Меню
Бесплатно
Регистрация
Главная  /  Проблемы  /  Современная спутниковая связь, спутниковые системы. Проект "современная спутниковая связь" Спутниковая связь один из видов

Современная спутниковая связь, спутниковые системы. Проект "современная спутниковая связь" Спутниковая связь один из видов

Спутниковая связь - один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае - почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает. Для передачи через спутник сигнал должен быть модулирован. Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну.

Исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. Толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи. Первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР в 1957 г., однако в силу большей закрытости космической программы развититие спутниковой связи в социалистических странах шло иначе чем в западных странах. Долгое время спутниковая связь развивались только в интересах Министерства Обороны СССР. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами социалистического блока о создании системы связи "Интерспутник" которое было подписано только в 1971 г.

В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы, которые представляли собой простой отражатель радиосигнала (часто - металлическая или полимерная сфера с металлическим напылением), не несущий на борту какого-либо приёмопередающего оборудования. Такие спутники не получили распространения. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными. Нерегенеративный спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. Спутник может использовать несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами. Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому исправление ошибок производится дважды: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостаток этого метода - сложность (а значит, гораздо более высокая цена спутника), а также увеличенная задержка передачи сигнала.

Орбиты спутников связи:

Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:

1 - экваториальные, 2 - наклонные, 3 - полярные

Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостационарная орбита, на которой спутник вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли. Очевидным преимуществом геостационарной орбиты является то, что приемник в зоне обслуживания "видит" спутник постоянно. Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является большамя высота, а значит, и бомльшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен обслуживать земные станции в приполярной области.

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

Полярная орбита - предельный случай наклонной

При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. Станции, работающие со спутниками, находящимися на геостационарной орбите, как правило, также оборудуются такими системами, чтобы компенсировать отклонение от идеальной геостационарной орбиты. Исключение составляют небольшие антенны, используемые для приема спутникового телевидения: их диаграмма направленности достаточно широкая, поэтому они не чувствуют колебаний спутника возле идеальной точки. Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала.

Типовая схема организации услуг спутниковой связи выглядит следующим образом:

  • - оператор спутникового сегмента создает за счет собственных средств спутник связи, размещая заказ на изготовление спутника у одного из производителей спутников, и осуществляет его запуск и обслуживание. После выведения спутника на орбиту оператор спутникового сегмента начинает предоставление услуг по сдаче в аренду частотного ресурса спутника-ретранслятора компаниям-операторам услуг спутниковой связи.
  • - компания-оператор услуг спутниковой связи заключает договор с оператором спутникового сегмента на использование (аренду) емкостей на спутнике связи, используя его в качестве ретранслятора с большой территорией обслуживания. Оператор услуг спутниковой связи выстраивает наземную инфраструктуру своей сети на определенной технологической платформе, выпускаемой компаниями-производителями наземного оборудования для спутниковой связи.

Сферы применения спутниковой связи:

  • - Магистральная спутниковая связь: изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. Первой системой спутниковой связи стала система Intelsat, затем были созданы аналогичные региональные организации (Eutelsat, Arabsat и другие). С течением времени доля передачи речи в общем объёме магистрального трафика постоянно снижалась, уступая место передаче данных. С развитием волоконно-оптических сетей последние начали вытеснять спутниковую связь с рынка магистральной связи.
  • - Системы VSAT: системы VSAT (Very Small Aperture Terminal - терминал с очень маленькой апертурой антенны) предоставляют услуги спутниковой связи клиентам (как правило, небольшим организациям), которым не требуется высокая пропускная способность канала. Скорость передачи данных для VSAT-терминала обычно не превышает 2048 кбит/с. Слова "очень маленькая апертура" относятся к размерам антенн терминалов по сравнению с размерами более старых антенн магистральных систем связи. VSAT-терминалы, работающие в C-диапазоне, обычно используют антенны диаметром 1,8-2,4 м, в Ku-диапазоне - 0,75-1,8 м. В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.
  • - Системы подвижной спутниковой связи: особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала.

Принципы организации спутниковой связи VSAT:

Типовая схема организации спутниковой сети VSAT выглядит следующим образом:

  • - спутник-ретранслятор, расположенный на орбите (спутник связи)
  • - центр управления сетью (ЦУС) компании-оператора сети VSAT, обслуживающий оборудование всей сети через спутник связи
  • - оборудование (спутниковые модемы или терминалы) расположенное на стороне клиента и взаимодействующие с внешним миром или между собой посредством ХАБа компании-оператора VSAT в соответствие с топологией сети

Основной элемент спутниковой сети VSAT - ЦУС. Именно Центр Управления Сетью обеспечивает доступ клиентского оборудования с сети интернет, телефонной сети общего пользования, другим терминалам сети VSAT, реализует обмен трафиком внутри корпоративной сети клиента. ЦУС имеет широкополосное подключение к магистральным каналам связи, предоставляемым магистральными операторами и обеспечивает передачу информации от удаленного VSAT-терминала во внешний мир. ЦУС оборудован мощным приемо-передающим комплексом, транслирующим все информационные потоки сети на спутник связи. В состав ЦУС входит каналообразующее оборудование (спутниковая приемо-передающая антенна, приемо-передатчики и пр) и HUB (центр обработки и коммутации всей информации в сети VSAT)

Технологии, используемые в спутниковой связи:

многократное использование частот в спутниковой связи:

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

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

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

частотные диапазоны:

Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн. Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше). Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами:

Название диапазона

Применение

Подвижная спутниковая связь

Подвижная спутниковая связь

4 ГГц, 6 ГГц

Фиксированная спутниковая связь

Для спутниковой связи в этом диапазоне частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.

Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)

11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц

Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание

Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи. Для передачи данных крупными пользователями (организациями) часто применяется C-диапазон. Это обеспечивает более высокое качество приема, но требует довольно больших размеров антенны.

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

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

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

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

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

Спутниковая связь Инмарсат

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Спутниковая связь Турайя

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

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

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

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

Спутниковая связь Глобалстар

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Спутниковая связь Иридиум

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

Главное достоинство Иридиум - устойчивая связь на всей территории планеты.

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

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

Услуги для абонентов спутниковых сетей

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

В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретательАртур 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 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.

Почтовый конверт, посвященный 5-ти летию запуска первого спутника Земли

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

Воздушный шар «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 подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization), но СССР в их число не входил по политическим причинам. 6 апреля 1965 года в рамках этой программы был запущен первый коммерческий спутник связи Early Bird («ранняя пташка», произведенный корпорацией COMSAT.

По сегодняшним меркам спутник Early Bird (INTELSAT I ) обладал более чем скромными возможностями: обладая полосой пропускания 50 МГц, он мог обеспечивать до 240 телефонных каналов связи. В каждый конкретный момент времени связь могла осуществляться между земной станцией в США и только одной из трёх земных станций в Европе (в Великобритании, Франции или Германии), которые были соединены между собой кабельными линиями связи.

В дальнейшем технология шагнула вперед, и спутник INTELSAT IX уже обладал полосой пропускания 3456 МГц .

В СССР долгое время спутниковая связь развивались только в интересах Министерства Обороны СССР. В силу большей закрытости космической программы развитие спутниковой связи в социалистических странах шло иначе чем в западных странах. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами социалистического блока о создании системы связи «Интерспутник» которое было подписано только в 1971 году .

Первый искусственный спутник земли.

Запуск первого в мире искусственного спутника Земли был осуществлен в Советском Союзе 4 октября 1957 г. в 22 ч. 28 мин. 34 с по московскому времени. Впервые в истории сотни миллионов людей могли наблюдать в лучах восходящего или заходящего солнца перемещающуюся по темному небосводу искусственную звезду, созданную не богами, а руками человека. И мировое сообщество восприняло это событие как величайшее научное достижение.

Первые ИСЗ с спутниковой связью.

Сталин 13 мая 1946 г. подписал постановление о создании в СССР ракетной отрасли науки и промышленности. В его развитие в августе 1946 г. Сергея Королева (академика с 1958 г.) назначили главным конструктором баллистических ракет дальнего действия. Тогда никто из нас не предвидел, что, работая с ним, мы будем участниками запуска первого в мире ИСЗ, а вскоре после этого и первого полста человек в Космос - Юрия Гагарина.

В январе 1956 г. было подготовлено и 30 января подписано постановление Правительства о создании неориентированного ИСЗ под секретным шифром «Объект Д» массой 1000‑1400 кг с аппаратурой для научных исследований массой 200‑300 кг. К июлю 1956 г. был закончен проект первого ИСЗ, излучения Солнца, магнитных полей, космических лучей, теплового режима спутника, торможения его в верхних слоях атмосферы, продолжительности существования на орбите, и т. д.

К концу 1956 г. выяснилось, что сроки создания ИСЗ буду сорваны из-за трудностей изготовления надежной научной аппаратуры. Тем не менее, проект «Объекта Д» был одобрен спецкомитетом Совета Министров СССР. А ранее, 12 февраля 1955 г. в полупустыне, в районе станции Тюратам, силами армии под командованием генерала Шубникова началось строительство научно-исследовательского и испытательного полигона № 5 (с 1961 г. это место известно как космодром Байконур).

В течение 1955‑1956 гг. было закончено изготовление первого технологического комплекса ракеты насителя Р‑7, проведены ее испытания на Ленинградском металлическом заводе совместно с реальной стартовой системой. На огневых стендах под Загорском (ныне город Пересвет) начали огневые испытания отдельных блоков ракеты. Под руководством Н. Пилюгина проводили моделирование и комплексную отработку системы управления. (высота ракеты насителя Р-7 составляет 342,2 метра)

Запустить ракету в космос пытались 4 раза но из-за збоев в апаратуре и ненадежности оболочки ракеты, Королевым был предложен упрощенный вариант. 17 сентября 1957 г. на полигон прибыла ракета-носитель 8К71ПС (изделие М1‑ПС). Ее существенно облегчили по сравнению со штатными ракетами. Макетная головная часть была снята и заменена переходником «под спутник». С центрального блока сняли всю аппаратуру системы радиоуправления - точность ведь не требовалась. Сняли одну из систем телеметрии. Упростили автоматику выключения двигателя центрального блока. Таким образом, стартовая масса ракеты была облегчена на 7 т по сравнению с первыми образцами.

4 октября 1957 г. в 22 ч. 28 мин. 3 с по московскому времени был осуществлен старт. Через 295,4 с спутник и центральный блок ракеты-носителя вышли на орбиту. Впервые была достигнута первая космическая скорость, рассчитанная основателем классической физики и закона всемирного тяготения англичанином Исааком Ньютоном (1643‑1727 гг.). Она составляла для первого ИСЗ 7780 м/с. Наклонение орбиты спутника равнялось 65,1 о , высота перигея 228 км, высота апогея - 947 км, период обращения 96,17 мин

когда на полигоне приняли ставшие тут же известными всему человечеству сигналы «БИП‑БИП‑БИП», так началось существование спутниковой связи.

Первый спутник существовал 92 дня (до 4 января 1958 г.). За это время он совершил 1440 оборотов, центральный блок работал 60 дней: он наблюдался простым глазом как звезда 1-й величины.



Современная спутниковая связь является одним из направлений развития радиорелейных коммуникаций. В данном случае это применение орбитальных спутников в качестве ретрансляторов.

Технологии спутниковой связи позволяют использовать один или несколько ретрансляторов для обеспечения качественной передачи радиосигнала на большие расстояния.

Все ретрансляторы можно разделить на две категории:

  • пассивные. В настоящее время практически не используются. Изначально применялись исключительно как передаточное звено между наземной станцией и абонентом, не усиливали сигнал и не преобразовывали его;

  • активные. Такие устройства дополнительно усиливают сигнал и всячески его корректируют, прежде чем отослать его абоненту. Большинство мировых спутниковых систем используют именно такой тип ретрансляторов.

История спутниковой связи

В конце 1945 года мир увидел небольшую научную статью, которая посвящалась теоретическим возможностям улучшения связи (в первую очередь, расстояния между приемником и передатчиком) благодаря поднятию антенны на максимальную высоту.

Какой же принцип работы имелся в виду?

Все довольно просто – на околоземную орбиту ученый предложил вывести большую антенну-ретранслятор, которая принимала бы сигналы от наземного источника и передавала бы его дальше.

Главным преимуществом являлась огромная зона покрытия, которую мог бы контролировать всего один спутник. Это существенно бы повысило качество сигнала, сняло бы лимит с количества принимающих станций и дополнительно не пришлось бы строить наземные ретрансляторы. США заинтересовались проектом в рамках решения проблем с трансатлантической телефонной связью.

Развитие спутниковых систем связи началось с запуска в космос первого аппарата «Эхо-1» (пассивный ретранслятор в виде металлизированного шара) в августе 1960 года.

Позже были разработаны ключевые стандарты спутниковой связи (рабочие частотные диапазоны), которые широко используются во всем мире.

Области применения спутниковой связи

С момента успешной реализации, качество спутниковой связи существенно выросло.

Благодаря внедрению мобильных наземных станций, абонент мог получать радиосигнал вне зависимости от места нахождения спутника в любое время суток, автоматически переходя из одной зоны покрытия к другой, подключаясь к ближайшему ретранслятору в автоматическом режиме.

Применение спутниковой связи можно разделить на несколько условных направлений:

  • магистральная связь. Изначально ставилась задача в передачи большого объема информации (в частности, голосовых сообщений), но со временем при переходе на цифровой формат, такая надобность отпала и сегодня с этой области спутниковую связь вытесняют оптико-волоконные сети;

  • VSAT. Так называемые «небольшие» системы с диаметром антенны до 2.4 метра. Технология успешно развивается, и служит для создания частных каналов связи;

  • подвижная связь (основа телефонии и телевещания) ;

  • доступ в Интернет .

Для получения большей информации по поводу развития этого направления связи, достаточно посетить профильное мероприятие. Международная выставка «Связь», которая проходит на территории ЦВК «Экспоцентр», является лучшим отраслевым событием международного уровня. Это гарантирует наличие широкой экспозиции и участие известных мировых и отечественных профильных компаний.

Как работает оборудование современной спутниковой связи

Спутниковая связь крепко ассоциируется в сознании многих людей с GPRS-навигаторами и телефонией. По-сути, это изобретение человечества и находит свою нишу в этих областях с точки зрения обывателей.

Сама концепция спутниковой связи зародилась ещё в 1945, однако на тот момент мало кто верил, что подобный канал передачи данных можно будет реализовать в жизни. Однако сейчас Земля окружена множеством спутников, обеспечивающих беспрерывный обмен информацией между сотнями людей и устройств.

Именно благодаря тому, что современная спутниковая связь имеет такое широкое покрытие, возможность совершать звонки из самых отдаленных уголков мира стала реальной. Ни один серьезный турист не рискнет предпринять далекое и опасное путешествие без спутникового телефона.

Также существует понятие спутникового Интернета – он делает возможным доступ к Всемирной паутине даже там, где свет есть исключительно благодаря генераторам.

Используя ресурсы и возможности спутниковой передачи информации, было создано множество вариантов навигаторов для самых различных отраслей.

Фактически современная спутниковая связь состоит всего из трех элементов: передатчика, ретранслятора и приемника. В роли передатчика и приемника выступают различные устройства: мобильные телефоны, вычислительные машины, антенны и так далее.

Ретранслятор же представлен в виде спутника, который принимает входящий сигнал от земной станции (или устройства) и в широковещательном режиме передает его на всю видимую область. Далее в силу вступает техническое и программное обеспечение, которое заботится о том, чтобы данная информация попала точно к адресату. Исключение составляют случаи, когда сигнал должны получить все приемники. Например, спутниковое телевидение.

Для большей пропускной способности ретранслятора были внедрены следующие системы множественного доступа (МД):

  1. МД с частотным разделением. Каждый пользователь получает свою частоту.

  2. МД с временным разделением. Пользователь имеет право принимать или передавать данные только в определенный промежуток времени.

  3. МД с кодовым разделением. Каждому пользователю выдается код. Он накладывается на данные так, что сигналы различных пользователей не смешиваются даже при передаче на одной частоте.

В целом, все вышеприведенные системы гарантируют многократное использование частот, что повышает эффективность и пропускную способность.

При передаче информации также учитывается поглощение волн в атмосфере и размеры принимающей антенны – для каждого определенного случая используется своя частота.

Международная спутниковая связь

Международная спутниковая связь – это вид радиорелейной коммуникации, которая основана на применении искусственных спутников земли, как ретрансляторов. Связь происходит между станциями, находящимися на земле, что в свою очередь бывают стационарными и подвижными. Технология позволяет передавать радиосигнал на любое расстояние, даже самое масштабное.

На сегодняшний день самым распространенным видом является активный ретранслятор. Он значительно усиливает и корректирует поступающий сигнал перед тем, как он дойдет до абонента. Большинство спутниковых систем мира используют именно такой вид спутников.

Начало такой технологии было положено английским ученым Артуром Кларком, который написал статью «Внеземные ретрансляторы». Принцип заключался в том, что антенну необходимо было вывести на максимально дальнее расстояние на околоземной орбите, что позволяло бы принимать сигналы от наземных источников и передавать их дальше. Главной особенностью являлось то, что один спутник мог контролировать достаточно большую зону покрытия земного шара.

Первым пассивным ретранслятором был аппарат «Эхо-1», который был запущен в космос в 1960-м году. Это положило начало дальнейшему стремительному развитию международной спутниковой связи.

Области применения международной спутниковой связи

С того момента, как в космос был запущен первый искусственный спутник, качество технологии значительно улучшилось. Сегодня человечество не представляет повседневной жизни без мобильного телефона (который победоносно вытеснил домашние стационарные), без видео чатов, помогающих общаться с человеком на расстоянии в реальном времени, без телевидения и т.д.

Современное использование международной спутниковой связи разделяют на следующие ключевые направления:

  • магистральная связь;

  • система подвижной спутниковой связи;

  • VSAT (небольшая система с антенной диаметром до 2.4 м, служащая для создания частного канала);

  • мобильная сеть;

  • Интернет (с помощью данной системы работает большинство современных технологий).

Международная спутниковая связь является одним из тематических направлений тематического мероприятия, которое ежегодно проходит в стенах Центрального выставочного комплекса «Экспоцентр».

Тематическое разнообразие охватывает все категории связной отрасли:

  • интернет-технологии;

  • программное обеспечение;

  • сети для передачи данных;

  • стартапы;

  • телекоммуникационная инфраструктура;

  • услуги в области IT-технологий;

  • связное оборудование и современные технологии.

Возможности современной международной спутниковой связи

Современная высокотехнологическая международная спутниковая связь предоставляет возможности:

  • обмениваться информацией;

  • управлять и координировать воздушные и морские судна, а также наземный транспорт;

  • способность передавать большие объемы информации на другой край света;

  • получать высокое и стабильное качество сигнала;

  • осуществлять безопасные коммуникации и т.д.

Новинки спутниковой связи Российской Федерации

Спутниковая связь оказывает неизбежное влияние на развитие разных индустриальных сфер, экономический рост государства и уровень жизни наций.

На сегодня формирование рыночного сегмента спутниковой связи невообразимо без сообщения с наземной сетевой системой. Любые изменения структуры сети могут основательно воздействовать на качество работы спутников.

Спутниковая связь имеет следующие последние нововведения:

  • оптически-волоконные сети обусловили частичное вытеснение спутниковых магистралей;

  • распространение антенных станций VSAT (Very Small Aperture Terminal);

  • усовершенствование энергетической вооруженности космических аппаратов и их способности пропускать дистанционные сигналы с точек земли;

  • спутники широких полос действия, оснащенные ретранслятором;

  • средства с большими диапазонами частот;

  • освоение орбит средней высоты.

Все эти инновационные приспособления привели к возможности обработки множества сигналов в космосе посредством между лучевых коммутаторов.

Благодаря последним механизмам передачи изображений видеофайлов бесплатное онлайн общение стало привычным для нынешнего времени.

Рыночные сегменты спутниковой связи Российской Федерации

Спутниковая связь в РФ в экономическом отношении разделяется на три больших сегмента рынка информационных технологий и коммуникаций.


  1. Первый сегмент основан благодаря соединению наземных станций на территории государства с развивающимися в положительной динамике спутниковыми комплексами Global Star, Inmarsat, Ellipse. Из них формируются компактные терминалы личной связи, сопрягающиеся с мобильными устройствами телерадиовещания. Спутники системы локализуются над океанами для качественного снабжения интернет-сигналами больших радиусов земли. В системе имеется телефон, который настроен на один из спутников. Терминалы связи с крупными антеннами улавливают сигнал и раздают его абонентам в любой точке земли.

  2. Во втором сегменте сделан акцент на производство малых спутниковых наземных терминалов (VSAT), предназначенных для формирования корпоративных сетей с защищенным доступом. Ныне на территории РФ по данным «Национального союза спутниковой связи» насчитывается таких станций около 3,2% от общего количества в мире (500 тысяч).

  3. В третьем сегменте изобретаются и внедряются в производство спутники, станции малого формата и их системы, обуславливающие телерадиовещание, дистанционные онлайн коммуникации. Стоимость оборудования для данной рыночной ниши в разы ниже терминалов предыдущих двух сегментов. Учитывая географическое преимущество малых населенных пунктов относительно всей площади страны, телевизионная инфраструктура приносит максимальную прибыль среди всех видов контактов.

На российском рынке коммуникации имеют немаловажное значение для экономического развития зоны, где распространяются сигналы, обрабатываемые многорежимными терминалами.

Сигнал из сети удаленного управления RAT (Remote Administration Tool) разделяется на коды в каналах CDMA (Code Division Multiple Access) и путем сканирования облегчает проведение поисковых вызовов в циклах, соединенных между собой в отдельный RAT. С этими районами выгодно сообщать места, где отсутствует прием сотового сигнала.

Многорежимные терминалы абонентов беспроводной связи способны повысить эффективность межсетевого переключения, увеличить доступ к различным услугам.

Современное оборудование для приема и передачи спутниковой связи на выставке

Современная спутниковая связь служит замечательным способом передачи информации, однако выдвигает повышенные требования к аппаратуре.

Выставка «Связь» предоставляет возможность ознакомиться с самыми последними разработками и предложениями от различных производителей оборудования для спутниковой связи.

В стенах «Экспоцентра» выставлен широкий ассортимент образцов различной ценовой категории, так что любой желающий сможет найти наиболее оптимальный вариант с точки зрения качества и цены.

Выставка «Связь» проводится на протяжении более трех десятков лет и служит мощным двигателем в эффективном развитии данной технической области.

Читайте другие наши статьи:

Космическая или спутниковая связь по существу является разновидностью радиорелейной (тропосферной) связи и отличается тем, что ее ретрансляторы находятся не на поверхности Земли, а на спутниках в космическом пространстве.

Впервые идею спутниковой связи представил в 1945 году англичанин Артур Кларк. В радиотехническом журнале он опубликовал статью о перспективах ракет, подобных «Фау-2», для запуска спутников Земли в научных и практических целях. Знаменателен последний абзац этой статьи: «Искусственный спутник на определенном расстоянии от Земли будет совершать один оборот за 24 ч. Он будет оставаться неподвижным над определенным местом и в пределах оптической видимости почти с половины земной поверхности. Три ретранслятора, размещенные на правильно выбранной орбите с угловым разнесением на 120°, смогут покрыть телевидением и УКВ радиовещанием всю планету; я боюсь, что те, кто планирует послевоенные работы, не сочтут это дело простым, но я считаю именно этот путь окончательным решением проблемы».

4 октября 1957 г. в СССР был осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Земли, первого космического объекта, сигналы которого принимались на Земле. Этот спутник положил начало космической эры. Излучаемые спутником сигналы использовались не только для пеленгации, но и для передачи информации о процессах на спутнике (температура, давление и пр.). Эта информация передавалась путем изменения длительности посылок, излучаемых передатчиками (широтно-импульсная модуляция). 12 апреля 1961 г. в Советском Союзе впервые в истории человечества осуществлен полет человека в космическое пространство. Космический корабль «Восток» с летчиком-космонавтом Ю. А. Гагариным на борту был выведен на орбиту спутника Земли. Для измерения параметров орбиты корабля-спутника и контроля работы его бортовой аппаратуры на нем была установлена многочисленная измерительная и радиотелеметрическая аппаратура. Для пеленгации корабля и передачи телеметрической информации использовалась радиосистема «Сигнал», работавшая на частоте 19,955 МГц. Двусторонняя связь космонавта с Землей обеспечивалась радиотелефонной системой, работавшей в диапазонах коротких (19,019 и 20,006 МГц) и ультракоротких (143,625 МГц) волн. Телевизионная система осуществляла передачу на Землю изображения космонавта, что позволяло иметь визуальный контроль за его состоянием. Одна из телевизионных камер передавала изображение пилота в анфас, а другая – сбоку .

Достижения отечественной науки в области освоения космического пространства позволили осуществить предсказания Артура Кларка. В конце 50-х годов прошлого века в СССР и США начали проводиться экспериментальные исследования возможностей использования искусственных спутников Земли в качестве радиоретрансляторов (активных и пассивных) в наземных системах связи. Теоретические разработки в области энергетических возможностей линий спутниковой связи позволили сформулировать тактико-технические требования к устройствам спутникового ретранслятора и наземных устройств, исходя из реальных характеристик технических средств, существовавших в то время .

Учитывая идентичность подходов, экспериментальные исследования в области создания линий спутниковой связи представим на примере США . Первый активный радиоретранслятор «Score» был запущен 18 декабря 1958 года на наклонную эллиптическую орбиту с высотой апогея 1481 км, перигея 177 км. Аппаратура спутника состояла из двух приемопередатчиков, работавших на частотах 132.435 и 132.095 МГц. Работа производилась в режиме замедленной ретрансляции. Запоминание сигнала, посланного наземной передающей станцией, производилась путем записи на магнитную ленту. В качестве источников питания применялись серебряно-цинковые аккумуляторы емкостью 45 ампер – час при напряжении 18 вольт. Продолжительность связи составляла приблизительно 4 мин за 1 оборот спутника. Производилась ретрансляция 1 телефонного или 7 телетайпных каналов. Срок службы спутника равнялся 34 дням. Спутник сгорел при входе в атмосферу 21 января 1959 года. Второй активный радиоретранслятор «Курьер» был запущен 4 октября 1960 года на наклонную эллиптическую орбиту с высотой апогея 1270 км и перигея 970 км. Аппаратура спутника состояла из 4 приемопередатчиков (частота 150 МГц для передачи команд и 1900 МГц для связи), устройства магнитной памяти и источников питания – солнечных элементов и химических батарей. В качестве первичного источника питания использовались кремниевые солнечные элементы в количестве 19 152 штук. В качестве буферного каскада применялись никель-кадмиевые батареи емкостью 10 ампер – час при напряжении 28-32 вольта. Продолжительность сеанса связи составляла 5 мин за один оборот спутника. Срок службы спутника составил 1 год. 10 июля 1962 года на наклонную эллиптическую орбиту с апогеем 5600 км и перигеем 950 км был запущен активный ретранслятор «Телстар», который предназначался для активной ретрансляции радиосигналов в реальном масштабе времени. Одновременно он ретранслировал или 600 симплексных телефонных каналов, или 12 дуплексных телефонных каналов, или один телевизионный канал. Во всех случаях работа производилась по способу частотной модуляции. Частоты связи: на линии спутник – Земля 4169,72 МГц, на линии Земля – спутник 6389,58 МГц. Продолжительность сеанса связи на линии США – Европа через этот спутник составляла около 2 часов в сутки. Качество передаваемых телевизионных изображений менялось от хорошего до отличного. По проекту предусматривался весьма значительный срок службы спутника –2 года, однако после четырех месяцев успешной работы отказала командная линия. Было установлено, что причинной отказа явились поверхностные повреждения вследствие действия радиации при прохождении спутником внутреннего радиационного пояса.

14 февраля 1963 года был запущен первый синхронный спутник системы «Синком» с параметрами орбиты: высота апогея 37 022 км, высота перигея 34185, период обращения 1426,6 минут. Рабочая частота на линии Земля – спутник равна 7360 МГц, на линии спутник – Земля 1820 МГц. В качестве первичного источника питания на спутнике использовались солнечные элементы в количестве 3840 штук общей мощностью 28 Вт при напряжении 27,5 вольт. Связь со спутником поддерживалась только 20 077 секунд, после чего наблюдения велись астрономическими методами.

23 апреля 1965 г. в СССР был запущен первый спутник связи «Молния-1». С запуском второго спутника связи «Молния-2» 14 октября 1965 г. началась регулярная эксплуатация линии дальней связи через ИСЗ. Позднее была создана система дальней космической связи «Орбита». Она состояла из сети наземных станций и искусственных спутников Земли «Молния», «Радуга», «Горизонт». Ниже, в главе 7, будет показано, что модификации спутников «Горизонт» продолжают функционировать и в XXI веке. Это говорит о высокой надежности отечественной техники по сравнению с зарубежной.

Первые станции спутниковой связи были построены, испытаны и введены в эксплуатацию в подмосковном г. Щелково и в Уссурийске. Кабельными и релейными линиями связи они соединялись соответственно с телецентрами и телефонными междугородными станциями Москвы и Владивостока.

Наиболее подходящей для оборудования земных станций спутниковой системы оказалась аппаратура тропосферной связи ТР-60/120, в которой, как известно, использовались передатчики большой мощности и высокочувствительные приемные устройства с малошумящими параметрическими усилителями. На ее основе разрабатывается приемно-передающий комплекс «Горизонт», устанавливаемый на наземных станциях первой линии спутниковой связи между Москвой и Владивостоком.

Специально были разработаны передатчики для связной и командно-измерительной линии, параметрические усилители с температурой шума 120 К для установки в подзеркальной кабине антенны, а также совершенно новое оборудование, обеспечивающее стыковку с местными телецентрами и междугородными телефонными станциями.

В те годы проектировщики земной станции, боясь влияния мощных передатчиков на приемники, устанавливали их на разных антеннах и в разных зданиях (приемном и передающем). Однако опыт использования одной общей антенны для приема и передачи, полученный на линиях тропосферной связи, позволил в дальнейшем перенести приемное оборудование на передающую антенну, что значительно упростило и удешевило эксплуатацию станций спутниковой связи.

В 1967 г. через спутник связи «Молния-1» создана разветвленная телевизионная сеть приемных земных станций «Орбита» с центральной передающей станцией под Москвой. Это позволило организовать первые каналы связи между Москвой и Дальним Востоком, Сибирью, Средней Азией, передавать программу Центрального телевидения в отдаленные районы нашей Родины и дополнительно охватить более 30 млн телезрителей.

Однако спутники «Молния» вращались вокруг Земли по вытянутым эллиптическим орбитам . Для слежения за ними антенны наземных приемных станций должны постоянно поворачиваться. Гораздо проще решают эту задачу спутники, вращающиеся по стационарной круговой орбите, которая находится в плоскости экватора на высоте 36 000 км. Они совершают один оборот вокруг Земли за 24 часа и поэтому кажутся наземному наблюдателю висящими неподвижно над одной точкой нашей планеты. Трех таких спутников достаточно для обеспечения связью всей Земли.

В 80-е годы прошлого века эффективно функционировали работающие на стационарных орбитах спутники связи «Радуга» и телевизионные спутники «Экран». Для приема их сигналов не нужны были сложные наземные станции. Телевизионные передачи с таких спутников принимаются прямо на несложные коллективные, и даже индивидуальные антенны.

В 1980-е годы началось развитие персональной спутниковой связи. При этой связи спутниковый телефон непосредственно соединяется со спутником, находящимся на околоземной орбите. Со спутника сигнал поступает на наземную станцию, откуда передается в обычную телефонную сеть. Число спутников, необходимое для стабильной связи в любой точке планеты, зависит от радиуса орбиты той или иной системы спутников.

Основной недостаток персональной спутниковой связи – ее относительная дороговизна по сравнению с сотовой связью. Кроме того, в спутниковые телефоны встраиваются передатчики большой мощности. Поэтому они считаются небезопасными для здоровья пользователей.

Самые надежные спутниковые телефоны работают в сети Инмарсат, созданной более 20 лет назад. Спутниковые телефоны системы Инмарсат представляют собой чемоданчик с откидной крышкой размером с первые портативные компьютеры. Крышка спутникового телефона по совместительству является и антенной, которую необходимо поворачивать по направлению к спутнику (на дисплее телефона отображается уровень сигнала). В основном такие телефоны используются на судах, поездах или большегрузных автомобилях. Каждый раз, когда необходимо позвонить или ответить на чей-то звонок, нужно будет устанавливать спутниковый телефон на какую-нибудь ровную поверхность, раскрывать крышку и крутить его, определяя направление максимального сигнала.

В настоящее время в общем балансе связи на спутниковые системы пока приходится примерно 3 % мирового трафика. Но потребности в спутниковых линиях продолжают расти, поскольку при дальности свыше 800 км спутниковые каналы становятся экономически более выгодными по сравнению с другими видами дальней связи.