Орбиты спутников связи.

Орбита – это траектория движения спутника в пространстве. Плоскость орбиты неподвижна во времени и проходит через центр Земли, а орбита имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого расположена Земля. Точка пересечения линии, соединяющей ИСЗ и центр Земли, с поверхностью земного шара называется подспутниковой точкой. Высота эллиптической орбиты h (расстояние между ИСЗ и его подспутниковой точкой) меняется во времени с периодом, равным времени обращения спутника по орбите. Максимальное значение высоты орбиты называется высотой в точке апогея, а минимальное — высотой в точке перигея.

В системах спутниковой связи (ССС) используются ИСЗ, отличающиеся следующими параметрами: формой орбиты (круговая или эллиптическая), высотой над поверхностью Земли и наклонением, то есть углом между экваториальной плоскостью и плоскостью орбиты.

При построении ССС могут быть использованы следующие типы орбит:

• геостационарная орбита {GEO — Geostationary Earth Orbit};

• низкие круговые орбиты {LEO — Low Earth Orbit};

• средневысотные круговые орбиты {МЕО — Medium Earth Orbit};

• эллиптические околоземные {ЕЕО — Elliptical Earth Orbit}.

Подавляющая часть существующих ССС использует для размещения спутника-ретранслятора (СР) геостационарную орбиту, основными достоинствами которой являются возможность непрерывной круглосуточной связи и практически полное отсутствие допплеровского сдвига частоты. Вследствие этого при достижимых на сегодняшний день точностях удержания СР в рабочей точке на орбите и систем ориентации бортовых антенн на земной станции нет необходимости использовать достаточно сложные и дорогие следящие системы наведения антенн. Это существенно снижает стоимость наземного сегмента ССС и затраты на его эксплуатацию.

История коммерческих спутниковых сетей связи (ССС) началась в апреле 1965 г. с выводом на орбиту впервые в мире гражданского спутника связи INTELSAT-1 (другое название EARLY BIRD), ставшего первым спутником- ретранслятором (СР) международной организации Intelsat (International Telecommunications Satellite Organization), учрежденной в августе 1964 г.

Концепция спутниковой связи проста и заключается в том, что

промежуточный ретранслятор радиосети связи устанавливается на борту искусственного спутника Земли (ИСЗ), который движется по орбите почти без затрат энергии на это движение. На практике незначительные затраты энергии обычно необходимы лишь для коррекции параметров орбиты СР, которые могут меняться под влиянием различных дестабилизирующих факторов.

Энергообеспечение бортового ретрансляционного комплекса (БРТК) осуществляется от солнечных батарей (СБ) и подзаряжаемых от СБ аккумуляторов, которые питают бортовую аппаратуру в периоды затенения Солнца Землей. Таким образом, СР представляет собой в значительной степени автономную систему и способен предоставлять

услуги связи в течение длительного времени. Срок службы современных спутников-ретрансляторов составляет от 5 до 15 лет.

Находясь на достаточно высокой орбите, единственный СР способен

предоставить информационные услуги пользователям, размещенным на огромной территории диаметром от 1,5 - 2 тыс. км до примерно 16 тыс. км.

Областью обслуживания ССС называется часть земной поверхности и околоземного пространства, между любой парой точек которой возможна передача информации с заданной скоростью и качеством. «Геометрия» области обслуживания определяется не только параметрами орбиты ретранслятора и характеристиками бортового радиотехнического комплекса (БРТК), но и характеристиками используемых земных станций (ЗС), а также требованиями к пропускной способности каналов связи и качеству передачи информации.

Если необходимые размеры области обслуживания велики настолько, что не могут быть покрыты одним ретранслятором, то используют орбитальную группировку, состоящую из нескольких ретрансляторов, каждый из которых обслуживает часть (зону) области обслуживания. Разбиение на зоны может использоваться и при наличии одного СР с БРТК, оборудованным многолучевой приемопередающей антенной, каждый луч которой формирует свою зону обслуживания. Обычно зоны частично перекрываются, образуя сплошную область обслуживания. Иногда целесообразным оказывается использование нескольких изолированных зон, например, при объединении посредством ССС информационных структур нескольких мегаполисов в единую инфраструктуру. В любом случае при зональном обслуживании для обеспечения возможности связи между земными станциями, находящихся в разных зонах обслуживания, необходима организация межзоновых каналов связи.

Спутниковые системы связи работают в диапазоне частот от нескольких сотен МГц до нескольких десятков ГГц в специально выделенных Регламентом радиосвязи участках спектра. Применительно к ССС широко используются условные буквенные обозначения диапазонов частот, введенные из соображений секретности еще в годы Второй мировой войны: L-диапазон (0,5-1,5 ГГц), S-диапазон (1,5-2,5) ГГц, C-диапазон (4-8 ГГц), Ku-диапазон (12-18 ГГц), Ка - диапазон (20-40 ГГц) и Q/V-диапазон (40-74 ГГц).

Изначально буквенное обозначение — K-диапазон было присвоено полосе частот 18-27 ГГц. Однако обнаружение значительного поглощения радиосигналов в атмосфере Земли на частоте 22,3 ГГц, обусловленного резонансными явлениями в молекулах водяного пара, исключило возможность использования частот вблизи этого резонанса. В результате были введены обозначения Ku-диапазон (К — under, диапазон под диапазоном К) и Ка-диапазон (К — above, диапазон над диапазоном К).

Существует разделение спутниковых служб по назначению сети и типу земных станций, введенное Регламентом радиосвязи:

• фиксированная спутниковая служба — ФСС {FSS — Fixed Satellite Service};

• подвижная спутниковая служба — ПСС {MSS — Mobile Satellite Service};

• широковещательная спутниковая служба — ШСС {BSS — Broadcast

Satellite Service}.

Сети ФСС предназначены для обеспечения связи между стационарными

станциями, построения корпоративных сетей, организации магистральных каналов большой протяженности, а также региональной (зоновой) связи.

Услуги ФСС предоставляют пять крупных международных организаций и около 50 региональных и национальных компаний. К наиболее значительным коммерческим системам фиксированной службы относятся Intelsat, Intersputnik, Eutelsat, Arabsat и AsiaSat. Наиболее мощной является международная система Intelsat, орбитальная группировка которой охватывает четыре основных региона обслуживания — Атлантический, Индийский, Азиатско-Тихоокеанский и Тихоокеанский.

В настоящее время пропускная способность каждого из 25 спутников - ретрансляторов этой системы составляет от 12 до 35 тыс. телефонных каналов, а наземный сегмент включает в себя около 800 крупных станций, размещенных в 170 странах мира.

Сети подвижной спутниковой службы ПСС появились около 30 лет назад. В зависимости от типа станции они подразделяются на морскую — МПСС {MMSS — Maritime Mobile Satellite Service}, воздушную ВПСС {AMSS — Airborne Mobile Satellite Service} и сухопутную — СПСС {LMSS — Land Mobile Satellite Service}.

Широковещательная спутниковая служба предназначена для приема

телевизионных и радиовещательных программ и является главной службой систем непосредственного телевизионного вещания (НТВ), спутникового телевизионного вещания и спутникового непосредственного радиовещания.

Все системы телерадиовещания строятся на базе геостационарных спутников. В этой области телекоммуникаций, где основное требование к системе — сплошное покрытие обслуживаемых территорий, преимущества ГССС перед другими средствами связи проявляются в наибольшей степени.

Примерно с середины 90-х годов в мире сложилась ситуация, обусловленная в первую очередь социальными и политическими причинами, когда у массового потребителя возник достаточно высокий спрос на предоставление индивидуальных широкополосных информационных услуг. У разработчиков и производителей ССС появились широкие возможности для удовлетворения этого спроса в полном объеме и даже, как показывает практика эксплуатации ССС нового поколения и анализ перспективных проектов, с заметным опережением спроса.

Одной из основных причин массового спроса на широкополосные услуги связи является огромный рост популярности и широкое распространение сети Интернет.

Подавляющая часть компьютеров индивидуальных абонентов Интернет связана с сетью посредством пользовательских линий телефонной сети общего пользования, пропускная способность которых, несмотря на все модемные ухищрения, явно недостаточна для обеспечения современных приложений. Соединение каждого пользователя с сетью индивидуальными кабелями или ВОЛС — процесс дорогостоящий, трудоемкий и длительный. ССС могут решить «проблему последней мили» и обеспечить требуемую скорость доступа индивидуальных пользователей в Интернет и в широкополосные цифровые сети интегрального обслуживания (ISDN).

Одним из важных направлений развития телерадиовещания является

непосредственная спутниковая трансляция телевизионных и радиопрограмм на индивидуальные пользовательские приемные установки, что позволяет одновременно передавать с высоким качеством несколько сотен программ. Реальностью стало непосредственное спутниковое радиовещание на портативные переносные и автомобильные приемники, а в ближайшем будущем станет возможным и массовый прием телевизионных спутниковых программ. Перспективно также и интерактивное телевидение, которое позволяет удовлетворить индивидуальные запросы пользователей путем трансляции по спутниковым каналам заказных телепрограмм, а также предоставить возможность интерактивного общения в процессе телепередач.

Продолжением развития этого направления является непосредственное спутниковое вещание на компьютеры (служба DirecPC).

Примеры ССС различных спутниковых служб приведены в таблице 3

Таблица 3

Продолжением развития этого направления является непосредственное спутниковое вещание на компьютеры (служба DirecPC).

Новой спутниковой службой, ставшей реальностью совсем недавно, является персональная подвижная спутниковая служба (ППСС). Такие ССС ориентированы на предоставление персональной радиотелефонной и пейджинговой связи в глобальном или региональном масштабе с использованием терминалов типа «трубка в руке». Тенденцией построения таких систем является объединение в общую сеть спутниковых и наземных сотовых сетей различных стандартов (GSM, AMPS, CDMA), а также предоставление дополнительно максимально возможного набора услуг по передаче данных, телексов, факсимильных сообщений, определения местоположения и т.д.

Широкополосные ССС предназначены для передачи высококачественной речи, высокоскоростных потоков данных, мультимедийных и интернет-приложений, а также предоставления других видов услуг, пока недоступных пользователям.

Дата добавления: 2015-09-05