Файл: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Башкирский лицей 136 имени М. Искужина г. Уфа.pdf
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 66
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
сетей спутниковой связи. Сеть спутниковой связи на базе VSAT включает в себя три ключевых элемента: центральная управляющая станция (ЦУС), спутник- ретранслятор и абонентские VSAT терминалы.
7.2.
Спутник-ретранслятор
Сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов.
Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Стандартный ствол имеет полосу пропускания 36 МГц, что соответствует максимальной пропускной способности около 40 Мбит/с. В среднем, мощность передатчиков колеблется от 20 до 100 Ватт. В России в качестве примеров спутников- ретрансляторов можно привести спутники связи и вещания "Ямал". Они предназначены для развития космического сегмента ОАО "Газком" и были установлены в орбитальные позиции 49° в. д. и 90° в. д.
7.3.
Абонентские VSAT терминалы
7.4.
Технология VSAT
Можно выделить два основных вида доступа к спутниковому каналу: двусторонний
(дуплексный) и односторонний (симплексный, асимметричный или комбинированный).
При организации одностороннего доступа наряду со спутниковым оборудованием обязательно используется наземный канал связи (телефонная линия, оптоволокно, сотовые сети, радиоэзернет), который используется в качестве запросного канала
(еще его называют обратным каналом).
Абонентский VSAT терминал - это небольшая станция спутниковой связи с антенной диаметром от 0,9 до 2,4 м., предназначенная, главным образом, для надежного обмена данными по спутниковым каналам. Станция состоит из антенно-фидерного устройства, наружного внешнего радиочастотного блока и внутреннего блока
(спутникового модема). Внешний блок представляет собой небольшой приемо- передатчик или только приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс и т.
7.2.
Спутник-ретранслятор
Сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов.
Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Стандартный ствол имеет полосу пропускания 36 МГц, что соответствует максимальной пропускной способности около 40 Мбит/с. В среднем, мощность передатчиков колеблется от 20 до 100 Ватт. В России в качестве примеров спутников- ретрансляторов можно привести спутники связи и вещания "Ямал". Они предназначены для развития космического сегмента ОАО "Газком" и были установлены в орбитальные позиции 49° в. д. и 90° в. д.
7.3.
Абонентские VSAT терминалы
7.4.
Технология VSAT
Можно выделить два основных вида доступа к спутниковому каналу: двусторонний
(дуплексный) и односторонний (симплексный, асимметричный или комбинированный).
При организации одностороннего доступа наряду со спутниковым оборудованием обязательно используется наземный канал связи (телефонная линия, оптоволокно, сотовые сети, радиоэзернет), который используется в качестве запросного канала
(еще его называют обратным каналом).
Абонентский VSAT терминал - это небольшая станция спутниковой связи с антенной диаметром от 0,9 до 2,4 м., предназначенная, главным образом, для надежного обмена данными по спутниковым каналам. Станция состоит из антенно-фидерного устройства, наружного внешнего радиочастотного блока и внутреннего блока
(спутникового модема). Внешний блок представляет собой небольшой приемо- передатчик или только приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс и т.
Схема одностороннего доступа с использованием DVB-карты и телефонной линии в качестве обратного канала.
Схема двустороннего доступа с использованием оборудования HughesNet (компании
Hughes Network Systems).
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:
7.5.
Глобальная спутниковая система связи Globalstar
В России оператором спутниковой системы связи Globalstar является закрытое акционерное общество «ГлобалТел». Как эксклюзивный поставщик услуг глобальной подвижной спутниковой связи системы Globalstar, ЗАО «ГлобалТел» предоставляет услуги связи на территории всей Российской Федерации. Благодаря созданию компании ЗАО «ГлобалТел», у жителей России появилась еще одна возможность связаться через спутник из любой точки России практически с любой точкой мира.
Система Globalstar предоставляет спутниковую связь высокого качества для своих абонентов с помощью 48 рабочих и 8 запасных низкоорбитальных спутников,
находящихся на высоте 1410 км. (876 миль) от поверхности Земли. Система обеспечивает глобальное покрытие практически всей поверхности земного шара между 700 Северной и Южной широты с расширением до 740. Спутники способны принимать сигналы до 80% поверхности Земли, т. е. практически из любой точки земного шара за исключением полярных областей и некоторых зон центральной части океанов. Спутники системы просты и надежны.
7.6. Сферы применения системы Globalstar
Система Globalstar разработана для предоставления высококачественных спутниковых услуг для широкого круга пользователей, включающих: голосовую связь, службу коротких сообщений, роуминг, позиционирование, факсимильную связь, передачу данных, мобильный Интернет.
Абонентами, пользующимися портативными и мобильными аппаратами, могут стать деловые и частные лица, работающие на территориях, которые не охвачены сотовыми сетями, либо специфика работы которых предполагает частые деловые поездки туда, где нет связи или плохое качество связи.
Система рассчитана на широкого потребителя: представители средств массовой информации, геологи, работники добычи и переработки нефти и газа, драгметаллов, инженеры-строители, энергетики. Сотрудники государственных структур России - министерств и ведомств (например, МЧС), могут активно использовать спутниковую связь в своей деятельности. Специальные комплекты для установки на транспортных средствах могут быть эффективны при использовании на коммерческом автотранспорте, на рыболовных и других видах морских и речных судов, на железнодорожном транспорте и т. д.
8.
П
рименение спутниковой связи. Спутниковые службы
В зависимости от назначения систем спутниковой связи и типа земной станции различают следующие службы:
•
Фиксированная спутниковая служба для связи между станциями, расположенными в определенных фиксированных пунктах и для распределения телевизионных программ.
•
Подвижная спутниковая служба для связи между подвижными станциями,размещенными на транспортных средствах или у абонентов.
•
Радиовещательная спутниковая служба для передачи радио и телевизионных программ непосредственно на терминалы абонентов.
8.1.
Фиксированные спутниковые службы.
Начиналось всё с фиксированных спутниковых служб. Это связь с использованием космического ретранслятора между наземными станциями. И основное назначение это обеспечение связи в первую очередь для государственных нужд.
Фиксированные спутниковые службы начали использоваться государством для центральных телевизионных программ на удаленную территорию советского союза.
Первоначально ФСС развивалась в направлении создания систем магистральной связи с применением наземных станций с диаметром антенн порядка 12…30 метров.
Фиксированная антенна с приемной станцией “Орбита”, диаметр антенны 12 метров.
Система “Орбита” использовала спутники на высокоэллиптической орбите, это были первоначально спутники серии “Молния”. На эллипсе надо иметь 3 аппарата, как правило 4, чтобы обеспечить постоянную связь.
В настоящее время для фиксированных служб функционирует около 50 систем ФСС.
Например, “Молния 3”.
На высокоэллиптической орбите используются аппараты, которые называются
“Меридиан”. Спутники “Радуга” и “Горизонт” это геостационарные аппараты, которые обеспечивают фиксированную спутниковую связь. Intelsat это международная система.
8.2.
Подвижные спутниковые службы
Особенностью большинства систем ПСС является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. Востребованы на морском транспорте. Для того, чтобы мощность сигнала достигающего приемника была достаточной, применяют одно из двух решений:
1.
Спутники располагаются на геостационарной орбите поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35 786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat. Подвижная спутниковая связь начала свое существование с международного договора по созданию системы Inmarsat, которая была первоначально ориентирована на обеспечение связи с морскими судами.
2.
Множество спутников располагается на наклонных или полярных
НВО. Inmarsat и прочие системы основанные на спутниках, как правило предназначены для оказания коллективных услуг. А когда создается система на низковысотных спутниках, то можно за счет более низкой стоимость аппарата и низкой стоимости запуска, построить глобальную сеть, которая позволит Вам связываться из любой точки земного шара, через спутниковую сеть. Первой такой системой, была система Iridium.
8.3.
Спутниковая система Iridium
Система базируется на 66 лёгких (масса 689 кг) ИСЗ, равномерно размещенных на 6
НВО. Орбиты через 60 градусов охватывают всю Землю. И на каждой орбите находится по 11 спутников, которые по очереди выходят в зону в которой находится абонент. Высота основной орбиты 780 км.
8.4.
Инмарсат (Inmarsat)
Первая в мире система мобильной спутниковой связи, предлагающая полный
набор современных услуг пользователям по всему миру:
на море
,
на суше
и в
воз
духе.
Спутниковая система связи Инмарсат (Inmarsat) имеет ряд преимуществ:
• зона покрытия – вся территория земного шара, кроме полярных областей
• качество предоставляемых сервисов
• конфиденциальность
• дополнительные аксессуары (автомобильные комплекты, факсы и другое)
• бесплатные входящие звонки
• доступность в применении
• он-лайн система проверки состояния счета (биллинг)
Орбиты разнесены на 30 или 60 градусов и каждый спутник поддерживает связь с тем спутником, который идет впереди и с тем, который идет сзади по его орбите. И с двумя спутниками, которые находятся на двух соседних орбитах. Такая связь позволяет передать сигнал с любого спутника на любой. Одновременно обеспечивается до 11 000 телефонных соединений.
Если у Вас есть терминал Iridium, где бы вы не находились, вы можете установить связь. Если вы находитесь в обычной зоне, где мобильная связь работает, то ваш терминал перейдет в режим работы мобильной связи и не нужно будет нагружать спутник. Кроме основных спутников, есть 4 резервных, которые находятся на резервной орбите.
• высокий уровень доверия у пользователей, проверена временем (более 25 лет существования и 210 тысяч пользователей по всему миру)
8.5.
Основные сервисы системы спутниковой связи Инмарсат (Inmarsat) :
•
Телефон
•
Факс
•
Электронная почта
•
Передача данных (в т.ч. высокоскоростная)
•
Телекс (для некоторых стандартов)
•
GPS
8.6.
Турайя (Thuraya)
Спутниковый оператор, который предоставляет сервис на 35% территории
земного шара. Сервисы, реализуемые в данной системе: спутниковые и GSM
трубки, а так же спутниковые таксофоны. Недорогая мобильная связь для
свободы общения и передвижений.
Спутниковая система связи Турайя (Thuraya) имеет ряд преимуществ:
• компактный размер
• возможность переключения между спутниковой и сотовой связью автоматически
• невысокая стоимость сервисов и телефонных аппаратов
• бесплатные входящие звонки
Основные сервисы системы спутниковой связи Турайя (Thuraya):
•
Телефон
•
Электронная почта
•
Передача данных
•
GPS
9.
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.
10.
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
11.
Проблемы.
Проблема космического мусора
Еще одна проблема, так называемая проблема космического мусора или засорения околоземного пространства остатками различных летательных аппаратов. Когда, какой-либо космический аппарат выводится из эксплуатации, в доброе старое время его просто отключали, на спутниках “Молния” с помощью пиропатронов отстреливали солнечные панели и спутник терял питание, превращался в кусок железа, который вращается на орбите, а потом с этой орбиты сходит. Когда спутников было 1, 2, 3 это было не страшно для человечества, хотя были печальные случаи, когда довольно массивные космические аппараты, не целиком сгорали при сходе с орбиты и падали туда, куда не надо.
Спутники, как правило имеют систему питания основанную на солнечных батареях.
Но в свое время проводили эксперименты над спутниками у которых в качестве источника питания использовался генератор, который работает на основе ядерной реакции, т.е. распад какого-нибудь урана или плутония, при этом выделяется энергия, которая преобразуется в электричество, грубо говоря спутник с ядерным реактором.
И такой советский спутник, содержащий радиоактивные материалы, приземлился на территорию Канады и был грандиозный скандал международный.
Сейчас в космосе вращается несколько десятков тысяч старых спутников и их остатков. Поэтому построение систем в которых используется большое количество спутников, оно чревато плачевными последствиями.
Также, наличие большого количества спутников на орбите приводит к тому, что эти спутники, создают световой экран, который мешает наблюдению ученым, через астрономические телескопы с Земли. Эти спутники создают яркие точки, которые все время находятся перед объективами телескопов.
12.
Недостатки спутниковой связи
12.1.
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.
12.2.
Влияние атмосферы
На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере
(иногда в сочетании с кодами
Рида-Соломона
), а также турбо-коды и
LDPC-коды
11.
Проблемы.
Проблема космического мусора
Еще одна проблема, так называемая проблема космического мусора или засорения околоземного пространства остатками различных летательных аппаратов. Когда, какой-либо космический аппарат выводится из эксплуатации, в доброе старое время его просто отключали, на спутниках “Молния” с помощью пиропатронов отстреливали солнечные панели и спутник терял питание, превращался в кусок железа, который вращается на орбите, а потом с этой орбиты сходит. Когда спутников было 1, 2, 3 это было не страшно для человечества, хотя были печальные случаи, когда довольно массивные космические аппараты, не целиком сгорали при сходе с орбиты и падали туда, куда не надо.
Спутники, как правило имеют систему питания основанную на солнечных батареях.
Но в свое время проводили эксперименты над спутниками у которых в качестве источника питания использовался генератор, который работает на основе ядерной реакции, т.е. распад какого-нибудь урана или плутония, при этом выделяется энергия, которая преобразуется в электричество, грубо говоря спутник с ядерным реактором.
И такой советский спутник, содержащий радиоактивные материалы, приземлился на территорию Канады и был грандиозный скандал международный.
Сейчас в космосе вращается несколько десятков тысяч старых спутников и их остатков. Поэтому построение систем в которых используется большое количество спутников, оно чревато плачевными последствиями.
Также, наличие большого количества спутников на орбите приводит к тому, что эти спутники, создают световой экран, который мешает наблюдению ученым, через астрономические телескопы с Земли. Эти спутники создают яркие точки, которые все время находятся перед объективами телескопов.
12.
Недостатки спутниковой связи
12.1.
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.
12.2.
Влияние атмосферы
На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере