2 (Ответики к экзамену), страница 9

Идея создания системы связи на основе отражающего объекта, расположенного высоко над землей, давно витала в головах исследователей.

Геостационарные спутники

Согласно третьему закону Кеплера, период вращения спутника пропорционален радиусу орбиты в степени 3/2. На высоте примерно 36000 км над экватором период вращения спутника будет равен 24 часам. Такой спутник наблюдателю на экваторе будет казаться неподвижным. Благодаря этой неподвижности можно существенно упростить устройство наземной приемно-передающей антенной системы. Из-за интерференции волн неразумно было бы размещать такие спутники ближе, чем 2 градуса экваториальной плоскости друг от друга, если они работают на одинаковых частотах. Таким образом, в одно и тоже время на экваториальной орбите может находиться не более 180 спутников, работающих на одной и той же частоте. Так как часть из этих орбит зарезервирована не только для целей связи, то спутников связи на самом деле меньше. Обычно спутник связи имеет 12-20 транспондеров с полосой пропускания 36-50 МГц каждый. Транспондер с пропускной способностью в 50 Мбит/сек. может быть использован для передачи одного потока данных на скорости 50 Мбит/сек., либо для передачи 800 телефонных разговоров на скорости 64 Кбит/сек. каждый, либо иначе комбинируя скорости и количество передаваемых потоков данных. За счет поляризации сигнала можно сделать так, что два транспондера смогут использовать одну и ту же частоту. Первые спутники связи имели один широкий луч. Современные имеют несколько более узких лучей, пятно которых охватывает несколько сот километров поверхности Земли. Относительно новой технологией является технология малых антенн, называемых VSAT (Very Small Aperture Terminals) - терминалов с очень маленькой апертурой, т.е. антенной с маленьким радиусом. Такой терминал имеет антенну с диаметром от 1,8 до 2,5 метра, способную излучать сигнал мощностью в 1 ватт. Он может передавать данные со скоростью примерно 19,2 Кбит/сек. и принимать - 512 Кбит/сек. Из-за малой мощности сигнала такие терминалы не могут взаимодействовать напрямую, но прекрасно могут это делать через специальный спутниковый хаб. Спутниковые системы связи имеют существенные отличия от наземных систем точка-точка. Несмотря на то что сигнал распространяется со скоростью света, из-за больших расстояний задержка при передаче велика - 250-300 мсек., против 3-5 мксек./км на коаксиале, оптоволокне и т.д. Спутниковые системы принципиально вещательного типа. Для некоторых приложений это очень важно. Стоимость передачи не зависит, скольким получателям сообщение предназначено. Однако проблема безопасности передаваемой информации здесь требует особого внимания - все слышат все, что передается. Решение этой проблемы - только шифрование. Стоимость передачи не зависит от расстояния. Такой способ передачи имеет очень низкий коэффициент ошибок при передаче.

Низкоорбитальные спутники

Изначально для целей передачи данных низколетящие спутники серьезно не рассматривались. Слишком быстро они проносились над определенным местом на поверхности Земли. В 1990 компания Моторола выдвинула проект системы низколетящих спутников. Идея была очень проста: когда пятно луча одного спутника уходило из определенного места, к этому месту подлетал другой спутник, пятно которого охватывало это место. Подлетевший спутник подхватывал передачу/прием, которую вел улетающий спутник, и связь сохранялась. Компания подсчитала, что для реализации этой идеи потребуется 77 спутников на высоте 750 км. Позднее, после уточнения параметров проекта, это число сократилось до 66. Этот проект получил название Иридиум (по названию 77-го элемента в таблице Менделеева). Основной целью этого проекта являлось обеспечение связи с наземными средствами, даже портативными, всей поверхности Земли. Этот проект вызвал ожесточенную конкуренцию со стороны других компаний. Все захотели строить низколетящие спутниковые системы. Было предложено множество других проектов, но все они похожи на Иридиум. Поэтому мы рассмотрим его. Вдоль меридиана на расстоянии 32 градуса располагаются 11 спутников, летящих на высоте 750 км. Таких ожерелий 6, они охватывают всю Землю. Каждый спутник имеет 48 пятен, так что 1628 пятен (сот) покрывают Землю (рисунок 2-74 (b)). Каждая сота имеет 174 дуплексных канала на частоте обычного сотового радиотелефона. Таким образом, во всем мире поддерживаются 283 272 канала. Некоторые из них используются для пейджинга и для навигации и не требуют большой пропускной способности. Прием и передача идут на частоте 1,6 ГГц, что позволяет использовать устройства, работающие от батарей. Если сообщение, принятое одним спутников, адресовано в область, покрываемую другим, то оно будет передано от одного спутника другому. На время оставим рассмотрение этого проекта.

Основные категории С3

Системы спутниковой связи, с точки зрения наземного терминального оборудования, можно условно развить на три вида. Первый - сети персональной спутниковой связи, такие как Iridium, Inmarsat, Globalstar и строящиеся ICO, Ellipso и Thuraya. Терминалы персональной связи существенно отличаются от своих старших собратьев – VSAT-станций. Они более компактны, универсальны, сопрягаются с сетями сотовой связи, а самое главное – работают при движении абонента. Вместе с тем персональная связь пока не способна обеспечить тот же комплекс и качество услуг, которые предоставляют VSAT-станции, да и тарифы в сетях персональной связи существенно выше.

Второй, наиболее многочисленный, связан с развитием корпоративных сетей, базирующихся на технологии VSAT, т.е. на использовании малогабаритных спутниковых терминалов с антеннами диаметром от 1,8 до 2,5 м. На сегодняшний день в мире насчитывается около 300 тыс. станций VSAT. Третий вид охватывает системы непосредственного телевизионного вещания, работающие главным образом в Ku-диапазоне частот (14/11 ГГц), что позволяет использовать на приеме малые земные станции, стоимость которых не превышает 500 долл. Этот вид спутникового вещания ориентируется в первую очередь на сельское население и малые города со слаборазвитой кабельной инфраструктурой. Именно эта категория составляет большую часть населения России. Далее мы подробно рассмотрим каждый из вышеперечисленных видов сетей.

40