Современная спутниковая связь спутниковые системы. Спутниковая связь, виды, система, оборудование, средства, орбиты, диапазоны спутниковой связи

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.

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.



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.

Подвижная спутниковая связь

Введение

Любая система связи в конечном счете зависит от некоторых основных системных параметров, которые и определяют качество связи.

Так, если для сотовой связи таким основным параметром является высота подъема антенны базовой станции, то для систем спутниковой связи — это тип орбиты ее космического сегмента и характеристики орбиты. В целом любая спутниковая система связи состоит из трех сегментов, как уже говорилось выше: космического (или космической группировки), наземного (наземные станции обслуживания, станции сопряжения) и пользовательского сегмента (непосредственно терминалы, находящиеся у потребителя).

Рисунок 1 Структура системы спутниковой связи на примере сети VSAT ГП «Космическая» связь»

По типу используемых орбит спутниковые системы связи делятся на два класса: системы со спутниками на геостационарной орбите (GEO) (высота 36 000 км; количество спутников для GEO-группировки — 3, один спутник покрывает 34% земной поверхности, задержка при передаче речи для глобальной связи — 600 мс) и негеостационарные.


Рисунок 2. Орбиты и зоны охвата земной поверхности на примере геостационарной космической группировки системы INMARSAT

Негеостационарные спутниковые системы в свою очередь подразделяются на средневысотные МEO (высота — 5000-15000 км; количество космических аппаратов — 8-12; зона покрытия одним спутником — 25-28%; задержка при передаче речи для глобальной связи — 250-400 мс) и низкоорбитальные LEO (высота — 500-2000 км; количество космических аппаратов — 48-66; зона покрытия одним спутником — 3-7%; задержка при передаче речи для глобальной связи — 170-300 мс).

Большинство существующих спутниковых систем связи имеют геостационарные спутниковые группировки, что легко объяснимо: небольшое количество спутников, охват всей поверхности земли. Однако большая задержка сигнала делает их применимыми, как правило, только для радио- и телевещания. Для систем радиотелефонной связи большая задержка сигнала крайне нежелательна, так как приводит к плохому качеству связи и повышению стоимости пользовательского сегмента. Поэтому первоначально большинство спутниковых систем связи обеспечивали в основном фиксированную спутниковую связь (связь между стационарными объектами), и лишь с внедрением цифровых методов связи и запуском негеостационарных космических аппаратов широкое развитие получила подвижная спутниковая связь. Отметим, что современные системы подвижной спутниковой связи, во-первых, совместимы с традиционными наземными системами подвижной связи (в первую очередь — с цифровыми сотовыми), и, во-вторых, взаимодействие сетей подвижной спутниковой радиосвязи с телефонной сетью общего пользования возможно на любом уровне (местном, внутризонном, междугороднем).

Основные мировые операторы подвижной спутниковой связи, известные в России

Система «Iridium» (международный консорциум «Iridium lls», Вашингтон). Система глобальной подвижной персональной спутниковой связи «Iridium» предназначалась для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами, расположенными на всей территории земного шара. Космический сегмент системы состоял из 66 основных (высота орбиты 780 км над поверхностью Земли) и 6 резервных спутников (645 км). Система предоставляла абонентам следующие услуги: передача речи (2,4 Кбит/с), передача данных и телефакс с той же скоростью, персональный вызов и определение местоположения.

Будучи очень дорогостоящим проектом (более 5 млрд. долларов), «Iridium» в начальной стадии развития установил сверхвысокие цены на терминалы и трафик, ошибочно ориентируясь только на очень богатых потребителей услуги. Кроме того, в процессе эксплуатации возникли непредусмотренные проектом технические и финансовые проблемы, что привело консорциум к банкротству.

Система «Globalstar» (компания «Globalstar ltd.», Сан-Хосе, шт. Калифорния). Система глобальной подвижной персональной спутниковой связи «Globalstar» предназначена для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами, расположенными на территории земного шара между 700* с.ш. и 700* ю.ш.

Портативные терминалы системы «Globalstar» производятся в нескольких модификациях для обеспечения возможности их использования как для организации связи в системе «Глобалстар», так и в сетях наземной сотовой связи стандартов GSM, AMPS, CDMA.

Космический сегмент системы представляет собой группировку из 48 основных и 8 резервных спутников, весом менее 450 кг, размещенных на круговых орбитах на высоте 1414 км над поверхностью Земли. Спутники первого поколения рассчитаны на работу в режиме полной нагрузки не менее 7,5 лет.

Для охвата заселенной территории земного шара планируется построить порядка 50 станций сопряжения, обеспечивающих максимальное покрытие (до 85%) земной поверхности космическим сегментом системы. На первом этапе развития системы построено 38 станций сопряжения. В России находятся в эксплуатации 3 таких станции: в Московской области (Павлов Посад), в Новосибирске и в Хабаровске. Эти станции обеспечивают предоставление услуг подвижной связи с высоким качеством обслуживания практически на всей территории России южнее 700 с.ш. Каждая из этих станций связана с сетью общего пользования России. Система «Globalstar» эксплуатируется в России с мая 2000 года.

Система «ICO» (международная компания «ICO Global Communications»). Система глобальной подвижной персональной спутниковой связи «ICO» предназначена для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами на всей территории земного шара, включая приполярные районы. Компания «ICO Global Communications» была создана по инициативе международной организации «INMARSAT». Она является истинно международной организацией. Ни одна из стран не играет в ней доминирующей роли. Более 60 компаний по всему миру являются инвесторами «ICO».

Планируется, что система «ICO» будет работать во взаимодействии с системами сотовой связи, обеспечивая обслуживание регионов и зон, не охваченных сотовыми системами радиосвязи. Согласно проекту большую часть абонентских терминалов системы «ICO» составят персональные карманными телефонные аппараты, способные работать в двух режимах (спутниковый/наземный сотовый). Ориентировочная стоимость абонентского терминала системы «ICO» — 1000 долларов, одной минуты трафика — 1 доллар.

Космический сегмент системы будет представлен группировкой из 10 основных и 2 резервных спутников на МЕО-орбите на высоте примерно 10390 км над поверхностью Земли.

Особенностью данной системы будет специально сформированная сеть «IcoNet», которая соединит между собой «интеллектуальными» линиями связи двенадцать узлов спутникового доступа (УСД), расположенных по всему миру, и обеспечит быстрое соединение сетей общего пользования с мобильными терминалами и мобильных терминалов между собой вне зависимости от их местонахождения. На территории России предполагается строительство одного УСД. В основе инфраструктуры земного сегмента системы «ICO» лежит апробированная архитектура сетей стандарта GSM, а также используемые в больших количествах стандартные компоненты обеспечения совместимости системы «ICO» с прочими стандартами наземной сотовой связи.

Система «ICO» планирует предоставить пользователям следующие виды услуг: телеслужбы, услуги транспортной среды, услуги, предоставляемые в системе GSM, услуги по передаче сообщений и роумингу.

Телеслужбы будут предоставлять такие услуги, как: цифровая телефония, экстренные вызовы, передача факса группы 3 на скоростях до 14,4 Кбит/с и услуги по передаче коротких сообщений. При этом цифровая телефония будет обеспечивать качество передачи речи, подобное тому, которое обеспечивается существующими стандартами наземной подвижной радиосвязи.

Кроме того, система «ICO» планирует предоставить услуги по передаче низкоскоростных прозрачных и непрозрачных данных в асинхронном режиме на скоростях 300, 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с и прозрачных данных в синхронном режиме на скоростях 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с.

В связи с финансовыми проблемами консорциума было принято решение о слиянии «ICO Global Communications» с корпорацией Teledesic что задержит начало предоставления услуг до 2003 года. Один УСД на территории России предполагается построить к тому же сроку. Ожидается, что на территории России системой «ICO» будут пользоваться 450 тыс. абонентов.

Система «INMARSAT» (компания «INMARSAT ltd.», Лондон). «INMARSAT» владеет спутниками, установленными на геостационарной орбите в следующих позициях: 54* з.д., 15,5* з.д., 64,5* в.д., 178* в.д. При этом обеспечивается практически глобальная связь между 75* ю.ш. и 75* с.ш.

В системе «INMARSAT» работает более 50 земных станций, обеспечивающих связь с подвижным оборудованием, установленным на морских и речных судах, буровых платформах, самолетах, автотранспорте (в России практически нет), в кейсах бизнесменов.

Используются следующие типы подвижных станций: «INMARSAT-А», «INMARSAT-В», «INMARSAT-М», «INMARSAT-mini-М», «INMARSAT-С», «INMARSAT-D+» (пейджер с ответом), «INMARSAT-aero» (различных типов). Перечисленные типы станций имеют разные физические и электрические характеристики, что определяет большое различие в цене станций, тарифе за связь и ее качестве (скорости передачи информации, качестве передачи речи).

В настоящее время в системе «INMARSAT» работают около 170 тыс. станций всех типов, из них около 10 тыс. имеют российские номера (являются российскими).

Система «ORBCOM» (компания «ORBCOM Global», Далас, шт. Вирджиния). Система связи «ORBCOM» предназначена для двусторонней передачи данных и определения местоположения объектов с использованием низкоорбитальных искусственных спутников Земли (от 28 до 48 спутников). Передача данных на линии «спутник-Земля» осуществляется со скоростью 4,8 Кбит/с, а на линии «Земля-спутник» — 2,4 Кбит/с. Система разработана в США фирмой «ORBCOM Global» для удовлетворения потребностей в обмене информацией с районами, удаленными от существующей наземной телекоммуникационной инфраструктуры.

Основной недостаток системы — отсутствие услуги по предоставлению телефонной связи.

Новости от мировых операторов спутниковой связи

Один из самых нашумевших и известных проектов глобальной спутниковой связи — это проект концерна «Iridium». В ноябре 2000 года суд по банкротствам США передал управление компанией «Iridium» одному венчурному фонду. В результате этой, казалось бы, давно разорившейся компании достался проект стоимостью 72 млн. долларов США на оборудование подвижной спутниковой связью Министерства обороны США. Это тем более интересно, что конкурс был выигран у другого крупного и наиболее динамично развивающегося в настоящий момент оператора — компании «Globalstar».

Этот год вообще для «Globalstar» был неудачным (несмотря на получение крупного заказа на оборудование телефонными трубками автобусов в Бразилии и начала эксплуатации системы в России). Начался он с отказа основных акционеров («Loral Space & Communications Ltd» и «QUALCOMM»), от дальнейшего участия в проектах «Globalstar». Однако чуть позже столь необходимые $183 млн. были найдены, и компания продолжила свою деятельность. В ноябре «Globalstar» объявила свои результаты за третий квартал 2000 года. Доходы компании составили $1,4 млн., убытки — $97,5 млн. По сравнению с тем же периодом 1999 года убытки компании в пересчете на одну акцию увеличились почти в пять раз и составили 1$ на акцию (в 1999 году — 20 центов на акцию). На конец третьего квартала компания обслуживала 21 300 абонентов, что вдвое больше, чем в конце второго квартала 2000 года. Руководство компании считает, что это крайне мало для успешного функционирования системы глобальной спутниковой связи, но в целом оценивает проект как жизнеспособный и утверждает, что компания обладает необходимыми для своей деятельности денежными ресурсами вплоть до конца мая 2001 года.

В то же время убытки «Globalstar» не повлекли за собой ухудшения финансового положения ее крупного акционера — компании «QUALCOMM» (поставщик систем спутниковой передачи данных, конкурентом которой в этом бизнесе является компания «ORBCOMGlobal» с такими службами, как «Trackmaile-», «Omni-track» и «Euteltrack»). В основном это было связано с другими проектами концерна. «QUALCOMM» принадлежат основные патенты на технологии беспроводной связи стандарта CDMA, на технологии 3G стандарта WCDMA (мобильная связь третьего поколения, стандарт разработан европейскими компаниями), на технологии 3G стандарта cdma2000 (стандарт разработан «QUALCOMM»).

Компания «American Mobile Satellite Corp» продолжила курс на развитие служб связи по управлению флотом и систем передачи данных по своей наземной сети «ARDIS».

Японская компания «NTT DoCoMo» поставляет службы связи для национального флота. Австралийская компания «Optus» обслуживает более 9000 абонентов. Европейская сеть «ЕМСАТ» предлагает полный набор подвижных служб, а бельгийская сеть подвижной спутниковой связи «IRIS» обеспечивает спутниковую передачу данных.

Приостановлен проект компании «ICO Global Communications». Ввод системы в эксплуатацию планируется не ранее 2003 года.

20 октября 2000 года компания «Boeing Satellite Systems» осуществила успешный запуск спутника Thuraya 1 в рамках собственного проекта развертывания системы подвижной спутниковой связи, которой предполагается охватить Ближний Восток, Северную и Центральную Африку, Европу, Среднюю Азию и Индию (количество проживающих — до 1,8 миллиарда человек).

Операторы подвижной спутниковой связи в России. «INMARSAT»

После прекращения деятельности компании «Iridium» на территории России осталось два оператора подвижной спутниковой связи: «INMARSAT» и «Globalstar».

Система «INMARSAT» создана в 1979 году в СССР для налаживания спутниковой связи с морскими судами и обеспечения безопасности мореплавания. «INMARSAT» в настоящее время управляет глобальной спутниковой группировкой, которая используется для предоставления услуг голосовой, факсимильной телексной и мультимедийной связи для подвижных пользователей. Спутники системы «INMARSAT» располагаются на геостационарной орбите. Гарантированная связь обеспечивается в среднем от 70° ю.ш. до 70° с.ш. Каждый спутник покрывает приблизительно третью часть Земли.

Однако, хотя система «INMARSAT» имеет довольно много абонентов в России, нельзя сказать, что ее использование носит массовый характер. Основная причина - высокая цена пользовательских терминалов и высокий тариф за связь. Например, тариф за 1 минуту телефонной связи при использовании различных типов абонентских станций составляет: для «INMARSAT-А» — около 6,0-6,5 долларов, для «INMARSAT-В» — около 4,0 долларов, для «INMARSAT-mini-М» — около 2,5 долларов, для «INMARSAT-aero» — около 6,0-6,5 долларов. Стоимость терминалов колеблется от $3000 до $15000. Так, наиболее распространенный стандарт «INMARSAT-mini-М» имеет размеры «ноутбука», вес около 2-х кг, цену — $3000.

Модели спутниковых портативных терминалов типа «INMARSAT-mini-М», имеющиеся в продаже в РФ

Рисунок 3.ТТ-3060А

Мобильный телефон TT-3060A спутниковой системы INMARSAT предназначен для передачи телефонных и факсимильных сообщений, данных и электронной почты. Встроенный аккумулятор и преобразователь напряжения обеспечивают энергонезависимую эксплуатацию в течение 48-ми часов в режиме ожидания и 2,5 часов в режиме разговора. Телефонная трубка, 2-х проводной разъем RJ-11 для факса и Hayes-совместимый порт для передачи данных со скоростью 2,4 Кбит/сек имеют персональные телефонные номера (общее количество — 4). Возможность защиты от несанкционированного доступа обеспечивается благодаря встроенному считывателю SIM-карт. Существует возможность подключения криптографического оборудования STU-IIB/STU-III и использования программного обеспечения для передачи изображений. Корпус из магниевого сплава весом менее 2,2 кг.

Рис. 4. WorldPhone Hybrid

WorldPhone Hybrid обеспечивает доступ к международной телефонной сети с возможностью передачи факсов, данных и электронной почты. Основные характеристики: 4,8 Кбит/с — голос, 2,4 Кбит/с — факс, 3 часа работы в режиме разговора, жидкокристаллический дисплей с подсветкой, громкая связь, служба коротких сообщений (SMS), голосовая/факс почта, переадресация, записная книжка.

Операторы подвижной спутниковой связи в России. «Globalstar»

Дочерняя компания «ГлобалТел» (совместное предприятие «Globalstar» и «Ростелеком») начала оказывать свои услуги на территории РФ с мая 2000 года. В настоящий момент это телефония (передача голоса) и переадресация вызова. Также в системе предусмотрены, но пока не реализованы следующие услуги: передача данных, факсимильная связь, передача и прием коротких сообщений, глобальный роуминг, определение местоположения объекта, голосовая почта, вызов аварийных служб.

Космический сегмент включает группировку из 48 низкоорбитальных (и 4 резервных) спутников, обеспечивающих покрытие от 70° с.ш. до 70° и размещенных по 6 спутников на 8 круговых орбитах на высоте 1414 км. Система низкоорбитальных спутников позволяет резко снизить стоимость абонентского терминала и минуты разговора.

Пользовательский сегмент состоит из портативных мобильных и стационарных терминальных устройств. Устройства могут работать в нескольких режимах (до трех). Двух- и трехрежимные устройства, кроме доступа к системе «Globalstar», могут также использоваться для доступа к наземным сотовым сетям в стандартах GSM, AMPS, CDMA..

Цены на абонентские терминалы: мобильные $1000-1900 (в зависимости от производителя), стационарные — от $3000. Тариф за 1 мин. исходящего трафика по России — $1,2-2,0 (включая тариф сети общего пользования).

Имеющиеся на российском рынке модели спутниковых портативных мобильных терминалов, поддерживающих услуги «Глобалстар»

Рис. 5. Портативный абонентский мобильный терминал Ericsson

Двухрежимный терминал Ericsson. Контракт на производство трубок также включает поставку автомобильных и/или стационарных абонентских терминалов. Режимы работы — Globalstar | GSM. Размеры мм — 160×60×37. Вес — 350г. Время работы в режиме разговора Globalstar /GSM часов — ?. Время работы в режиме ожидания Globalstar /GSM часов — 5/36.

Рис. 6. Портативный абонентский мобильный терминал Telit

Терминал Telit обеспечивает связь в режимах Globalstar | GSM и отличается следующими характеристиками: размеры мм — 220×65×45; вес — 300г; время работы в режиме разговора Globalstar /GSM часов — ?; время работы в режиме ожидания Globalstar /GSM часов — 36/36.

Рис. 7. Портативный мобильный абонентский терминал Qualcomm

Трехрежимный терминал Qualcomm — Globalstar | AMPS | CDMA. Размеры мм — 178×57×44. Вес — 357г. Время работы в режиме разговора Globalstar /APMS/CDMA часов — 1/1/3. Время работы в режиме ожидания Globalstar /AMPS/CDMA часов — 5/7/25. Дисплей 4×16 символов, записная книжка на 99 номеров, ускоренный автодозвон, голосовая почта, прием сообщений, определитель номера.

Заключение

В настоящий момент, несмотря на определенные неудачи (банкротство концерна «Iridium», приостановка проекта компании «ICO», убытки «Globalstar»), мобильная спутниковая связь заняла свой (какой?) сегмент мирового коммуникационного рынка. Стабильно растут продажи пользовательских терминалов, увеличивается число операторов связи (запуски спутников компаниями Boeing, разработка нового поколения малых спутников компанией Интерспутник), не ослабевает интерес инвесторов. В то же время необходимо постоянно отслеживать события в этом сегменте рынка и держать «руку на пульсе», чтобы пользователи мобильных спутниковых телефонов в России не оказались в ситуации подобной той, которая сложилась в России с прекращением деятельности концерна «Iridium», когда владельцы не знали, что делать с трубками, в один миг превратившимися в кучу железа. Будем надеяться, что в обозримом будущем столь серьезные катаклизмы не повторятся, а стоимость пользовательских терминалов и трафика постепенно сравняется со стоимостью обычной сотовой связи.


Вконтакте

Одноклассники

Интернет