кбит/с, а со спутника более 512 Кбит/с. Непосредственно такие терминалы не могут работать друг с дру­гом, но через телекоммуникационный спутник. Для решения этой проблемы используются промежуточные наземные антенны с большим усилением, что, правда, увеличивает задержку.

Терминальные антенны VSAT имеют диаметр 1—1,5 м и из­лучаемую мощность 1—4 Вт, обеспечивая широкополосность до 64 кбит/с. Такие небольшие антенны не позволяют таким тер­миналам общаться непосредственно. На рис. 2.20, а станции А и Б не могут связываться непосредственно друг с другом. Для пе­редачи данных используется промежуточная станция с большой антенной и мощностью (на рис. 2.20, а — антенна В).

Рис. 2.20. Варианты организации спутниковой связи: а — схема спутниковой связи VSAT; б — принцип геостанционарных орбит а б

Типичный спутник имеет 12—20 транспондеров, каждый из которых имеет полосу 36—50 МГц. Один транспондер может обеспечить информационный поток в 50 Мбит/с или 800 х 64-килобитовых каналов цифровой телефонии (32 Кбит/с). Два транспондера могут использовать разную поляризацию сиг­нала и по этой причине работать на одной и той же частоте. Каждый телекоммуникационный спутник снабжен несколькими антеннами. Нисходящий луч может быть сфокусирован на дос­таточно ограниченную область на земле (с диаметром несколько сотен километров), что также упрощает осуществление двуна­правленного обмена.

Структура системы спутниковой связи включает следующие составляющие:

• космический сегмент, состоящий из нескольких спутни­ков-ретрансляторов;

• наземный сегмент, содержащий центр управления систе­мой, центр запуска космического аппарата (КА), команд- но-измерительные станции, центр управления связью и шлюзовые станции;

• пользовательский (абонентский) сегмент, осуществляющий связь с помощью персональных спутниковых терминалов;

• наземные сети связи, с которыми через интерфейс сопря­гаются шлюзовые станции космической связи.

Космический сегмент представляет собой несколько спутни­ков-ретрансляторов, размещенных равномерно на определенных орбитах и образующих космическую группировку.

Космический аппарат связи содержит: центральный процес­сор, радиоэлектронное оборудование, антенные системы, систе­мы ориентации и стабилизации положения КА в пространстве, двигательную установку и систему электропитания.

Спутник в системе низкоорбитальной связи находится на высоте около 1000 км и движется со скоростью около 7 км/с. Время, в течение которого его можно наблюдать из некоторой точки поверхности Земли (время видимости), не превышает 14 мин. После этого спутник «уходит» за линию горизонта. Для поддержания непрерывной связи (например, при телефонном разговоре) необходимо, чтобы в тот момент, когда первый спут­ник покидает зону обслуживания, его заменял следующий и т. д. Это похоже на сотовую телефонную связь, где роль базовых станций выполняют спутники. Для обеспечения связью абонен­тов не только в зоне видимости одного КА, но и на всей терри­тории Земли, соседние спутники должны связываться между со­бой, передавая друг другу информацию. Для надежного охвата всей территории Земли необходимо иметь большое количество спутников — в проекте спутниковой системы связи Teledesic предусматривается использование почти тысячи спутников. Не­обходимое количество спутников уменьшается с увеличением высоты орбиты, так как увеличивается зона видимости. Благода­ря этому снижается стоимость орбитальной группировки и, со­ответственно, услуг связи. Но при этом из-за увеличения даль­ности связи неизбежно усложняются и удорожаются персональ­ные спутниковые терминалы. Таким образом, число спутников в орбитальной группировке является результатом компромисса между стоимостью и желаемым объемом услуг связи, с одной стороны, и простотой персонального спутникового терминала — с другой. Это надо принимать во внимание при ориентации на ту или другую систему связи.

Системы спутниковой связи «Горизонт» и «Экспресс» в на­стоящее время обеспечивают телефонную связь, телевизионное и звуковое вещание, передачу потоков информации во многих регионах России, а также в ряде зарубежных стран. Система «Го­ризонт» с 8 космическими аппаратами на орбите с 1979 г. и по настоящее время является основной составной частью сети спут­никовой связи России. На базе КА «Горизонт» создан ряд неза­висимых сетей — «Интерспутник», «Орбита», «Москва», «Моск­ва-Глобальная».