История создания спутниковых систем связи. Современная спутниковая связь: технологии и развитие История развития спутниковой связи

Для организации спутниковой связи в Российской Федерации создана орбитальная группировка из геостационарных спутников, работающих в C– Ku– и L – диапазонах. Космические аппараты расположены в орбитальных позициях на дуге от 14 градусов западной долготы до 145 градусов восточной долготы. Их зоны обслуживания охватывают территории России, СНГ, Европы, Азии, Северной и Южной Америки, Африки. Эта национальная спутниковая группировка связи и вещания принадлежит государству: ФГУП «Космическая связь» (ГПКС). Внешний вид группировки представлен на рис. 7.1.

По состоянию на начало 2008 года спутниковая группировка включает в свой состав как новые спутники, так и спутники, официальный срок службы которых давно закончился (табл. 7.1) .

Спутники: Экспресс–А4, Горизонт № 44, Экспресс–А 3, Экран Спутники: Экспресс –А4, Горизонт № 44, Экспресс –А3, Экран-М №18, Экспресс-А2, Горизонт №40 и Горизонт № 45 работают за пределами их официального срока активного существования. Спутники: Экспресс АМ-44, Ямал-300 №2, Экспресс-АТ, Ямал-300 №1, Экспресс-АМ33, Экспресс-МД планируются к запуску в ближайшие годы. Спутник Eutelsat W4 относится к группировке Eutelsat, с него арендуются несколько стволов в интересах российской группировки.

Таблица 7.1

Орбитальная позиция	Наименование космического аппарата	Год запуска	Год окончания эксплуатации
	Экспресс –А4
	Экспресс-АМ44
	Горизонт № 44
	Экспресс –А3

	Экспресс –АМ1
	Ямал-200 №2
	Экспресс-АМ22
	Ямал-300 №2

	Экспресс-АТ
	Экспресс-АМ2
	Ямал-200 №1

	Ямал-300 №1
	Экспресс-АМ33
	Экран-М №18
	Экспресс-А2
	Экспресс-МД
	Горизонт №40
	Экспресс-АМ3
	Горизонт № 45

Первые спутники, необходимые для построения в России сети цифрового телевидения в рамках федеральной целевой программы - спутники «Экспресс АМ-44» и «Экспресс-МД1» выведены на орбиту. Следом за этими спутниками должен последовать запуск еще несколько тяжелых спутников, в том числе «Экспресс-АМ5» и «Экспресс-АМ6»,.

Кроме российских спутников территорию России захватывают рабочие зоны многих зарубежных спутников связи как в С–, так и в Ku–диапазонах, но для практического применения в Ku–диапазоне наиболее приемлемыми являются: Intelsat-904 (60E); Intelsat-704 (66E); IS8 (ранее Panamsat-8, 166E) –Дальний Восток (без Чукотки); IS2 (Panamsat-8, 166E) – Дальний Восток (без Чукотки); IS-12 (Panamsat-12, 45E) и IS-10 (ранее Panamsat-10, 68, 5Е) для использования в регионах России за исключением Дальнего Востока.

В рамках новой Федеральной космической программы России до 2015 года ГПКС осуществляет строительство и запуск новых космических аппаратов :

Таблица 7.2

Орбитальная позиция	Наименование космического аппарата	Год запуска	Назначение
	Экспресс-АМ33		Оказание услуг фиксированной связи, телерадиовещания, услуг мультимедиа в C- и Ku-диапазонах, а также для подвижной правительственной и коммерческой связи.
	Экспресс-АМ44
	Экспресс-АМ4		Спутники непосредственного вещания
	Экспресс-АМ4
	Экспресс-АТ
	Экспресс-АТ

Новая система на базе трех спутников серии Экспресс-РВ со сроком службы 15 лет поможет кроме телекоммуникацонного обслуживания обеспечить передачу сервисной информации (карта, погода, дифференциальные поправки, ГЛОНАСС и GPS).

Новый состав группировки позволит обеспечить взаимное резервирование космических аппаратов на всей орбитальной дуге и гарантировать развитие и функционирование систем спутниковой связи и телерадиовещания в интересах государственных пользователей на всей территории нашей страны.

Для организации систем связи и вещания, а также для контроля и управления космическим флотом используются шесть телепортов ГПКС в России (среди которых крупнейший телепорт Восточной Европы – ЦКС «Дубна», волоконно-оптическая сеть с общей пропускной способностью до 5 Гбит /с, а также технический центр коммутации каналов связи и компрессии сигналов в Москве). Структура наземного комплекса технических средств ГПКС представлена на рис. 7.2.

Развитие сети спутниковой связи характеризуется частотным ресурсом российской спутниковой группировки, к которой относятся наиболее значимые для российского рынка спутники, имеющие международную регистрацию под названием «Спутниковые сети «Экспресс». В таблице 7.3 представлена емкость российских спутников связи и спутников непосредственного вещания, работающих на территории России, по состоянию на 2006 год. Частотный ресурс спутников связи «Горизонт» (и их аналога – первой серии космических аппаратов (КА) «Экспресс») в расчет не принят, так как данные спутники работают за пределами гарантированного срока службы.

К 2007 году ГПКС полностью перевело все транслируемые телерадиопрограммы с аналоговых на цифровые технологии. Пакет общероссийских программ телерадиовещания распространяется через спутники ГПКС на пять вещательных зон, с учетом временного сдвига, и доступен на всей территории России, а международные версии программ – и в странах Азиатско-Тихоокеанского и Атлантического регионов.

Таблица 7.3

Оператор	Емкость спутников, МГц			Примечание
	C-диапазон	Ku-диапазон
Спутники связи российской спутниковой группировки
			Ресурс спутника «Горизонт» не учитывается
ОАО «Газком»
Спутники непосредственного вещания
			Обслуживает Центральную и Западную Сибирь
			Обслуживает европейскую часть

В соответствии с концепцией развития цифрового телерадиовещания до 2015 г. в России ГПКС вводит в эксплуатацию новый центр компрессии сигналов телерадиопрограмм по стандарту MPEG-4 part 10 и передающую станцию, которая обеспечит трансляцию потока в стандарте DVB-S2 . В настоящее время формирование и подъем на спутники пакетов общероссийских телерадиопрограмм осуществляется в стандарте MPEG-2/DVB-S, при этом в транспондере размещены до 8 программ стандартного качества. Планируемый стандарт MPEG-4 в сочетании с DVB-S2 позволит передавать порядка 20 программ стандартного качества или 10 программ телевидения высокого качества в одном транспондере. Широкое внедрение стандарта MPEG-4 позволит создать условия для охвата населения России многопрограммным вещанием, обеспечить переход к телевизионным программам нового качества - телевидению высокой четкости (ТВЧ). Это поможет и дальнейшему развитию непосредственного телевизионного вещания со спутника – вещание на мобильные терминалы конечных пользователей, в том числе и в интерактивном режиме.

Спутники, к созданию которых ГПКС уже приступило, будут обладать транспондерами с повышенной энергетикой для развития телевидения, решения многоаспектных задач построения сетей телерадиовещания, включая эволюцию мобильного телевидения. В конфигурацию новых космических аппаратов заложены по три перенацеливаемых антенны: одна - C–диапазона, две другие – Ku-диапазона. Энергетические характеристики новых спутников будут улучшены как минимум на 3–5 дБ по сравнению с эксплуатируемыми космическими аппаратами «Экспресс-АМ», что позволит применять наземные антенны около метра в диаметре. Все это поможет ГКПС оперативно реагировать на меняющиеся потребности рынка, а также выйти на неосвоенные пока регионы.

Среди операторов наземных сетей спутниковой связи выделяют три основные категории: операторы интерактивных VSAT–сетей; операторы сетей типа «точка – точка»; операторы крупных корпоративных сетей.

Развитие операторов интерактивных VSAT – сетей началось в 2003 г. и было стимулировано применением новых VSAT-технологий типа DVB-RCS и им подобных.

Формирование операторов сетей типа «точка-точка» началось в 1990-х годах. Довольно часто такие компании создавались крупными операторами, контролирующими наземные сети общего пользования. Операторы крупных корпоративных сетей, как правило, являются подразделениями своих головных компаний и не имеют цели предоставления услуг связи на коммерческой основе.

Из представленных выше операторов наибольший интерес представляют операторы быстро развивающихся интерактивных VSAT-сетей, в собственности которых находятся центральные станции этих сетей (HUB). За период 2003–2008 гг. в России построено не менее 20 центральных станций. В таблице 7.4 представлены компании, которые развивают свои сети на коммерческой основе.

В настоящее время наиболее активно развивается предоставление услуг с использованием интерактивных технологий VSAT для конечных пользователей, а не для провайдеров. Основной целью создания интерактивных сетей VSAT было предоставление высокоскоростного доступа в Интернет по узкополосным каналам, что и обеспечивает коммерческий успех этого сервиса.

В России для работы VSAT – станций выделены две полосы частот в Ku – диапазоне для фиксированного применения на долговременной основе.

В настоящее время наиболее динамично развивающимся сектором спутниковой связи является сектор мультисервисных услуг на базе технологий VSAT. Мультисервисные услуги базируются на перспективной технологии IPTV. Основным фактором ее развития являются наличие большого числа центральных станций интерактивных сетей VSAT, которые подходят для распространения сигналов IPTV, и возможность предоставления данной услуги по низкоскоростным каналам связи, которых в России подавляющее большинство. Предполагается, что к 2010 году в России сформируется активный рынок услуг IPTV.

Таблица 7.4

Компания	Технология	Начало коммерческой эксплуатации, год	Примечание
Компания	Технология		Примечание
	SkyStar360E, SkyEdge		SkyEdge применяется с IV кв. 2005 г. ЦУС в Москве
			В коммерческом режиме с 2004г. в ЦУС в Москве.

			Торговая марка Spin. ЦУС в Москве
Современный гуманитарный университет			Функции дистанционного образования. ЦУС в Москве
Томский государственный университет			Функции дистанционного образования. ЦУС в Томске
ВебМедиа Сервисез			EMS применяется с 2006 г. ЦУС в Москве
Сеть –Телеком	DirecWay 6000/7000		Торговая марка Altegro Sky. ЦУС в Москве
Сахателеком			ЦУС в Якутске
Морсвязьспутник			ЦУС в Московской области
Дозор-телепорт			ЦУС в Москве
Сибинтек			ЦУС в Москве
Амтел-Связь			ЦУС в Барнауле
Глобалтел	SkyEdge, DirecWay 6000		ЦУС в Хабаровске, Новосибирске, Москве
			ЦУС в Москве

Традиционные интерактивные сети спутниковой связи VSAT с прямой ретрансляцией сигналов большинства современных операторов имеют, как правило, топологию «звезда». Мультиплексирование сигналов и формирование информационных потоков происходит на центральной земной станции (ЦЗС, или HUB). Доставка информационных потоков провайдеров услуг на центральную станцию требует наличия наземных каналов передачи информации. Данное обстоятельство приводит к значительному увеличению затрат на организацию наземных линий связи при значительном удалении провайдера услуг. Даже если имеется возможность организации сети с топологией «каждый с каждым» (mesh) с использованием «прозрачного ретранслятора в один «скачок», это требует существенных энергетических затрат на спутнике или значительного увеличения размеров антенн и мощности передатчиков абонентских станций. Следовательно, повышается себестоимость таких каналов по сравнению с каналами в строго централизованной сети с топологией «звезда».

Связь в два «скачка» используется очень редко, как из-за удвоения задержки, так и из-за двойного использования ресурса и удорожания канала.

Возникающая за счет двойного «скачка» задержка сигнала вызывает проблемы в организации телефонной и видеоконференцсвязи. В рамках большинства интерактивных VSAT–сетей на базе «прозрачных» ретрансляторов с центральной станцией проблема создания mesh – сетей вообще неразрешима, поскольку такую структуру традиционная центральная станция не поддерживает.

Если же центральную станцию со всеми ее функциями модуляции/демодуляции, кодирования/декодирования, мультиплексирования и коммутации разместить на борту спутника, то можно получить новое качество предоставляемых услуг. Такая центральная станция в космосе обеспечит мультимедийные услуги теле- и радиовещания, передачи данных, телефонии, доступа в Интернет, видеоконференцсвязи в едином цифровом потоке на линии «вниз» в пределах всей зоны обслуживания спутника. При этом возникают существенные преимущества по сравнению с традиционными сетями:

Организация связи непосредственно между пользователями в один «скачок» по принципу «каждый с каждым» или «каждый со всеми»;

Полная регенерация (подавление помех) сигнала на борту спутника;

Исключение несанкционированного доступа к ретранслятору спутника (ресурс выделяется только после процедуры идентификации пользователей сети);

Исключение необходимости строительства наземных линий связи с центральной станцией мультиплексирования (провайдеры услуг могут непосредственно работать через ретранслятор спутника), что наиболее актуально для региональных операторов, которые не имеют собственных центральных земных станций.

Приборы обработки сигналов на борту спутника связи получили название бортовых цифровых платформ (БЦП).

Таким образом, развитие сети спутниковой связи базируется не только на расширении спутниковой группировки, но и совершенствования методов обработки сигнала не только на центральных наземных станциях, но и непосредственно на космических аппаратах. При комплексном решении указанных проблем спутниковая как фиксированная, так и мобильная спутниковая мультисервисная связь может занять существенную долю рынка инфотелекоммуникационных услуг.

Наболевшие проблемы решаемы цепочкой космических станций периодом обращения 24 часа, оккупировавших высоту 42000 км относительно центра Земли… в плоскости экватора.

А. Кларк, 1945 год.

В каменном веке связная сеть работает путём многократного повторения действий по регулированию объёма испускаемого костром дыма. Земля знала скороходов, лучшим стал Маленький Мук. Современная система использует космические летательные аппараты. Плюсом спутника назовём большое покрытие территории. Волны используют преимущественно короткие, способные распространяться по прямой. Мир один – везде свои цены…

Предпосылки использования

Идею ретрансляции зародил Эмиль Гуарини-Форезио в 1899 году. Концепцию опосредованной передачи сигнала опубликовал немецкий Журнал для электротехника (том 16, 35-36). Артур Кларк в 1945 году озвучил концепцию системы связи меж геостационарными космическими аппаратами. Писатель отказался брать патент, отнекиваясь двумя умозаключениями:

Малая вероятность осуществления задумки.
Необходимость подарить идею человечеству целиком.

Одновременно учёный указал координаты наилучшего покрытия областей поверхности планеты:

30 градусов в.д. – Африка, Европа.
150 градусов в.д. – Китай, Океания.
90 градусов з.д. – Америка.

Писатель занизил рабочую частоту, высказав намерение применить 3 МГц, уменьшив гипотетические рефлекторы (несколько футов).

Наземные системы СВЧ

Англо-французский консорциум, возглавляемый Андре Клавиром, пошёл дальше. Первые успешные попытки использования диапазона СВЧ связью датированы 1931 годом. Английский Канал продемонстрировал передачу информации частотой 1,7 ГГц (современный сотовый диапазон) на 64 километра станциями, оснащёнными тарелками диаметром 3 метра, соединяя Дувр и Кале.

Интересно! Первый коммерческий телевизионный канал УКВ использовал частоту 300 МГц.

Историки склонны считать Вторую мировую войну лошадкой, вывезшей отрасль на вершину. Изобретение клистрона, усовершенствование технологий изготовления параболоидов внесли неоценимый вклад. Расцвет трансатлантических отношений датируется 50-ми годами XX века.

Для справки! Первая релейная линия, образованная восемью ретрансляторами, Нью-Йорк – Бостон, построена в 1947 году.

Америка и Европа наладили передачу информации ретрансляторами (радиосвязь, называемая релейной). Немедля началось коммерческое телевещание. Особенностью СВЧ связи называют возможность точного предсказания результата уже на этапе проектирования системы.

Для справки! Релейная связь – технология передачи цифровых, аналоговых сигналов меж приёмниками, находящимися в поле видимости.

Космические аппараты

Первый советский спутник (1957 год) нёс связную аппаратуру. Тремя годами позже американцы подняли на высоту 1500 км надувной шар, служивший пассивным ретранслятором, благодаря металлизированному покрытию сферы. 20 августа 1964 года 11 стран, включая СССР, подписали договор о создании Intelsat (международная связь). Советский блок шёл путём секретности, пока запад зарабатывал. Восточный блок создал собственную программу в 1971 году.

Спутники явились настоящей находкой, позволяя соединить противоположные берега океана. Альтернативой выступает оптическое волокно.

Первыми тёмную лошадку запустили военные наравне с тропосферной связью, использовавшей эффект отражения волны верхними слоями. Советскую микроволновую связь перехватывала небесная группа Риолит. Система, разработанная для ЦРУ (США). Аппарат занимал позицию, захватываемую наземным лучом советской релейной связи, записывая послания. Контролировались территории Китая, Восточной Европы. Диаметр зонтоподобных рефлекторов достигал 20 метров.

Руководство США всегда знало намерения руководителей СССР, прослушивая все, вплоть до телефонных звонков. Сегодня спутниковые системы позволяют, благодаря эффекту Допплера, дистанционно посещать любые «конфиденциальные» беседы, проводимые в помещениях, снабжённых типичным оконным стеклопакетом.

Зарегистрированы первые попытки осуществить идеи Николы Тесла в космосе: беспроводная передача электроэнергии спутниковыми антеннами. Эпопея стартовала в 1975 году. Ныне концепция вернулась домой. Башня Ворденклифф давно разрушена, однако главный остров Гавайи получил свою порцию 20 Вт беспроводным путём.

Для справки! Использование космической связи оказалось экономически оправданной альтернативой оптического волокна.

Особенности сигнала

Неудивительно использование спутников, учитывая сказанное.

Окна прозрачности

Явление поглощения атмосферой волн известно давно. Учёные, исследовав феномен, заключили:

Затухание сигнала определено частотой.
Наблюдаются окна прозрачности.
Явление модулируется погодными условиями.

Например, миллиметровый диапазон (30-100 ГГц) сильно угнетается дождём. Окрестности частоты 60 ГГц поглощают молекулы кислорода, 22 ГГц – водой. Частоты ниже 1 ГГц отсекаются излучениями галактики. Негативное влияние оказывают температурные шумы атмосферы.

Сказанное объясняет выбор современных частот космической связи. Полный перечень характеристик сигнала Ku-диапазона демонстрирует рисунок.

Используется также С-диапазон.

Зоны приёма

Луч, пересекая поверхность Земного шара, формирует изотропные кривые эквивалентного приёма. Суммарные потери составляют:

200 дБ – С-диапазон.
206 дБ – Ku-диапазон.

Солнечные помехи способны помешать ловле пакетов. Наихудшие условия длительностью 5-6 дней создаются межсезоньем (зима, осень). Интерференция светила снабжает техников наземных станций гарантированной работой. На время природного явления отключают системы слежения. Иначе тарелки могут поймать Солнце, отдав неправильные команды бортовым системам стабилизации. Банки, аэропорты получают предупреждение: связь временно нарушится.

Зоны Френеля

Препятствия вокруг вышки связи провоцируют сложение волн, формируя зоны затухания/подъёма сигнала. Феномен объясняет необходимость наличия чистого пространства близ приёмопередатчика. К счастью, СВЧ лишены указанного недостатка. Благодаря важной особенности, каждый дачник ловит НТВ+ тарелкой.

Мерцания

Непредсказуемые изменения атмосферы заставляют сигнал постоянно меняться. Колебания до 12 дБ амплитудой затрагивают полосу шириной 500 МГц. Явление длится 2-3 часа максимум. Мерцания мешают наземным станциям отслеживать спутник, требуя принятия превентивных мер.

Линейность луча

Особенностью СВЧ считают прямолинейную траекторию луча. Явление позволяет сконцентрировать мощность, понижая требования к бортовым системам. Наверняка первоначальной задачей стал шпионаж. Позже антенны перестали быть узконаправленными, покрывая громадные территории, как например, Россия.

Инженеры называют свойство недостатком: невозможно обогнуть горы, овраги.

Особенности сложения волн

Практически отсутствует интерференционная картина. Позволительно значительно уплотнить соседние частотные каналы.

Ёмкость

Теорема Котельникова определяет верхнюю границу спектра передаваемого сигнала. Порог напрямую задан частотой несущей. СВЧ, благодаря высоким значениям, вмещают до 30 раз больше информации, нежели УКВ.

Возможность регенерации

Развитие цифровых технологий открыло дорогу методикам коррекции ошибок. Искусственный спутник:

принимал слабый сигнал;
декодировал;
исправлял ошибки;
кодировал;
передавал дальше.

Превосходное качество спутниковой связи стало «притчей во языцах».

Наземные антенны

Спутниковые тарелки называют параболоидами. Диаметр достигает 4 метра. Помимо указанных доступны 2 вида антенн релейной связи (оба наземные):

Диэлектрические линзы.
Рупорные антенны.

Параболоиды обеспечивают высокую избирательность, позволяя установить связь, преодолевшему тысячи километров лучу. Типичная тарелка неспособна передать сигнал, требуются более высокие характеристики.

Принцип действия

Спутники шпионы постоянно двигались, обеспечивая относительную неуязвимость и скрытность наблюдения. Использование мирных технологий пошло иным путём. Реализована концепция Кларка:

Экваториальная орбита служит пристанищем сотен геостационарных спутников.
Непоколебимость положения обеспечивает простоту наведения наземного оборудования.
Высота орбиты (35786 метров) фиксированная, поскольку необходимо уравновесить силой центробежной земное тяготение.

Аппарат покрывает часть территории планеты.

Система Intelsat сформирована 19-ю спутниками, сгруппированными по четырём регионам. Абонент видит 2-4 одновременно.

Время жизни системы составляет 10-15 лет, затем отживающее срок оборудование меняют. Гравитационные эффекты планет, Солнца выявляют потребность использовать системы стабилизации. Процесс коррекций заметно снижает топливный ресурс аппаратов. Комплекс Intelsat допускает отклонения положения до 3-х градусов, продляя жизнь орбитального роя (свыше трёх лет).

Частоты

Окно прозрачности ограничено диапазоном 2-10 ГГц. Intelsat использует область 4-6 ГГц (С-диапазон). Повышение загрузки вызвало переход части трафика на Ku-диапазон (14, 11, 12 ГГц). Рабочий участок раздают порциями транспондерам. Земной сигнал принимается, усиливается, излучается назад.

Проблемы

Дороговизна запуска. Преодоление 35 тысяч километров отнимает немало ресурсов.
Задержка распространения сигнала превышает четверть секунды (достигая 1 с).
Малый угол наклона линии визирования искусственного летательного аппарата повышает энергетические затраты.
Площадь приёма покрыта неэффективно. Гигантские пространства лишены абонентов. КПД вещания чрезвычайно низок.
Окна прозрачности узкие, наземные станции приходится разносить территориально, менять поляризацию.

Пути решения

Частично недостатки устраняет внедрение наклонной орбиты. Спутник перестаёт быть геостационарным (см. выше спутники-шпионы времён Холодной войны). Необходимо минимум три равноудалённых аппарата, чтобы обеспечить связь круглосуточно.

Полярная орбита

Полярная орбита одна способна покрыть поверхность. Однако потребуется несколько периодов обращения космического аппарата. Рой спутников, разнесённых по углу, способен решить задачу. Полярные орбиты обошли стороной коммерческое вещание, став верным помощником систем:

навигации;
метеорологии;
наземных станций управления.

Наклонная орбита

Наклон успешно использовался советскими спутниками. Орбита характеризуется следующими параметрами:

период обращения – 12 часов;
наклон – 63 градуса.

Видимые 8/12 часов три спутника обеспечивают связь полярным регионам, недоступным с экватора.

Спутниковый телефон

Мобильный гаджет напрямую ловит космос, минуя наземные вышки. Первый Inmarsat 1982 года обеспечивал доступ морякам. Семью годами позже создан наземный вид. Канада первой осознала преимущества оборудования пустынных территорий с редкими жителями. Вслед программу освоили США.

Проблему решает запуск низко летающих спутников:

Период обращения – 70..100 минут.
Высота 640..1120 км.
Зона покрытия – круг радиусом 2800 км.

Учитывая физические параметры, длительность индивидуального сеанса связи охватывает диапазон 4-15 минут. Поддержание работоспособности требует известных усилий. Пара коммерсантов США в 90-е обанкротились, не сумев набрать достаточно абонентов.

Массо-габаритные характеристики непрерывно улучшаются. Globalstar предлагает фирменное ПО смартфона, посредством Bluetooth ловящего сигнал сравнительно громоздкого приёмника спутников.

Спутниковым телефонам требуется мощная приёмная антенна, желательно зафиксированная. Оборудуют преимущественно здания, транспорт.

Операторы

ACeS охватывает одним-единственным спутником Азию.
Inmarsat старейший оператор (1979 год). Оборудует яхты, корабли. Обладая 11 летательными аппаратами, компания медленно осваивает рынок мобильных устройств, заручившись помощью ACeS.
Thuraya обслуживает Азию, Австралию, Европу, Африку, Средний восток.
MSAT/SkyTerra американский провайдер, использующей оборудование эквивалентное Inmarsat.
Terrestar покрывает Северную Америку.
IDO Global Communications на стадии бездействия.

Сети

Коммерческие проекты ограниченны.

GlobalStar

GlobalStar – совместное детище Qualcomm и Loral Corporation, позже поддержанное Alcatel, Vodafone, Hyundai, AirTouch, Deutsche Aerospace. Запуск 12 спутников был сорван, первый звонок состоялся 1 ноября 1998 года. Начальная стоимость (февраль 2000 года) составила 1,79 доллар/мин. Претерпев ряд банкротств и преобразований, компания обеспечивает клиентов 120 стран.

Обеспечивает 50% трафика США (свыше 10000 вызовов). Работоспособность поддерживают наземные репитеры. Всего 40, включая 7, вмещаемых Северной Америкой. Территории, лишённые наземных репитеров, образуют зону молчания (Южная Азия, Африка). Хотя аппараты регулярно бороздят небесную высь.

Абоненты получают американские телефонные номера, исключая Бразилию, где присваивают код +8818.

Список услуг:

Голосовые вызовы.
Системы определения местоположения с погрешностью 30 км.
9,6 кбит/с пакетный доступ в интернет.
Мобильная связь CSD GSM.
Роуминг.

Телефоны используют технологии Qualcomm CDMA, исключая Ericsson и Telit, принимающие традиционные SIM-карты. Базовые станции вынуждены поддерживать оба стандарта.

Iridium

Провайдер использует полярную орбиту, обеспечивая 100% покрытие планеты. Организаторы потерпели банкротство, компания возрождена в 2001 году.

Это интересно! Iridium – виновник ночных небесных вспышек. Летящие спутники хорошо видны невооружённым глазом.

Флотилия компании включает 66 спутников, используя 6 низкоорбитальных траекторий высотой 780 км. Аппараты общаются, задействовав Ka-диапазон. Львиная доля запущена бывшими банкротами. На январь 2017 обновлено 7 единиц. Регенерация продолжается: первая группа (10 штук) улетела 14 января, вторая – 25 июня, третья – 9 октября.

Это интересно! Спутник Iridium 33 10 февраля 2009 года протаранил русский Космос 2251. Небесные обломки сегодня летают над Сибирью.

Компания продолжает оказывать услуги 850 тысячам абонентов. 23% прибыли выплачено государством. Стоимость звонка составляет 0,75 – 1,5 доллара/мин. Обратные вызовы сравнительно дороги – 4 доллара/мин (Google Voice). Типичные сферы деятельности нанимателей:

Нефтедобыча.
Морской флот.
Авиация.
Путешественники.
Учёные.

Особую благодарность просили передать обитатели южной полярной станции Амундсена-Скотта. Компания повсеместно продаёт пакеты вызовов длительностью 50-5000 минут. Валидность первых оставляет желать лучшего, дорогие (5000 минут = 4000 долларов) сохраняют работоспособность 2 года. Месячно продление – 45 долларов:

75 минут стоят 175 долларов, срок использования – 1 месяц.
500 минут – 600-700 долларов, срок использования – 1 год.

Телефоны

Бывшие владельцы снабжали клиентов телефонными аппаратами двух изготовителей:

Моторола 9500 стал соратником первой коммерческой пробы компании. Бытующая поныне мобильная ударопрочная версия 9575 рождена 2011 годом, дополнена экстренной кнопкой вызова GSM, интерфейсом продвинутого определения местоположения. Аппарат настраивает Wi-Fi хот-спот, позволяя пользователям рядовых смартфонов посылать электронные письма, СМС, посещать интернет.

Техника Kyocera заброшена производителем. Модели распродают перекупщики. KI-G100 на базе GSM-телефона частоты 900 МГц снабжён чемоданчиком, оснащённым мощной антенной, ловящей вещание. Возможность приёма СМС обеспечена, отравлять могут лишь отдельные модели (9522). SS-66K снабжён нетипичной шаровой антенной.

9575 ударопрочный, водонепроницаемый телефон, снабжённый пылезащитным корпусом. Выдерживает температуры минус 20 – плюс 50 градусов Цельсия.
9555 – снабжён встроенной гарнитурой, USB-интерфейсом, переходником на последовательный порт RS-232.
9505А – здоровенный гаджет формы кирпича. Снабжён родным интерфейсом RS-232.
SS-55K выпущен ограниченной партией. Неимоверных размеров, продаётся перекупщиками eBay.

Прочее оборудование компании включало:

Пейджеры.
Таксофоны.
Оснастку яхт, самолётов.

Буи

Плавучие бакены, напоминающие систему отслеживание цунами, способны вести приём/передачу коротких сообщений. Интерфейс позволит использовать функционал фирменного телефона, отказывающегося ловить спутники.

МОУ Парабельская гимназия

Реферат

Спутниковые системы связи

Выполнил

Горошкина Ксения

ученица 11 класса

Проверил

Борисов Александр Владимирович

Парабель

2010 год

Введение 3

1. Принципы организации спутниковых каналов связи 4

2. Орбиты спутников связи 5

3. Типовая схема организации услуг спутниковой связи 6

4. Сферы применения спутниковой связи 6

4.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT 7

4.2.Принципы организации подвижной спутниковой связи 7

5. Технологии, используемые в спутниковой связи 8

6. История создания спутниковых систем связи 11

6.1. Первые спутниковые линии связи и вещания через ИСЗ "Молния-1" 12

6.2. Первая в мире спутниковая система "Орбита" для распределения ТВ-программ 13

6.3. Первая в мире система непосредственного ТВ-вещания "Экран" 14

6.4. Системы распределения ТВ-программ "Москва" и "Москва-Глобальная 15

6.5. Система спутникового ТВ-вещания в диапазоне 12 ГГц 16

6.6. Создание системы "Интерспутник" 16

6.7. Создание спутниковой линии правительственной связи 17

6.8. В заключении… 17

Список используемой литературы 20

Введение

Спутниковые системы связи (ССC) известны давно, и используются для передачи различных сигналов на протяженные расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, совершенствования аппаратуры, развития методов передачи сигналов произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным системам.

Такие темпы развития ССC объясняются рядом достоинств которыми они обладают. К ним, в частности, относятся большая пропускная способность, неограниченные перекрываемые пространства, высокое качество и надежность каналов связи. Эти достоинства, которые определяют широкие возможности спутниковой связи, делают ее уникальным и эффективным средством связи. Спутниковая связь в настоящее время является основным видом международной и национальной связи на большие и средние расстояния. Использование искусственных спутников Земли для организации связи продолжает расширяться по мере развития существующих сетей связи. Многие страны создают собственные национальные сети спутниковой связи.

В нашей стране создается единая автоматизированная система связи. Для этого развиваются, совершенствуются и находят новые области применения различные технические средства связи.

В своем реферате я рассмотрю принципы организации спутниковых систем, сферы применения, историю создания ССС. В наше время спутниковому вещанию уделяется большое внимание, поэтому мы должны знать принцип работы системы.

1. Принципы организации спутниковых каналов связи

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.

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.

2. 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 больша́я высота, а значит, и бо́льшая 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.

3. Типовая схема организации услуг спутниковой связи

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.

4. Сферы применения спутниковой связи:

Магистральная спутниковая связь: Изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. 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.

4.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT:

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.

4.2.Принципы организации подвижной спутниковой связи:

Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего мобильного спутникового приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений:

Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик.
Множество спутников располагается на наклонных или полярных орбитах. При этом требуемая мощность передатчика не так высока, и стоимость вывода спутника на орбиту ниже. Однако такой подход требует не только большого числа спутников, но и разветвленной сети наземных коммутаторов.

Оборудование клиента (мобильные спутниковые терминалы, спутниковые телефоны) взаимодействует с внешним миром или друг с другом посредством спутника-ретранслятора и станций сопряжения оператора услуг мобильной спутниковой связи, обеспечивающих подключение к внешним наземным каналам связи (телефонной сети общего пользования, сети интернет и пр.)

5. Технологии, используемые в спутниковой связи

М ногократное 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).

Ч астотные 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	Частоты	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.

М одуляция и помехоустойчивое кодирование

Особенностью спутниковых систем связи является необходимость работать в условиях сравнительно низкого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:

значительной удаленностью приемника от передатчика,
ограниченной мощностью спутника

Спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя импульсно-кодовую модуляцию.
Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией).

Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты сверточных кодов, а также турбо-коды.

6. История создания спутниковых систем связи

Идея создания на Земле глобальных систем спутниковой связи была выдвинута в 1945 г. Артуром Кларком , ставшим впоследствии знаменитым писателем-фантастом. Реализация этой идеи стала возможной только через 12 лет после того, как появились баллистические ракеты, с помощью которых 4 октября 1957 г. на орбиту был запущен первый искусственный спутник Земли (ИСЗ). Для контроля за полетом ИСЗ на нем был помещен маленький радиопередатчик - маяк, работающий в диапазоне 27 МГц . Через несколько лет 12 апреля 1961 г . впервые в мире на советском космическом корабле "Восток" Ю.А. Гагарин совершил исторический облет Земли. При этом космонавт имел регулярную связь с Землей по радио. Так началась систематическая работа по изучению и использованию космического пространства для решения различных мирных задач.

Создание космической техники сделало возможным развитие очень эффективных систем дальней радиосвязи и вещания. В США начались интенсивные работы по созданию связных спутников. Такие работы начали разворачиваться и в нашей стране. Ее огромная территория и слабое развитие связи, особенно в малонаселенных восточных районах, где создание сетей связи с помощью других технических средств (РРЛ, кабельные линии и др.) сопряжено с большими затратами, делало этот новый вид связи весьма перспективным.

У истоков создания отечественных спутниковых радиосистем стояли выдающиеся отечественные ученые и инженеры, возглавлявшие крупные научные центры: М.Ф. Решетнев, М.Р. Капланов, Н.И. Калашников, Л.Я. Кантор

Основные задачи, ставящиеся перед учеными, состояли в следующем:

Разработка спутниковых ретрансляторов телевизионного вещания и связи ("Экран", "Радуга", "Галс"), с 1969 г. спутниковые ретрансляторы разрабатывались в отдельной лаборатории, возглавляемой М.В. Бродским ;

Создание системных проектов построения спутниковой связи и вещания;

Разработка аппаратуры земных станций (ЗС) спутниковой связи: модуляторов, порогопонижающих демодуляторов ЧМ (частотной модуляции) сигналов, приемных и передающих устройств и др.;

Проведение комплексных работ по оснащению оборудованием станций спутниковой связи и вещания;

Разработка теории следящих ЧМ демодуляторов со сниженным шумовым порогом, методов многостанционного доступа, методов модуляции и помехоустойчивого кодирования;

Разработка нормативно-технической документации на каналы, тракты телевизионного и связного оборудования спутниковых систем;

Разработка систем управления и контроля ЗС и сетями спутниковой связи и вещания.

Специалистами НИИР были созданы многие национальные спутниковые системы связи и вещания, находящиеся в эксплуатации и поныне . Приемо-передающее наземное и бортовое оборудование этих систем также было разработано в НИИР. Помимо оборудования специалисты института предложили методики проектирования как самих спутниковых систем, так и отдельных, входящих в их состав устройств. Опыт проектирования спутниковых систем связи специалистов НИИР отражен в многочисленных научных публикациях и монографиях.

6.1. Первые спутниковые линии связи и вещания через ИСЗ "Молния-1"

Первые эксперименты по спутниковой связи путем отражения радиоволн от американского отражающего спутника "Эхо" и Луны, используемых в качестве пассивных ретрансляторов, проводились специалистами НИИР в 1964 г . Радиотелескопом в обсерватории в поселке Зименки Горьковской области были приняты телеграфные сообщения и простой рисунок из английской обсерватории "Джодрелл Бэнк".

Этот эксперимент доказал возможность успешного использования космических объектов для организации связи на Земле.

В лаборатории спутниковой связи были подготовлены несколько системных проектов, а затем она приняла участие в разработке первой отечественной системы спутниковой связи "Молния-1" в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Головной организацией по созданию этой системы был Московский научно-исследовательский институт радиосвязи (МНИИРС). Главным конструктором системы "Молния-1" является М.Р. Капланов - заместитель руководителя МНИИРС.

В 60-е годы в НИИР велась разработка приемо-передающего комплекса тропосферной радиорелейной системы "Горизонт", также работающей в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Этот комплекс был модифицирован и созданная аппаратура, названная "Горизонт-К", использовалась для оснащения первой спутниковой линии связи "Молния-1", связавшей Москву и Владивосток. Эта линия предназначалась для передачи ТВ-программы или группового спектра 60 телефонных каналов. При участии специалистов НИИР в этих городах были оборудованы две земные станции (ЗС). В МНИИРС был разработан бортовой ретранслятор первого искусственного спутника связи "Молния-1", успешный запуск которого состоялся 23 апреля 1965 г . Он был выведен на высокоэллиптическую орбиту с периодом обращения вокруг Земли 12 ч. Такая орбита была удобна для обслуживания территории СССР, рас положенной в северных широтах, так как в течение восьми часов на каждом витке ИСЗ был виден с любой точки страны. Кроме того, запуск на такую орбиту с нашей территории осуществляется с меньшими затратами энергии, чем на геостационарную. Орбита ИСЗ "Молния-1" сохранила свое значение до сих пор и используется, несмотря на преобладающее развитие геостационарных ИСЗ.

6.2. Первая в мире спутниковая система "Орбита" для распределения ТВ-программ

После завершения исследований технических возможностей ИСЗ "Молния-1" специалистами НИИР Н.В. Талызиным и Л.Я. Кантором было предложено решить проблему подачи ТВ-программ центрального телевидения в восточные районы страны путем создания первой в мире системы спутникового вещания "Орбита" в диапазоне 1 ГГц на базе аппаратуры "Горизонт-К".

В 1965-1967 гг. в рекордно короткие сроки в восточных районах нашей страны было одновременно сооружено и введено в действие 20 земных станций "Орбита" и новая центральная передающая станция "Резерв". Система "Орбита" стала первой в мире циркулярной, телевизионной, распределительной спутниковой системой, в которой наиболее эффективно использованы возможности спутниковой связи.

Следует отметить, что диапазон, в котором работала новая система "Орбита" 800-1000 МГц, не соответствовал тому, который был распределен в соответствии с Регламентом радиосвязи для фиксированной спутниковой службы. Работа по переводу системы "Орбита" в С-диапазон 6/4 ГГц была выполнена специалистами НИИР в период 1970-1972 гг. Станция, функционирующая в новом диапазоне частот, получила название "Орбита-2". Для нее был создан полный комплекс аппаратуры для работы в международном диапазоне частот - на участке Земля-Космос - в диапазоне 6 ГГц, на участке Космос-Земля - в диапазоне 4 ГГц. Под руководством В.М. Цирлина была разработана система наведения и автосопровождения антенн с программным устройством. В этой системе использовались экстремальный автомат и метод конического сканирования.

Станции "Орбита-2" начали внедряться с 1972 г ., а к концу 1986 г . их было построено около 100. Многие из них и в настоящее время являются действующими приемо-передающими станциями.

В дальнейшем для работы сети "Орбита-2" был создан и выведен на орбиту первый советский геостационарный ИСЗ "Радуга", многоствольный бортовой ретранслятор которого создавался в НИИР (руководитель работы А.Д. Фортушенко и ее участники М.В. Бродский, А.И. Островский, Ю.М. Фомин и др.) При этом были созданы и освоены технология изготовления и методы наземной обработки космических изделий.

Для системы "Орбита-2" были разработаны новые передающие устройства "Градиент" (И.Э. Мач, М.З. Цейтлин и др.), а также параметрические усилители (А.В. Соколов, Э.Л. Ратбиль, B.C. Санин, В.М. Крылов) и устройства приема сигналов (В.И. Дьячков, В.М. Доро феев, Ю.А. Афанасьев, В.А. Полухин и др.).

6.3. Первая в мире система непосредственного ТВ-вещания "Экран"

Широкое развитие системы "Орбита", как средства подачи ТВ-программ, в конце 70-х годов стало экономически неоправданным из-за большой стоимости ЗС, делающей нецелесообразной ее установку в пункте с населением менее 100-200 тыс. человек. Более эффективной оказалась система "Экран", работающая в диапазоне частот ниже 1 ГГц и имеющая большую мощность передатчика бортового ретранслятора(до 300 Вт). Целью создания этой системы было охват ТВ-вещанием малонаселенных пунктов в районах Сибири, Крайнего Севера и части Дальнего Востока. Для ее реализации были выделены частоты 714 и 754 МГц, на которых было возможно создать достаточно простые и дешевые приемные устройства. Система "Экран" стала фактически первой в мире системой непосредственного спутникового вещания.

Приемные установки этой системы должны были быть рентабельными как для обслуживания небольших населенных пунктов, так и для индивидуального приема ТВ-программ.

Первый спутник системы "Экран" был запущен 26 октября 1976 г . на геостационарную орбиту в точку 99° в.д. Несколько позднее в Красноярске были выпущены станции коллективного приема "Экран-КР-1" и "Экран-КР-10" с мощностью выходного телевизионного передатчика 1 и 10 Вт. Земная станция, передающая сигналы на ИСЗ "Экран", имела антенну с диаметром зеркала 12 м, она была оборудована передатчиком "Градиент" мощностью 5 кВт, работающим в диапазоне 6 ГГц. Приемные установки этой системы, разработанные специалистами НИИР, были наиболее простыми и дешевыми приемными станциями из всех, реализованных в те годы. К концу 1987 г. число установленных станций "Экран" достигло 4500 шт.

6.4.Системы распределения ТВ-программ "Москва" и "Москва-Глобальная"

Дальнейший прогресс в развитии систем спутникового ТВ-вещания в нашей стране связан с созданием системы "Москва", в которой технически устаревшие ЗС системы "Орбита, были заменены на малые ЗС. Разработка малых ЗС началась в 1974 г. по инициативе Н.В. Талызина и Л.Я. Кантора.

Для системы "Москва" на ИСЗ "Горизонт" был предусмотрен ствол повышенной мощности, работающий в диапазоне 4 ГГц на узконаправленную антенну. Энергетические соотношения в системе были выбраны таким образом, что обеспечивали применение на приемной ЗС небольшой параболической антенны с диаметром зеркала 2,5 м без автоматического наведения. Принципиальной особенностью системы "Москва" являлось строгое соблюдение норм на спектральную плотность потока мощности у поверхности Земли, установленных Регламентом ради связи для систем фиксированной службы . Это позволяло использовать эту систему для ТВ-вещания на всей территории СССР. Система обеспечивала прием с высоким качеством центральной ТВ-программы и программы радиовещания. Впоследствии в системе был создан еще один канал, предназначенный для передачи газетных полос.

Эти станции получили также широкое распространение в отечественных учреждениях, расположенных за рубежом (в Европе, на севере Африки и ряде других территорий), что дало возможность нашим гражданам за рубежом принимать отечественные программы. При создании системы "Москва" был использован ряд изобретений и оригинальных решений, позволивших усовершенствовать как построение самой системы, так и ее аппаратурные комплексы. Эта система послужила прототипом для многих спутниковых систем, созданных позже в США и Западной Европе, в которых для подачи программ ТВ на ЗС малого размера и умеренной стоимости использовались ИСЗ средней мощности, работающие в диапазоне фиксированной спутниковой службы.

В течение 1986-1988 гг. была проведена разработка специальной системы "Москва-Глобальная" с малыми ЗС, предназначенной для подачи центральных ТВ-программ в отечественные представительства за рубежом, а также для передачи небольшого объема дискретной информации. Эта система также находится в эксплуатации. В ней предусмотрена организация одного ТВ-канала, трех каналов для передачи дискретной информации со скоростью 4800 бит/с и двух каналов со скоростью 2400 бит/с. Каналы передачи дискретной информации использовались в интересах Комитета по телевидению и радиовещанию, ТАСС и АПН (Агентство политических новостей). Для охвата практически всей территории Земного шара в ней используются два спутника, расположенные на геостационарной орбите на 11° з.д. и 96° в.д. Приемные станции имеют зеркало диаметром 4 м, аппаратура может располагаться как в специальном контейнере, так и в помещении.

6.5. Система спутникового ТВ-вещания в диапазоне 12 ГГц

С 1976 г . в НИИР начались работы по созданию принципиально новой в те годы системы спутникового телевидения в выделенном по международному плану для такого спутникового ТВ-вещания диапазоне частот 12 ГГц (СТВ-12), которая не имела бы ограничений по излучаемой мощности, присущих системам "Экран" и "Москва" и могла бы обеспечить охват всей территории нашей страны многопрограммным ТВ-вещанием, а также обмен программами и решение проблемы республиканского вещания. В создании этой системы НИИР являлся головной организацией.

Специалисты института провели исследования, определившие оптимальные параметры данной системы, и разработали многоствольные бортовые ретрансляторы и оборудование передающей и приемной ЗС. На первом этапе развития этой системы использовался отечественный спутник "Галс", сигналы передавались в аналоговом виде, использовалось импортное приемное оборудование. Позже был осуществлен переход на цифровое оборудование на базе иностранного спутника, а также передающего и приемного оборудования.

6.6. Создание системы "Интерспутник"

В 1967 г. началось развитие международного сотрудничества социалистических стран в области спутниковой связи. Целью его было создание международной спутниковой системы "Интерспутник", предназначенной для удовлетворения потребностей Болгарии, Венгрии, Германии, Монголии, Польши, Румынии, СССР и Чехословакии в телефонной связи, передаче данных и обмене ТВ-программами. В 1969 г. были разработаны проект этой системы, юридические основы организации "Интерспутник", а в 1971 г. подписано соглашение о ее создании.

Система "Интерспутник" стала второй в мире между народной системой спутниковой связи (после системы "Интелсат"). Специалисты НИИР разработали проекты ЗС, которые при содействии СССР были построены во многих странах социалистического содружества. Первая ЗС за рубежом была создана на Кубе, а вторая - в Чехословакии. Всего НИИР поставил за рубеж более десяти ЗС для приема программ ТВ, ЗВ и специального назначения.

Вначале в "Интерспутнике" использовался ИСЗ типа "Молния-3" на высокоэллиптической орбите, а с 1978 г. -два многоствольных геостационарных спутника типа "Горизонт" с точками стояния 14° з.д. и 53° (а затем 80°) в.д. На ЗС первоначально был установлен передатчик "Градиент-К" и приемный комплекс "Орбита-2".

Все системные и технические решения по созданию системы "Интерспутник", а также аппаратура ЗС создавались специалистами НИИР совместно с опытным заводом НИИР "Промсвязьрадио" и организациями-соисполнителями. Система "Интерспутник" находится в эксплуатации и сегодня, арендуя стволы космической группировки РФ, а также используя свой геостационарный спутник LMI-1, находящийся на позиции 75° в.д. Работы проводились в кооперации с ПО "Искра" (Красноярск), Московским и Подольским радиотехническими заводами.

Руководителем работ был С.В. Бородич .

6.7. Создание спутниковой линии правительственной связи

В 1972 г . было заключено межправительственное соглашение между СССР и США о создании прямой линии правительственной связи (ЛПС) между главами государств на случай чрезвычайных обстоятельств. Выполнение этого важного правительственного соглашения было поручено специалистам НИИР. Главным конструктором разработки ЛПС стал В.Л. Быков , а ответственными исполнителями - И.А. Ястребцов, А.Н. Воробьев.

На территории СССР были созданы две ЗС: одна (в Дубне под Москвой), вторая (в Золочеве под Львовом). Ввод ЛПС в эксплуатацию состоялся в 1975 г . Она действует через ЗС "Дубна" до настоящего времени. Это был первый опыт работы по созданию отечественными специалистами спутниковой линии в международной системе "Интелсат".

6.8. В заключении…

В 1960-1980 гг. специалисты НИИР решали весьма важные для нашего государства и сложные в техническом отношении проблемы создания национальных систем спутниковой связи и вещания.

· Были созданы системы распределения ТВ-программ на обширной территории нашей страны, в том числе - непосредственного спутникового телевещания. Многие системы, созданные в НИИР, были первыми в мире: "Орбита", "Экран", "Москва" и др. Оборудование наземной части этих систем, а также бортовое оборудование - также разработка НИИР, оно производилось отечественной промышленностью.

· Спутниковые системы связи и вещания позволили удовлетворить потребности десятков миллионов граждан нашей страны, особенно тех, кто проживали в малонаселенных районах Западной Сибири и Дальнего Востока. С созданием спутниковых систем в этих регионах у граждан впервые появилась возможность принимать программы центрального телевидения в реальном времени.

· Внедрение спутниковых систем имело исключительно важное значение для экономического и социального развития как труднодоступных регионов Сибири и Дальнего Востока, так и всей страны.

· Население Сахалина, Камчатки, Хабаровского края и многих других отдаленных территорий получило доступ к телефонной сети общего пользования.

· Ученые НИИР выполнили оригинальные научные исследования, направленные на создание методик расчета разного рода устройств, применяемых в системах спутниковой связи. Ими также была создана методологии проектирования систем спутниковой связи и написан ряд фундаментальных монографий и научных статей по проблемам спутниковой связи.

Вывод

Современные организации характеризуются большим объемом различной информации, в основном электронной и телекоммуникационной, которая проходит через них каждый день. Поэтому важно иметь высококачественный выход на коммутационные узлы, которые обеспечивают выход на все важные коммуникационные линии. В России, где расстояния между населенными пунктами огромное, а качество наземных линий оставляет желать лучшего, оптимальным решением этого вопроса является применение систем спутниковой связи (ССС).

Изначально ССС использовались для передачи ТВ-сигнала. Наша страна характеризуется обширной территорией, которую нужно охватить средствами коммуникации. Сделать это стало проще после появления спутниковой связи, а именно системы Орбита-2. Позже появились спутниковые телефоны, главным преимуществом которых является независимость от наличия каких-либо местных телефонных сетей. Качественная телефонная связь доступна из практически любой точки земного шара.

В рамках президентской программы «Универсальная услуга связи» в каждом населенном пункте были установлены таксофоны, в особо отдаленных районах были использованы именно спутниковые таксофоны.

Согласно федеральной целевой программы «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2015 годы» происходит внедрение цифрового вещания в России. Программа полностью профинансирована, в том числе средства пойдут и на создание многофункциональных спутников.

Список используемой литературы

1. Интернет-ресурс «История спутниковой связи» http://sviazist.nnov.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=1026

2.Интернет-ресурс «Принципы организации спутниковой связи» http://vsatinfo.ru/index.php?option=com_sobi2&catid=30&Itemid=0

3. Интернет ресурс «Свободная энциклопедия»

http://ru.wikipedia.org

Рецензия

на реферат «Спутниковые системы связи»

Ученицы 11 кл. МОУ Парабельской гимназии

Горошкиной Ксении

Тема реферата раскрыта полностью. Материал всех разделов интересный, изложен доступно и чётко. Хорошие иллюстрации. Структура реферата соблюдена. Работу можно использовать как учебное пособие для учащихся.

Оценка «ОТЛИЧНО»

Эксперт: Борисов А. В. учитель физики

Несмотря на повсеместное развитие сотовых сетей и огромное количество вышек, которое продолжает расти, на планете до сих пор есть территории, где применение такой технологии невозможно. В этих недосягаемых зонах на выручку приходит спутниковая связь.

Спутниковая связь - что это и для чего нужно?

По сути, ничем кардинально от привычной для общества мобильной связи спутниковая не отличается, она выполняет те же функции, позволяет наладить связь между телефонами. Принципиальным отличием является область действия. Там, где классический мобильный (сотовый) телефон может подвести и выдать злосчастное “No Service”, уведомляя абонента об отсутствии рядом сотового покрытия, спутниковая связь будет полноценно функционировать и не позволит потерять контакт с внешним миром.

Это крайне важно в те моменты, когда абонент выбирается за пределы сотового покрытия, например в экзотическое путешествие, в горы или дремучие джунгли. Нередко такая связь спасает жизни, ведь только по ней можно будет связаться с группой спасателей, если человек неожиданно для себя окажется в опасной ситуации. Также спутниковой связью пользуются те, кто находится в постоянных разъездах по работе и жизненно нуждается в возможности в любой момент принять или совершить вызов.

Спутниковый телефон: основные характеристики

Для работы с таким типом связи необходим специальный спутниковый телефон. Они бывают нескольких типов, а именно: в стационарном и мобильном исполнении. Мобильные спутниковые телефоны своим внешним видом напоминают классические телефоны, выпущенные в период 80-90-х годов, но имеют одну характерную деталь: почти всегда такие телефоны оснащаются дополнительной, нескрытой антенной. Настройка спутникового телефона практически не отличается от настройки обычного телефона, нужна лишь подходящая сим-карта.

Стационарные варианты связываются со спутником с помощью специализированных станций наземного сопряжения. Можно обойтись и портативным вариантом такой станции.

Ряд производителей спутниковых телефонов и, соответственно, владельцев спутниковых сетей, производят специальные аксессуары для современных смартфонов, которые представляют собой небольшие чехлы, способные сделать абсолютно любой гаджет спутниковым. Такие чехлы подключаются к смартфонам с помощью стандартного порта для зарядки и имеют полный набор, свойственной смартфонам периферии, например, разъемов под наушники. Чехлы оснащаются собственным аккумулятором, могут заряжать смартфон, то есть выступают в роли чехла-батареи.

Принцип работы спутниковой связи

Исходя из названия, ясно, что для работы спутникового телефона необходима связь со спутником. Спутниковый телефон передает сигнал напрямую спутнику, тот, в свою очередь, передает его другом связующему спутнику, а уже он заканчивает процесс и передает сигнал к наземной станции сопряжения. В конце концов вызов поступает на стационарный аппарат, который и замыкает цепочку.

Телефон спутниковой связи способен работать как в пределах определенной области, так и на территории всей Земли. Все зависит от спутников, часть из них, находится достаточно близко к Земле и двигаются относительно ее, они позволяют охватывать всю планету и совершить звонок в любую точку. Существуют и другие типы спутников, которые находятся относительно далеко от земного шара, на геостационарных орбитах. Такие спутники покрывают лишь конкретные локации, тем самым ограничивая абонентов.

Операторы спутниковой связи

В спутниковой связи действуют те же законы, что и в сотовой, существует ряд операторов, оказывающих услуги спутниковой связи. Как правило, это те же компании, что запускают свои спутники в космос. У каждого из них свои особенности, свои минусы и плюсы. На данный момент, существует четверка основных операторов спутниковой связи, в их число входят: "Иридиум", Thuraya, "Глобалстар" и "Инмарсат".

Оператор “Иридиум” и его устройства

“Иридиум” - это не просто оператор, а полноценная спутниковая группировка. Во владении ее находятся 66 спутников, перемещающихся по 11 околоземным орбитам. Расстояние от спутника до земли менее 1000 километров. Для пользователя это значит, что независимо от того, в какой точке планеты он находится, воспользовавшись услугами данного оператора, он всегда будет на связи, главное - находиться под открытым небом. Даже если при попытке связаться подключение не состоялось, достаточно выждать некоторые время и попробовать снова, так как спутники перемещаются достаточно быстро, и один из них обязательно пролетит над абонентом в ближайшие 10 минут.

Спутниковый телефон “Иридиум” не поддерживает другие сим-карты и не может переключаться между сотовой и спутниковой связью.

Также многим кажется полезной полная анонимность на постсоветском пространстве. Компания не располагает станциями наземного сопряжения на территории России. Данный факт полностью исключает возможность прослушки в пределах страны, даже если за это дело возьмутся спецслужбы. Спутниковый телефон “Иридиум” не оснащается GPS-модулем.

Оператор Thuraya и его устройства

Данный оператор располагает тремя спутниками, расположенными на геостационарной орбите. Расстояние между спутником и землей достигает 35 тысяч километров. В отличие от спутников “Иридиума”, эти спутники действуют лишь над определенной точкой вблизи экватора, так как они не передвигаются относительно планеты. Грубо говоря, спутниковый телефон Thuraya не функционирует на полюсах, чем дальше абонент удаляется от экватора, тем меньше шансов наладить связь.

Thuraya заключили договоры с множеством “наземных” сотовых операторов, благодаря чему, аппараты компании могут работать с обыкновенными GSM-сим-картами. Это позволяет телефонам автоматически переключаться между разными типами связи. При этом стоимость услуг сотового оператора возрастает в несколько раз. При этом можно сэкономить на еще более дорогостоящей спутниковой связи, когда потребность в ней отсутствует. Телефоны Thuraya обеспечивают доступ в интернет на скорости до 8 килобайт в секунду, что является довольно высоким показателем для спутникового интернета. Устройства оснащаются GPS-модулем и постоянно передают данные местоположения на сервера компании. С одной стороны, данный факт может смутить, так как за пользователем ведется постоянная слежка, с другой стороны, такая функция может спасти жизнь нерадивому путешественнику и любителю экстрима.

Оператор “Глобалстар” и его устройства

Пожалуй, самый проблемный оператор, обеспечивающий не лучшее качество связи. В 2007 году аналитики провели исследование и удостоверились, что усилители, установленные на спутниках, со временем деградируют, причем гораздо быстрее, чем того ожидали инженеры-конструкторы. Причиной тому служит орбита спутников: они проходят через Бразильскую магнитную аномалию, которая и оказывает негативное влияние на усилитель.

Чтобы как-то исправить свое положение, “Глобалстар” запустили на орбиту несколько запасных спутников, но по сей день наблюдаются проблемы при звонках. Часто время ожидания регистрации в сети достигает 15-20 минут, а сам разговор длится не более 3 минут.

Компания производит собственные аппараты. Например, одноименный спутниковый телефон "Глобалстар". Также в их сети работают устройства от Erricson и Qualcomm.

Оператор “Инмарсат” и его устройства

Под управлением компании находятся 11 спутников, зависших на геостационарной орбите. Провайдер связи сосредоточен на профессиональном использовании и обеспечивают связью силовые службы, морской флот (в том числе и российский, когда отечественные спутники вышли из строя) и так далее. Тем не менее имеются и другие подсистемы, ориентированные на бизнес. Через систему спутников можно совершать голосовые вызовы, передавать данные через интернет и подавать сигналы бедствия. Не так давно на орбиту были запущены спутники нового поколения, обеспечивающие высокое качество связи и ISDN подключение для передачи данных на высоких скоростях.

Разработкой портативных решений для обывателей компания не занимается, посему эту не лучший выбор для гражданских, ищущих спутниковый телефон.

Тарифы

Стоимость услуг описанных выше компаний значительно выше стоимости GSM-связи. “Иридиум” и Thuraya работают со своими пользователями напрямую, продавая сим-карты для спутниковых телефонов.

Thuraya, например, взимает плату за саму сим-карту (около 800 рублей), за первоначальное подключение (около 700 рублей). Связь оплачивается поминутно, в среднем от 20 до 40 рублей, в зависимости от того, на какой телефон совершается звонок. Интернет-трафик оплачивается отдельно - 360 рублей за мегабайт. Тарифы на международную связь зависят от страны, принимающей вызов, в среднем от 70 до 120 рублей. Входящие звонки бесплатны.

“Иридиум” сразу предлагает глобальные тарифы и продает их пакетами, по предоплате. Цена на базовый пакет составляет 7500 рублей, в него входят 75 минут общения. Существуют и другие пакеты, предназначенные для корпоративных пользователей, количество минут в таковых достигает 4000 и более.

Спутниковые номера телефонов на территории России, как и сотовые, начинаются с +7 (кода локации) и семизначного номера. Международный номер включает в себя полный код страны - +8816 265 и так далее.

Г. Карвовский. Спутниковая связь. Основные вопросы построения и функционирования спутниковой системы связи. Часть 1.

Г. Карвовский

Мир связи. Connect! № 1, 2002

Сигнал, переданный 4 октября 1957 года радиомаяком первого советского искусственного спутника Земли и принятый радиостанциями мира, ознаменовал не только начало космической эры, но и обозначил то направление, по которому пошло развитие спутниковой связи. В дальнейшем были созданы спутниковые системы связи (ССС), которые обеспечили передачу и прием программ Центрального телевидения и радиовещания практически на всей территории нашей страны. Сегодня спутниковая связь - важная составная часть Взаимоувязанной сети связи России.

Системы спутниковой связи

Собственно ССС состоит из двух базисных компонентов (сегментов): космического и наземного (рис. 1).

Рис. 1. Система спутниковой связи

Космический компонент (сегмент) ССС включает ИСС, выведенные на определенные орбиты, в наземный сегмент входит центр управления системой связи (ЦУСС), земные станции (ЗС), размещенные в регионах (региональные станции - РС), и абонентские терминалы (АТ) различных модификаций.

Развертывание и поддержание ССС в работоспособном состоянии - сложная задача, которую решают не только средства самой системы связи, но и ракетно-космический комплекс. В состав этого комплекса входят космодромы со стартовыми площадками для запуска ракет-носителей, а также радиотехнические командно-измерительные комплексы (КИП), осуществляющие наблюдение за движением ИСС, контроль и коррекцию параметров их орбит.

ССС можно классифицировать по таким признакам, как: статус системы, тип орбит ИСС и принадлежность системы к определенной радиослужбе.

Статус системы зависит от ее назначения, обслуживаемой территории, размещения и принадлежности земных станций. В зависимости от статуса ССС можно разделить на международные (глобальные и региональные), национальные и ведомственные .

По типу используемых орбит различают системы с ИСС на геостационарной орбите (GEO) и на негеостационарной орбите: эллиптические (HEO), низкоорбитальны (LEO) и средневысотные (MEO). В соответствии с Регламентом радиосвязи ССС могут принадлежать к одной из трех основных служб - фиксированная спутниковая служба (ФСС), подвижная спутниковая служба (ПСС) и радиовещательная спутниковая служба (РСС).

Космический сегмент

Орбиты

Выбор параметров орбиты ИСС зависит от назначения, необходимой области обслуживания связью и некоторых других факторов (табл. 1, ) .

Наиболее выгодны для размещения ИСС геостационарные орбиты (рис. 2).

Рис. 2. Орбиты ИСС

Их основное достоинство - возможность непрерывной круглосуточной связи в глобальной зоне обслуживания. Геостационарные спутники на этой орбите, двигаясь в направлении вращения Земли с одинаковой с ней скоростью, остаются неподвижными относительно "подспутниковой" точки на экваторе. При ненаправленной антенне ретранслированные с ИСС сигналы принимаются на поверхности Земли в любых точках, лежащих в пределах угла радиовидимости. Три ИСС, равномерно размещенные на орбите, обеспечивают непрерывную связь практически на всей территории Земли за исключением полярных зон (выше 76,50°с.ш. и ю.ш.) в течение 12-15 лет (орбитальный ресурс современных геостационарных КА).

Недостаток ретрансляции радиосигнала через ИСС, находящийся на удалении в 36 тыс. км, - задержка сигнала. Для систем радио- и телевизионного вещания задержка в 250 мс (в каждом направлении) не сказывается на качестве сигналов. Системы радиотелефонной связи более чувствительны к задержкам, и при суммарной задержке (с учетом времени обработки и коммутации в наземных сетях), превышающей 600 мс, высокое качество связи не обеспечивается. Тем более недопустим в этих системах так называемый "двойной" скачок, когда канал связи предусматривает два спутниковых участка.

Количество ИСС, которое можно разместить на геостационарной орбите, ограничено допустимым угловым орбитальным разносом между соседними спутниками. Минимальный угловой разнос определяется пространственной избирательностью бортовых и наземных антенн, а также точностью удержания КА на орбите. Международными нормами он должен быть 1-3°. Следовательно, на геостационарной орбите можно разместить не более 360 ИСС.

Под воздействием ряда геофизических факторов ИСС "дрейфует" - орбита его искажается, поэтому возникает необходимость ее коррекции.

Эллиптические орбиты , на которые выводятся ИСС, подбираются так, чтобы длительность суток была кратна периоду обращения спутника (рис. 2). Для ИСС используются синхронные эллиптические орбиты определенных типов (табл. 2, ).

Так как скорость спутника в апогее эллиптической орбиты значительно меньше, чем в перигее, то по сравнению с круговой орбитой время нахождения ИСС в зоне видимости увеличивается. Например, ИСС "Молния", выведенный на орбиту с параметрами: апогей 40 тыс. км, перигей 460 км, наклонение 63,5°, обеспечивает сеансы связи продолжительностью 8-10 ч. Орбитальная группировка (ОГ) из трех спутников поддерживает глобальную круглосуточную связь.

Для обеспечения непрерывной круглосуточной связи ИСС на орбитах Borealis потребуется не менее 8 КА (расположенных в двух орбитальных плоскостях по четыре спутника в каждой плоскости).

При выборе эллиптических орбит учитывают влияние неоднородностей гравитационного поля Земли, которое приводит к изменениям широты подспутниковой точки в апогее, а также опасные воздействия устойчивых поясов заряженных частиц, захваченных магнитным полем Земли (радиационных поясов Ван-Аллена), пересекаемых ИСС при движении по орбите.

ИСС на средневысокой орбите (MEO) охватывает меньшую зону, чем геостационарный ИСС (рис. 3). Продолжительность пребывания ИСС в зоне радиовидимости земных станций 1,5-2 ч. Поэтому для обеспечения связью наиболее населенных районов земного шара и судоходных акваторий необходимо создавать ОГ из 8-12 спутников. При выборе орбиты для них необходимо учитывать воздействия радиационных поясов Ван-Аллена, располагающихся в плоскости экватора. Первый устойчивый пояс высокой радиации начинается примерно на высоте 1,5 тыс. км и простирается до нескольких тысяч километров, его "размах" составляет примерно 300 км по обе стороны от экватора. Второй пояс столь же высокой интенсивности (10 тыс. имп./с) располагается на высотах от 13 до 19 тыс. км, охватывая около 500 км по обе стороны от экватора. Поэтому трассы ИСС должны проходить между первым и вторым поясами Ван-Аллена, т. е. на высоте от 5 до 15 тыс. км.

Рис. 3. Зоны охвата территории Земли ИСС на разных орбитах

Суммарная задержка сигнала при связи через средневысотные спутники составляет не более 130 мс, что позволяет использовать их для качественной радиотелефонной связи. Примером ССС на средневысотных орбитах могут служить системы ICO, Spaceway NGSO, "Ростелесат", в которых ОГ создается примерно на одной и той же высоте (10352-10355 км) со сходными параметрами орбит.

Низкие круговые орбиты в зависимости от величины наклонения плоскости орбиты относительно плоскости экватора делятся на низкие экваториальные (наклонение 0°, высота 2000 км), полярные (90°, 700-1500 км) и наклонные (700-1500 км) орбиты (рис. 4). По виду предоставляемых услуг низкоорбитальные (LEO) системы связи подразделяются на системы передачи данных (little LEO), радиотелефонные системы (big LEO) и системы широкополосной связи (mega LEO, иногда используется обозначение Super LEO).

ИСС на этих орбитах чаще всего применяются для организации мобильной и персональной связи. Период обращения спутника на этих орбитах составляет от 90 мин до 2 ч, время пребывания ИСС в зоне радиовидимости не превышает 10-15 мин, зона связи ИСС на этих орбитах мала, поэтому для обеспечения непрерывной связи необходимо, чтобы в ОГ входило не менее 48 ИСС.

Искусственные спутники связи

ИСС - космический аппарат, на котором установлена ретрансляционная аппаратура: приемопередатчики и антенны, работающие на различных частотах. Они принимают сигналы земной передающей станции (ЗС), усиливают их, осуществляют преобразование частоты и ретранслируют сигналы одновременно на все ЗС, находящиеся в зоне радиовидимости спутника. На спутнике также установлена аппаратура управления его положением, телеметрии и питания. Устойчивость и ориентацию антенны поддерживает система стабилизации. Телеметрическое оборудование спутника используется для передачи на Землю информации о положении ИСС и приема команд коррекции положения.

Ретрансляция принятой информации может осуществляться без запоминания и с запоминанием, например, на то время, пока ИСС не войдет в зону видимости ЗС.

Частоты

Диапазоны частот для организации спутниковой связи выделены "Регламентом радиосвязи" с учетом "окон радиопрозрачности" земной атмосферы, естественных радиопомех и ряда других факторов (табл. 3). Распределение частот между службами радиосвязи строго регламентировано и контролируется государством. Существуют согласованные на международном уровне правила использования выделенных диапазонов, что необходимо для обеспечения электронной совместимости радиотехнических средств, работающих в этих или соседних диапазонах. Приемопередатчику ИСС выделяется пара частот: верхняя для передачи сигнала от ЗС на спутник (восходящие потоки), нижняя - от спутника к ЗС (нисходящие потоки).

Таблица 3. Диапазоны частот для организации спутниковой связи

Канал спутниковой связи, работающий на выделенных частотах приема и передачи, занимает определенную полосу частот (bandwidth), от ширины которой зависит количество информации, передаваемой по каналу в единицу времени. Типичный спутниковый приемопередатчик, работающий на частотах от 4 ГГц до 6 ГГц, занимает полосу частот шириной 36 МГц. Много это или мало? Например, для передачи телевизионного сигнала в цифровом стандарте MPEG-2 необходим канал с шириной полосы пропускания 6 МГц, для телефонного канала - 0,010 МГц. Следовательно, с помощью такого приемопередатчика можно организовать 6 телевизионных или 3600 телефонных каналов. Обычно на ИСС устанавливается 12 или 24 приемопередатчика (в ряде случаев больше), что дает в результате 432 МГц или 864 МГц соответственно.

Наземный сегмент

Центр управления спутниковой связью (ЦУСС) контролирует состояние бортовых систем ИСС, планирует работы по развертыванию и восполнению орбитальной группировки, рассчитывает зоны радиовидимости и координирует работу ССС.

Земные станции

Земные станции ССС (ЗС) осуществляют передачу и прием радиосигналов на участке "Земля - ИСС", мультиплексирование, модуляцию, обработку сигнала и преобразование частот, организуют доступ к каналам ИСС и наземным сетям абонентских терминалов.

Время связи ЗС с ИСС ограничено временем нахождения ИСС в зоне ее радиовидимости (рис. 5). Эта зона определяется длиной дуги АБ, которая зависит от высоты орбиты спутника и минимального угла возвышения антенны ЗС, следящей за ИСС в период нахождения его в зоне радиовидимости.

Рис. 5. Зона радиовидимости

В ССС применяются многофункциональные приемопередающие, передающие, приемные и контрольные ЗС. На этих станциях устанавливается радиопередающая аппаратура, приемные и передающие антенны, а также система слежения, обеспечивающие связь с ИСС.

Многофункциональные стационарные ЗС обладают очень высокой пропускной способностью. Они располагаются на специально выбранных площадках, как правило, вынесенных за черту города во избежание взаимных радиопомех с наземными системами связи. На этих ЗС устанавливаются радиопередатчики большой мощности (от нескольких до десяти и более кВт), высокочувствительные радиоприемники и приемопередающие антенны, которые имеют диаграмму направленности с очень узким главным лепестком и очень низким уровнем боковых лепестков. ЗС такого типа предназначены для обслуживания развитых сетей связи; чтобы они могли обеспечить нормальный доступ к ЗС, требуются волоконно-оптические линии связи.

ЗС, имеющие среднюю пропускную способность, могут быть самыми разнообразными, а их специализация зависит от вида передаваемых сообщений. ЗС этого типа обслуживают корпоративные ССС, которые чаще всего поддерживают передачу видео, речи и данных, видеоконференц-связь, электронную почту.

Некоторые ЗС, обслуживающие корпоративные ССС, включают несколько тысяч микротерминалов (VSAT - Very Small Aperture Terminal). Все терминалы связаны с одной главной ЗС (MES - Master Earth Station), образуя сеть, имеющую звездообразную топологию и поддерживающую прием/передачу данных, а также прием аудио и видеоинформации.

Существуют также ССС, основанные на ЗС, которые могут принимать один или несколько видов сообщений (данных, аудио и/или видеоинформации). Топология таких сетей также звездообразная.

Важнейший элемент сети - система контроля и диагностики, выполняет следующие функции:

радиоконтроль каналов спутниковой связи;

тестирование каналов спутниковой связи при проведении ремонтно-восстановительных работ и техническом обслуживании ЗС, при развертывании ЗС и вводе их в эксплуатацию;

анализ функционального состояния ССС, на основе которого вырабатываются рекомендации по режимам работы ЗС.

Радиоконтроль позволяет проверять правильность использования частотного ресурса ИСС, отслеживать помехи и определять попытки несанкционированного доступа к спутниковым каналам связи. Кроме того, контролируются параметры излучения ЗС и фиксируется ухудшение качества каналов спутниковой связи из-за погодных и климатических условий.

Из истории ССС

Первый искусственный спутник Земли (ИСЗ), запущенный на околоземную орбиту в октябре 1957 года, весил 83,6 кг и имел на борту радиопередатчик-маяк, передававший сигналы, по которым осуществлялся контроль над полетом. Результаты этого первого запуска и первые опыты передачи радиосигналов из космоса наглядно показали возможность организации системы связи, в которой ИСЗ будет выступать в роли активного или пассивного ретранслятора радиосигналов. Однако для этого необходимо создать ИСЗ, на которых можно установить аппаратуру достаточно большой массы, и иметь мощные ракетные системы, способные выводить эти спутники на околоземную орбиту.

Такие ракетоносители были созданы, и в короткие сроки разработаны ИСЗ большой массы, способные нести на себе сложную научную, исследовательскую, специальную аппаратуру, а также аппаратуру связи. Было положено начало созданию спутниковых систем различного назначения: метеорологических, навигационных, разведывательных, связи. Значение этих систем трудно переоценить. Система спутниковой связи среди них занимает ведущее место.

Сразу после запуска первого ИСЗ начались опыты по использованию спутников в системе связи страны и стала создаваться спутниковая система связи. Были построены земные приемопередающие станции, оснащенные параболическими антеннами с диаметром зеркала 12 м. 23 апреля 1965 года на высокую эллиптическую орбиту был запущен искусственный спутник связи (ИСС) "Молния".

Высокая эллиптическая орбита с апогеем 40 тыс. км, расположенным над северным полушарием, и двенадцатичасовой период обращения давали возможность ИСС два раза в сутки по 9 часов обеспечивать ретрансляцию радиосигнала почти на всю территорию страны. Первый практически значимый результат был получен в 1965 году, когда через ИСС был осуществлен обмен телевизионными программами между Москвой и Владивостоком. В октябре 1967 года была введена в эксплуатацию первая в мире система спутниковой связи "Орбита".

В 1975 году на круговую экваториальную, или геостационарную, орбиту высотой 35786 км был запущен ИСС "Радуга" с периодом обращения вокруг Земли, равным 24 часам. Направление вращения спутника совпадало с направлением вращения нашей планеты, он оставался неподвижным на небосводе и был как бы "подвешен" над поверхностью Земли. Это обеспечивало постоянную связь через такой спутник и упрощало слежение за ним. Впоследствии на геостационарную орбиту были выведены ИСС "Горизонт".

Опыт эксплуатации ССС "Орбита" показал, что дальнейшее развитие системы, связанное со строительством земных станций такого типа для обслуживания городов и поселков с населением в несколько тысяч человек, экономически не оправдано. В 1976 году была создана более экономичная спутниковая система связи "Экран", ИСС которой был выведен на геостационарную орбиту. Более простые и компактные земные приемопередающие станции этой системы устанавливались в малых населенных пунктах, поселках, на метеостанциях, находящихся в Сибири, районах Крайнего Севера, частично Дальнего Востока, и доводили до их населения программы Центрального телевидения.

В 1980 году началась эксплуатация ССС "Москва", земные станции которой работали через ИСС "Горизонт". Земные передающие станции этой ССС были аналогичны станциям ССС "Орбита" и "Экран", но она имела малогабаритные земные приемные станции, что позволяло размещать их на узлах связи, на маломощных ретрансляторах и в типографиях. Радиосигнал, принятый земной приемной станцией, передавался на маломощный телевизионный ретранслятор, с помощью которого телепрограмма до водилась до абонентов. ССС "Москва" позволяла передавать программы Центрального телевидения и полосы центральных газет в самые удаленные уголки страны и в советские учреждения практически всех европейских, североамериканских и приграничных азиатских стран.

Спутниковая связь -день сегодняшний

В настоящее время в федеральной системе спутниковой связи гражданского назначения используется орбитальная группировка, в которую входят 12 государственных космических аппаратов (КА), находящихся в ведении ГП "Космическая связь". В орбитальной группировке два КА серии "Экспресс", запущенных в 1994 и 1996 годах, семь КА серии "Горизонт" разработки 70-х годов, один - серии "Экран-М", два новых современных спутника серии "Экспресс-А". Кроме этих ИСС на орбитах находятся ИСС типа "Ямал-100" (оператор - ОАО "Газком"), "Бонум-1" и некоторые другие . Идет производство космических аппаратов нового поколения ("Экспресс-АМ", "Ямал-200"). В России работают около 65 компаний-операторов спутниковой связи, это около 7% от общего числа операторов электросвязи . Эти компании предоставляют своим клиентам широкий набор телекоммуникационных услуг: от сдачи в аренду цифровых каналов и трактов до оказания услуг телефонии, теле- и радиовещания, мультимедиа.

Сегодня ССС стали важной составляющей Взаимоувязанной сети связи России (ВСС). Разработаны и претворяются в жизнь "Программа экстренных мер по государственной поддержке сохранения, восполнения и развития российских спутниковых систем связи и вещания государственного назначения" (Постановление Правительства РФ от 1 февраля 2000 г. № 87) и "Федеральная космическая программа России на 2001-2005 годы" (Постановление Правительства РФ от 30 марта 2000 г. № 288).

Направления развития ССС

Вопросы развития спутниковой связи гражданского назначения решаются на правительственном, межведомственном (ГКРЧ) и ведомственном (Министерство связи и информатизации РФ, Росавиакосмос и др.) уровнях. Российские спутниковые системы связи находятся под юрисдикцией государства и эксплуатируются отечественными государственными (ГП КС) или частными коммерческими операторами.

В соответствии с принятой концепцией развития ВСС в России перспективная ССС должна включать три подсистемы:

фиксированной спутниковой связи для обслуживания Взаимоувязанной сети связи России, а также наложенных и корпоративных сетей;

спутникового теле- и радиовещания, в том числе непосредственного вещания, которое является новым этапом в развитии современных электронных средств массовой информации;

подвижной персональной спутниковой связи в интересах подвижных и удаленных абонентов на территории России и за ее пределами.

Фиксированная спутниковая связь

Фиксированная спутниковая служба представляет собой службу радиосвязи между земными станциями, имеющими заданное местоположение (фиксированный пункт, расположенный в определенных зонах ).

Основные направления использования фиксированной связи:

организация магистральных, внутризоновых и местных линий связи в составе ВСС России; <

предоставление ресурса для создания сетей передачи данных;

развитие корпоративных сетей связи и передачи данных с использованием современных VSAT-технологий, в том числе доступа в Интернет;

развитие сети международной связи;

распределение по территории страны федеральных, региональных, местных и коммерческих теле- и радиопрограмм;

развитие сетей передачи полос центральных газет и журналов;

резервирование магистральной первичной сети ВСС России.

Система фиксированной спутниковой связи в ближайшие годы будет базироваться на действующих спутниках "Горизонт", новых спутниках "Экспресс-А", "Ямал-100" и спутнике LMI-1 международной организации "Интерспутник". Позднее вступят в строй новые спутники "Экспресс К", "Ямал 200/300".

Спутниковые сети связи будут играть главную роль при модернизации систем связи в северо-восточных регионах России.

"Генеральная схема спутниковой составляющей первичной сети ВСС России", разработанная ОАО "Гипросвязь" по заказу ОАО "Ростелеком" и ГП "Космическая связь", определяет порядок использования спутниковых систем для ВСС России.

Предусматривается, что развитие корпоративных сетей будет осуществляться преимущественно на базе российских спутников в соответствии с приоритетами, определенными Постановлением Правительства РФ № 1016 от 02.09.98 г.

Базой для передачи программ телевидения с использованием спутниковой фиксированной службы должна стать модернизированная цифровая система телевещания "Москва"/"Москва Глобальная". Это позволит передавать во все зоны поясного вещания социально-значимые государственные и общероссийские телепрограммы (РТР, "Культура", ОРТ), при этом будут задействованы три спутника вместо нынешних десяти.

Вещательная служба

Вещательная служба строится на базе спутников непосредственного телевизионного вещания, таких как ИСС "Бонум-1", который выведен в точку 36° в.д. и обеспечивает в Европейской части России передачу более двух десятков телевизионных программ.

Предусмотрено дальнейшее расширение системы спутникового телевещания (с возможностью трансляции до 40-50 коммерческих телепрограмм) для создания телевизионной распределительной сети в малонаселенных восточных регионах России, а также для удовлетворения потребностей в региональных телепрограммах. Эта ССС предоставит такие новые услуги, как цифровое ТВ высокой четкости, доступ в Интернет и др. В перспективе она может полностью заменить действующую спутниковую систему распределения ТВ, базирующуюся на использовании фиксированной спутниковой службы.

Подвижная спутниковая связь

Российская система подвижной спутниковой связи развернута на базе спутников "Горизонт" и используется для организации правительственной связи и в интересах ГП "Морсвязь-спутник". Могут применяться также системы "Инмарсат" и "Евтелсат" (подсистемы "Евтелтракс").

В соответствии с Постановлением Правительства РФ от 2 сентября 1998 г. № 1016 в ходе осуществления проектов перспективных спутников должны быть предусмотрены меры, направленные на сохранение сети подвижной спутниковой связи в объеме, необходимом для поддержания системы правительственной и президентской связи.

Система персональной подвижной связи

В нашей стране разрабатываются несколько проектов подвижной персональной спутниковой связи ("Ростелесат", "Сигнал", "Молния Зонд").

Российские предприятия участвуют в нескольких международных проектах персональной спутниковой связи ("Иридиум", "Глобалстар", ICO и др.). В настоящее время прорабатываются конкретные условия применения систем подвижной связи на территории Российской Федерации и их сопряжения с ВСС России. В разработке и создании комплексов ССС принимают участие: Государственный оператор ГП "Космическая связь", Красноярский НПО/ПМ им. Решетнева и компания Alcatel (создание трех спутников нового поколения "Экспресс А"), НИИР, ЦНИИС, ООО "Гипросвязь", ГСП РТВ, ОАО "Ростелеком" и др.

Заключение

Спутниковые системы связи и передачи данных способны обеспечить необходимую быстроту развертывания и реконфигурации системы, надежность и качество связи, независимость тарифов от расстояния. По спутниковым каналам, обладающим высоким коэффициентом готовности, передаются практически любые виды информации.

Сегодня спутниковые системы связи стали неотъемлемой составной частью мировых телекоммуникационных магистралей, связавших страны и континенты. Они успешно используются во многих странах мира и заняли свое достойное место во Взаимоувязанной сети связи России.

Литература

Тимофеев В. В. О концепции развития спутниковой связи России. - "Вестник связи", 1999, № 12.

Василий Павлов (руководитель Департамента радио, телевидения и спутниковой связи Минсвязи России). Из выступления на совещании, посвященном ССС России и ее роли в обеспечении потребностей ведомственных и корпоративных операторов. - "Сети", 2000, № 6.

Дурев В. Г., Зеневич Ф. О., Крук Б. И. и др. Электросвязь. Введение в специальность. - М., 1988.

Радиорегламент радиосвязи Российской Федерации. Издание официальное. Утвержден и введен в действие с 1.01.1999 года решением ГКРЧ от 28.09.1998 года.-М. 1999.

Леонид Невдяев. Спутниковые системы Часть1. Орбиты и параметры. - "Сети", 1999, №1-2.

Инженерный справочник по космической технике. - М., 1977.