Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (PDF) (1130118), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Затем ВМФ США обнаружил, что в небе постоянно висит некое подобиеметеозонда — это была Луна. Была построена система для связи береговых службс кораблями, в которой использовалось отражение сигналов от естественного спутника Земли.Дальнейший прогресс в создании коммуникаций с помощью небесных тел наэтом приостановился до запуска первого спутника связи. Ключевым отличиемискусственной «луны» являлось то, что на спутнике было установлено оборудование, позволяющее усилить входящий сигнал перед отправкой его обратно наЗемлю. Это превратило космическую связь из забавного курьеза в мощную технологию.Спутникам связи присущи определенные свойства, делающие их чрезвычайнопривлекательными для самых разных областей применения. Проще всего представить себе спутник связи в виде своего рода огромного микроволнового повторителя, висящего в небе.
Он включает в себя несколько транспондеров, каждыйиз которых настроен на определенную часть частотного спектра. Транспондерыусиливают сигналы и преобразуют их на новую частоту, чтобы при отправке наЗемлю отраженный сигнал не накладывался на прямой.Нисходящий луч может быть как широким, покрывающим огромные пространства на Земле, так и узким, который можно принять в области, ограниченной лишь несколькими сотнями километров. Последний метод называетсятрубой.В соответствии с законом Кеплера, период обращения спутника равен радиусу орбиты в степени 3/2. Таким образом, чем выше орбита, тем дольше период.Вблизи поверхности Земли период обращения вокруг нее составляет примерно90 минут. Следовательно, спутники, расположенные на малой высоте, слишкомбыстро исчезают из вида приемно-передающих устройств, расположенных на Земле, поэтому необходимо организовывать непрерывные зоны покрытия.
На высоте 35 800 км период составляет 24 часа. А на высоте 384 000 км спутник будет обходить Землю целый месяц, в чем может убедиться любой желающий, наблюдаяза Луной.Конечно, период обращения спутника очень важно иметь в виду, но это неединственный критерий, по которому определяют, где его разместить. Необходимопринимать во внимание так называемые пояса Ван Аллена (Van Allen belts) —области скопления частиц с большим зарядом, находящихся в зоне действия магнитного поля Земли.
Любой спутник, попав в такой пояс, довольно быстро будетуничтожен этими частицами. В результате учета этих факторов были выделены тризоны, в которых можно безопасно размещать искусственные спутники. Они изображены на рис. 2.13. Из этого же рисунка можно узнать о некоторых из их свойств.Мы вкратце рассмотрим спутники, размещаемые в каждой из этих трех зон.35 000 -,ТипЗадержка, мсGEO270335-85101-750141Количество спутников30 000 25 000 20 000 15 000 -Верхний пояс Ван АлленаМЕО10 0 0 0 5000-о-Нижний Пояс Ван Ал ленаLEOРис. 2.13.
Спутники связи и их свойства: высота орбиты, задержка, число спутников,необходимое для покрытия всей поверхности земного шараГеостационарные спутникиВ 1945 году писатель-фантаст Артур С. Кларк (Arthur S. Clarke) подсчитал, чтоспутник, расположенный на высоте 35 800 км на круговой экваториальной орбите, будет оставаться неподвижным относительно Земли. А значит, следить за нимбудет гораздо проще (Clarke, 1945). Он развил свою мысль и описал целую коммуникационную систему, использующую такие (пилотируемые) геостационарныеспутники. Он описал орбиты, солнечные батареи, радиочастоты и даже процедуры связи.
К сожалению, в конце концов он пришел к неутешительному выводуо том, что такие спутники вряд ли будут иметь практическое значение, потомучто на их борту невозможно разместить энергоемкие, хрупкие ламповые усилители. В связи с этим Кларк не стал больше развивать свою идею, хотя и написал несколько фантастических рассказов о подобных искусственных спутниках.Положение вещей изменило изобретение транзистора, и вот в июле 1962 годапроизводится запуск первого в мире спутника связи Telstar.С тех пор спутники связи стали многомиллиардным бизнесом и единственным прибыльным делом, связанным с космическими технологиями. Про спутники, вращающиеся на большой высоте, говорят, что они расположены на геостационарной орбите (GEO, Geostationary Earth Orbit).Современные технологии таковы, что расположение спутников чаще, чем через каждые 2° в 360-градусной экваториальной плоскости, является нерациональным. В противном случае возможна интерференция сигналов.
Итак, если на каждые два градуса приходится 1 спутник, то всего их в экваториальной плоскостиможно разместить 360/2 = 180. Сто восемьдесят спутников могут одновременнонаходиться в небе и вращаться в одной и той же плоскости на одной и той жевысоте. Тем не менее у каждого транспондера есть возможность работы на разных частотах и с разной поляризацией, что позволяет увеличить максимальнуюпропускную способность всей системы.NataHaus.RUСпутники связи142143Глава 2. Физический уровеньСо временем возникла необходимость предотвращения беспорядочного использования околоземных орбит.
Навести порядок в небе было поручено организации ITU. Процесс выделения орбит очень сильно связан с политикой, причеммногие 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 жевремя некоторые страны заявляют, что их государственные границы в высотупростираются до самой Луны и что использование орбит, проходящих над ихтерриторией, иностранными государствами является нелегальным. Жаркие споры' на эту тему подогревает еще и тот факт, что коммерческая связь — это далеко неединственное применение спутников связи, а значит, и их орбит. Ими пользуютсяоператоры спутникового телевидения, правительственные структуры и военные.Современные спутники могут быть довольно большими, весят до 4000 кг и потребляют до нескольких киловатт электроэнергии, вырабатываемой солнечнымибатареями.
Эффекты гравитации, вызванные Солнцем, Луной и другими планетами,постепенно вызывают смещение с орбит и изменение ориентации. Приходитсякомпенсировать это с помощью бортовых двигателей. Действия по сохранениюпараметров орбит спутников называются позиционированием. И все же приходит момент, когда топливо у бортовых двигателей заканчивается (такое случаетсяпримерно один раз в десять лет). Тогда спутник начинает беспомощно дрейфовать, постепенно сходя с орбиты.
Понятно, что он перестает быть дееспособными его нужно отключать. Обычно спутники связи заканчивают свою жизнь, постепенно входя в плотные слои атмосферы и сгорая там либо падая на землю.канала. Они уже переполнены пользователями, поскольку на тех же частотах работают наземные микроволновые устройства связи. В 2000 году, в соответствиис международным соглашением, было добавлено два дополнительных диапазона:S и L. Тем не менее, они тоже весьма узки и уже заполнены.Следующий высокочастотный диапазон коммерческой связи называется Ки(К under, то есть «под К»). Полоса пока еще не переполнена, и работающие наэтих частотах спутники могут располагаться на угловом расстоянии 1° друг отдруга. У диапазона Ки имеется еще одна проблема: волны этих частот глушатсядождем.
Вода очень плохо пропускает микроволновый сигнал. К счастью, оченьсильные ливни обычно бывают весьма узко локализованы, поэтому проблемуудается решить с помощью нескольких наземных установок, расположенных довольно далеко друг от друга. Цена, которую приходится платить за «проблемудождя», весьма высока: это дополнительные антенны, кабели и электронные устройства для быстрого переключения станций. Наконец, самым высокочастотнымдиапазоном является Ка (К above, то есть «над К»), Основной проблемой является пока еще очень высокая стоимость оборудования для работы на этих частотах.
Помимо коммерческих диапазонов, существует также множество военныхи 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 бортовымипроцессорами для обработки сигналов. В первых спутниках разделение транспондеров по каналам было статическим: весь доступный рабочий диапазон просторазделялся на несколько фиксированных полос. Теперь же сигнал транспондераразделяется на временные слоты, то есть каждому пользователю выделяется напередачу определенный промежуток времени.
Далее в этой главе мы изучим обапринципа (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 помере удешевления, уменьшения размеров и энергоемкости микроэлектронных элементов стали 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. Обычноэти так называемые пятна имеют форму овала и могут иметь относительно малые размеры — порядка нескольких сотен километров.
Американский спутниксвязи охватывает широким лучом 48 штатов, а также имеет два узких луча дляАляски и Гавайских островов.Новым витком развития спутников связи стало создание недорогих миниатюрных апертурных терминалов — VSAT (Very Small Aperture Terminal) (Abramson, 2000). У этих небольших станций имеется антенна диаметром всего 1 м(сравните с 10-метровой антенной GEO), их выходная мощность составляетпримерно 1 Вт. Скорость работы в направлении Земля - спутник обычно составляет 19,2 Кбит/с, зато связь спутник - Земля можно поддерживать на скорости512 Кбит/с и выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
