Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Физический уровень Со временем возникла необходимость предотвращения беспорядочного использования околоземиых орбит. Навести порядок в небе было поручено организации 1Т(). Процесс выделения орбит очень сильно связан с политикой, причем многие страны в борьбе за свой «кусок» неба напоминают далеких предков человека из каменного века. Это объясняется очень высокими потенциальными доходами, которые государство может извлечь, сдавая в аренду кусочки космоса. В то же время некоторые страны заявляют, что их государственные границы в высоту простираются до самой Луны и что использование орбит, проходящих иад их территорией, иностранными государствами является нелегальным.
Жаркие споры иа эту тему подогревает еще и тот факт, что коммерческая связь — это далеко ие единственное применение спутников связи, а значит, и их орбит. Ими пользуются операторы спутникового телевидения, правительственные структуры и военные. Современные спутники могут быть довольно большими, весят до 4000 кг и потребляют до нескольких киловатт электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями. Эффекты гравитации, вызванные Солнцем, Луной и другими планетами, постепенно вызывают смещение с орбит н изменение ориентации.
Приходится компенсировать это с помощью бортовых двигателей. Действия по сохранению параметров орбит спутников называются позиционированием. И все же приходит момент, когда топливо у бортовых двигателей заканчивается (такое случается примерно один раз в десять лет). Тогда спутник начинает беспомощно дрейфовать, постепешю сходя с орбиты. Понятно, что ои перестает быть дееспособным и его нужно отключать. Обычно спутники связи заканчивают свою жизнь, постепенно входя в плотные слои атмосферы и сгорая там либо падая иа землю.
Участки орбит — это ие единственный предмет, за который борются страны и отдельные компании. Разумеется, распределению между всеми желающими подлежат и рабочие диапазоны частот, поскольку нисходящие сигналы спутников могут вызывать помехи в работе микроволновых устройств. Поэтому 1Т() были выделены частотные диапазоны, предназначенные исключительно для спутников связи. Самые важные из них показаны на табл. 2.3.
Таблица 2.3. Основные частотные диапазоны спутников связи Днвпазон Ниоходяцвио Вооходящио Ширина Проблемы сигналы сигналы полосы 1,5 ГГц 1,9 ГГц 4,0 ГГц Узкая полоса; переполнен Узкая полоса; переполнен Наземная интерференция Дождь Дождь,стоимость оборудования 1,б ГГц 2,2 ГГц 5,0 ГГц 15 МГц то МГц 500 МГц Кц Ка 11 ГГц 20 ГГц 500 МГц 3500 МГц 14 ГГц 30 ГГц Диапазон С был первой полосой частот, предназначенной для графика коммерческих спутников. Ои разбивается иа два полдиапазоиа.
Один из иих предиазиачеи для сигналов с Земли (восходящих), другой — для сигналов со спутника (нисходящих). Таким образом, для двусторонней передачи требуется сразу два канала, Они уже переполнены пользователями, поскольку на тех же частотах работают наземные микроволновые устройства связи. В 2000 году, в соответствии с международным соглашением, было добавлено два дополнительных диапазона; 3 и Ц Тем не менее, они тоже весьма узки и уже заполнены.
Следующий высокочастотный диапазон коммерческой связи называется Кп (К цпбег, то есть чпод Кк). Полоса пока еще не переполнена, и работающие на этих частотах спутники могут располагаться на угловом расстоянии 1' друг от друга. У диапазона Кн имеется еще одна проблема: волны этих частот глушатся дождем. Вода очень плохо пропускает микроволновый сигнал. К счастью, очень сильные ливни обычно бывают весьма узко локализованы, поэтому проблему удается решить с помощью нескольких наземных установок, расположенных довольно далеко друг от друга.
Цена, которую приходится платить за чпроблему дождяь, весьма высока: это дополнительные антенны, кабели и электронные устройства для быстрого переключения станций. Наконец, самым высокочастотным диапазоном является Ка (К аЬоче, то есть «над Кь). Основной проблемой является пока еще очень высокая стоимость оборудования для работы на этих частотах. Помимо коммерческих диапазонов, существует также множество военных и правительственных. На современном спутнике имеется порядка 40 транспондеров, полоса каждого из которых составляет 80 МГц.
Обычно каждый транспондер работает по принципу узкой трубы, однако недавно появились спутники, оснащенные бортовыми процессорами для обработки сигналов. В первых спутниках разделение транспондеров по каналам было статическим: весь доступный рабочий диапазон просто разделялся на несколько фиксированных полос. Теперь же сигнал транспондера разделяется на временные слоты, то есть каждому пользователю выделяется на передачу определенный промежуток времени.
Далее в этой главе мы изучим оба принципа (частотное и временное мультиплексирование) более подробно. Первые геостационарные спутники связи имели один луч, который охватывал примерно 1/3 земной поверхности и назывался точечным лучом. Однако по мере удешевления, уменьшения размеров и энергоемкости микроэлектронных элементов стати появляться более сложные стратегии. Стало возможно оборудовать каждый спутник несколькими антеннами и несколькими транспондерами. Каждый нисходящий луч сфокусировали на небольшой территории; таким образом смогли осуществить одновременную передачу нескольких сигналов.
Обычно эти так называемые пятна имеют форму овала и могут иметь относительно малые размеры — порядка нескольких сотен километров. Американский спутник связи охватывает широким лучом 48 штатов, а также имеет два узких луча для Аляски и Гавайских островов. Новым витком развития спутников связи стало создание недорогих миниатюрных апертурных терминалов — кЯАТ (Уегу Вгпа!1 Ареггпге Тегш1па1) (АЬ- гашзоп, 2000). У этих небольших станций имеется антенна диаметром всего 1 м (сравните с 10-метровой антенной СЕО), их выходная мощность составляет примерно 1 Вт.
Скорость работы в направлении Земля — спутник обычно составляет 19,2 Кбит/с, зато связь спутник — Земля можно поддерживать на скорости 512 Кбит/с и выше. Спутниковое широковещательное телевидение использует эту технологию для односторонней передачи сигнала. 144 Глава 2, физический уровень Многим микростанциям >>5АТ не хватает мощности для того, чтобы связываться друг с другом (через спутник, разумеется). Для ре>пения этой проблемы устанавливаются специальные наземные концентраторы с большой мощной антенной.
Концентратор (хаб) распределяет трафик между несколькими т>5АТ, как показано на рис. 2.14. В таком режиме либо приемник, либо передатчик обязательно имеет большую антенну и мощный усилитель. Недостатком такой системы является наличие задержек, достоинством — низкая пена за полноценнук> систему для конечного пользователя, ник связи увдт Концентратор Рис. 2. т 4. Хаб распределяет график между несколькими АЗАТ Системы Ъ'5АТ имеют большие перспективы использования в сельской местности. Об этом как-то не очень часто вспоминают, но половина населения земного шара живет минимум в часе ходьбы от ближай>пего телефона. Протянуть телефонные линии ко всем селам и деревням не по карману большинству стран так называемого третьего мира.
Однако средств на установку тарелки >>5АТ, питающейся от солнечной батареи, может хватить не только у администрации региона, но и у частных лиц. Таким образок>, Ъ'5АТ вЂ” зто технология, которая может позволить организовать связь в любой точке планеты. Спутники связи обладают рядом свойств, которые радикально отличают их от любых наземных систем связи между абонентами. Во-первых, несмотря на предельно высокую скорость распространения сигнала (собственно, она практически равна скорости света — 300 000 км/с), расстояния между наземными приемно- передающими устройствами и спутниками таковы, что в технолопш ОЕО задержки оказыватотся весьма значительными.
В зависимости от взаимного расположения пользователя, наземной станции и спутника время передачи к>ожет составлять 250-300 мс. Обычно оно составляет 270 мс (соответственно, в два раза больше — 540 мс — в системах ВИВАТ, работающих через хаб).
Для сравнения, сигнал в наземных микроволновых системах связи распространяется со скоростью примерно 3 мкс/км, а коакснальный кабель и оптоволокно имеют задержку порядка 5 мкс/км. Разница задержек здесь объясняется тем, что в твердых телах сигнал распространяется медленнее, чем в воздухе. Спутники связи 146 Еще одним важным свойством спутников является то, что они являются исключительно широковещательным средством передачи данных. На отправку сообщения сотням абонентов, находящихся в зоне следа спутника, не затрачивается никаких дополнительных ресурсов по сравнению с отправкой сообщения одному из них. Для некоторых применений это свойство очень полезно. Например, можно представить себе кэширование на спутнике популярных веб-страниц, что резко повысит скорость их загрузки на сотни компьютеров, находяШихся довольно далеко друг от друга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
