tanenbaum_seti_all.pages (525408), страница 36
Текст из файла (страница 36)
К сожалению, мощность таких сигналов была слишком мала, и их практическое значение оказалось ничтожным. Затем ВМФ США обнаружил, что в небе постоянно висит некое подобие метеозонда — это была Луна. Была построена система для связи береговых служб с кораблями, в которой использовалось отражение сигналов от естественного спутника Земли. Дальнейший прогресс в создании коммуникаций с помощью небесных тел на этом приостановился до запуска первого спутника шщзи.
Ключевым отличием искусственной «луш ~ь являлось то, что на спутнике было установлено оборудование, позволяющее усилить входящий сигнал перед отправкой его обратно на Землю. Это превратило космическую связь из забавного курьеза в мощную технологию. Спутникам связи присущи определенные свойства, делающие их чрезвычайно привлекательными для самых разных областей применения.
Проще всего представить себе спутник связи в виде своего рода огромного микроволнового 1ювторителя, висящего в небе. Он включает в себя несколько транспопдеров, каждый из которых настроен на определенную часть частотного спектра. Транспондеры усиливают сигналы и преобразуют их на новую частоту, чтобы при отправке на Землю отраженный сигнал не накладывался на прямой. Нисходящий луч может быть как широким, покрывающим огромные пространства на Земле, так и узким, который можно припять в области, ограниченной лишь несколькими сотнямн километров.
Последний метод называется трубой. 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 примерно 90 минут. Следовательно, спутники, расположенные на малой высоте, слишком быстро 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 обхолить Землю целый месяц, в чем может убедиться любой желающий, наблюдая за Луной.
Конечно, период обращения спутника очень важно иметь в виду, но это не единственный критерий, по которому определяют, где его разместить. Необходимо принимать во внимание так называемые пояса Ван Аллена (Ъ'ап А!!еп Ъе!гз)— области скопления частиц с болыпим зарядом, находящихся в зоне действия магнитного поля Земли. Любой спутник, попав в такой пояс, довольно быстро будет уничтожен этими частицами. В результате учета этих факторов были выделены три зоны, в которых можно безопасно размешать 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. Спутники связи 141 Высота, км Тип Задержка,мс Количество спутников 35 000 1ЕЛЕтХД:БЕЛ ОЕО 3 270 ЗО 000 . 25 000 2О ООО ФЕрвггвйлоякС 'Вая дпупекя~гу МЕО 10 000 %ЕЙ:2~Д."Ш 5000 ст,ггяи ю,;ы кч "'" ' чувн'длтганатг,', 'сЕО 10 1-т 50 Рис.
2.! 3. Спутники связи и их свойства: высота орбиты, задержка, число спутников, необходимое для покрытия всей поверхности земного шара Геостационарные спутники В 1945 году писатель-фантаст Артур С. Кларк (Лггпнг 5. С!агкс) подсчитал, что спутник, расположенный на высоте 35 800 км на круговой экваторигогьной орбите, будет оставаться неподвижным относительно Земли. А значит, следить за ним будет гораздо проще (С!аг)ге, 1945). Оп развил свою мысль и описал целую коммуникационную систему, использующую такие (пилотируемые) геостационарные спутники. Он описал орбиты, солнечные батареи, радиочастоты и даже процедуры связи.
К сожалению, в когше концов он пришел к неутешительному выводу о том, что такие спутники вряд ли будут иметь практическое значение, потому что на их борту невозможно разместить энергоемкие, хрупкие ламповыс 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 года производится запуск первого в мире спутника связи Те1згаг. 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 (ОЕО, Оеозгаг(опагу Еагг)г ОгЬВ). Современные технологии таковы, что расположение спутников чаше, 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 плоскости можно разместить 360/2 = 180. Сто восемьдесят спутников могут одновременно находиться в небе и вращаться в одной и той же плоскости на одной и той же высоте.
Тем не менее у каждого транспондера есть возможность работы на разных частотах и с разной поляризацией, что позволяет увеличить максимальную пропускную способность всей системы. 142 Глава 2. Физический уровень Со временем возникла необходимость предотвращения беспорядочного использования околоземных 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 пзсударство 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 над их территорией, иностранными государствамн является нелегальным. Жаркие споры на эту тему подогревает еше и тот факт, что коммерческая связь — это далеко не 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 гравитапии, вызванные Солнцем, Луной и другими планетами, постепенно вызывают смещение с орбит и 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, постепенно сходя с орбиты, Понятно, что он перестает быть дееспособным и его нужно отключать. Обычно спутники связи заканчивают свою жизнь, постепенно входя в плотные слои атмосферы и сгорая там либо падая на землю.
Участки орбит — это не 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 1ТП 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 Дивпввон Нисходящие Восходящие Ширина Проблемы оигнвлы оигнвлы половы 1,5 ГГц 1,9 ГГц 4,0 ГГц Узкая полоса; переполнен Узкая полоса; переполнен Наземная интерференция Дождь Дождь,отоимоогь оборудования 1,5 ГГц 2,2 ГГц 6,0 ГГц 15 МГц 70 МГц 500 МГц Ки Кв 11 Ггц 20 ГГЦ 14 Ггц 30 ГГц 500 МГц 3500 МГц Диапазон С был первой полосой частот, предназначенной для трафика коммерческих спутников. Он разбивается на два поддиапазона. Один из них предназначен для сигналов с Земли (восходящих), другой — для сигналов со спутника (нисходящнх). 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: 8 и Е. Тем не менее, они тоже весьма узки и уже заполнены. Следующий высокочастотный диапазон коммерческой связи называется Кп (К цпдег, то есть «под Кь). Полоса пока еще не переполнена, и работающие на этих частотах спутники могут располагаться на угловом расстоянии 1' друг от друга. У диапазона Кц 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 «проблему дождяь, весьма высокж 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 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. Обычно эти так называемые пятна имеют форму овала и могут иметь относительно малые размеры — порядка нескольких сотен километров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
