Спутниковый телефон: возможности и характеристики. Спутниковая связь. Спутниковые системы связи мира Сеть спутниковой связи

На сегодняшний день существует два вида спутников: геостационарные и низкоорбитальные. Геостационарными называются спутники, находящиеся на геостационарной орбите.(Геостационарная орбита - это орбита, лежащая в плоскости экватора на высоте около 36 тыс. км над поверхностью Земли).

Спутник, находящийся на геостационарной орбите для земного наблюдателя кажется висящим неподвижно и это открывает возможности использования ИСЗ в качестве ретранслятора телевизионных передач. С произвольной точки земной поверхности, с которой виден геостационарный спутник, на него можно направлять электромагнитное излучение земного передатчика используются по возможности высокие частоты, порядка 75-100 Ггц (l 1 =3-4 мм) Применение более коротких длин волн ограничено сильным атмосферным поглощением в диапазоне 300 ГГц и выше Принятый на геостационарном спутнике на длине волныl 1 электромагнитный сигнал преобразуется в другую, более низкую частоту порядка 10 Ггц (l 2 = 3 см). Этот сигнал с помощью другой антенны спутника направляется на земную поверхность. Для облучения передатчиком спутника поверхности Земли, на спутнике не требуется антенна большого диаметра, так как это излучение должно быть "размазано" на большой площади, называемой зоной обслуживания. Важно, насколько спутник сохраняет свою геостационарную позицию на орбите. Если спутник дрейфует, то он выходит, частично или полностью, из поля зрения наземной приемной антенны. При этом телевизионный сигнал уменьшается, что проявляется в исчезновении изображения на экране телевизора и появления шума ("снега"). В таких случаях требуется корректировка ориентации наземной антенны - вручную или автоматически.

Геостационарные спутники выполняют на сегодняшний день множество задач, таких как: телекоммуникация, радиоместоопределение(системы навигации gps, глонасс и др.), главной задачей большинства геостационарных спутников является формирование изображений видимой земной поверхности. Спутниковые системы связи с геостационарными спутниками-ретрансляторами идеально подходят для решения таких задач, как организация телевизионного и звукового вещания на обширных территориях и предоставление высококачественных телекоммуникационных услуг абонентам в удаленных и труднодоступных регионах. Кроме того, с их помощью можно быстро создавать крупномасштабные корпоративные сети и резервировать наземные магистральные каналы связи большой протяженности. Также сейчас проводится создание мультисервисных сетей (объединяющих в едином пакете такие услуги, как передача данных, телефония, цифровое телевидение, видеоконференция и доступ в интернет) на основе технологии VSAT.Также важно подменить, что всего три геостационарных спутника способны охватить всю поверхность Земли. Но у геостационарных спутников также есть недостатки, наиболее важный из них: На геостационарной орбите нельзя располагать слишком большое количество спутников связи, так как иначе они начнут мешать работе друг другу. Следовательно, кроме геостационарных спутников, которые вскоре “заполонят” геостационарную орбиту нужно развивать и другие спутниковые системы-низкоорбитальные, что сейчас и происходит.Как правило, к низкоорбитальным системам спутниковой связи (ССС) (системы LEO) относят такие, для которых высота орбиты находится в пределах 700-1500 км, масса спутников до 500 кг, орбитальная группировка - от нескольких единиц до десятков спутников-ретрансляторов (СР). Низкоорбитальные системы позволяют обеспечить связь с терминалами, размещенными в полярных широтах, и практически не имеют альтернативы при организации связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения. Стоимость услуг подвижной связи низкоорбитальными системами оказывается в несколько раз дешевле аналогичных услуг, предоставляемых геостационарными системами за счет использования недорогих абонентских станций и менее дорогого космического сегмента. . Однако возникают сложности управления группировкой таких спутников и поддержания непрерывности связи.

И в заключения хочется сказать, что Современные оптико-телевизионные космические средства уже позволяют рассмотреть с орбиты предметы с размерами порядка метра и передать полученное изображение через спутники-ретрансляторы абонентам.

Доклад на тему:

Современная спутниковая связь, спутниковые системы.

Современная спутниковая связь является одним из направлений развития радиорелейных коммуникаций. В данном случае это применение орбитальных спутников в качестве ретрансляторов. Технологии спутниковой связи позволяют использовать один или несколько ретрансляторов для обеспечения качественной передачи радиосигнала на большие расстояния. Все ретрансляторы можно разделить на две категории:

• пассивные. В настоящее время практически не используются. Изначально применялись исключительно как передаточное звено между наземной станцией и абонентом, не усиливали сигнал и не преобразовывали его;
• активные. Такие устройства дополнительно усиливают сигнал и всячески его корректируют, прежде чем отослать его абоненту. Большинство мировых спутниковых систем используют именно такой тип ретрансляторов.

Как все работает и небольшой исторический экскурс

В конце 1945 года мир увидел небольшую научную статью, которая посвящалась теоретическим возможностям улучшения связи (в первую очередь, расстояния между приемником и передатчиком) благодаря поднятию антенны на максимальную высоту. Автором статьи «Внеземные ретрансляторы» стал английский ученый Артур Кларк. Это положило начало развития нового типа связи. Какой же принцип работы имелся в виду? Все довольно просто - на околоземную орбиту ученый предложил вывести большую антенну-ретранслятор, которая принимала бы сигналы от наземного источника и передавала бы его дальше. Главным преимуществом являлась огромная зона покрытия, которую мог бы контролировать всего один спутник. Это существенно бы повысило качество сигнала, сняло бы лимит с количества принимающих станций и дополнительно не пришлось бы строить наземные ретрансляторы. США заинтересовались проектом в рамках решения проблем с трансатлантической телефонной связью. Развитие спутниковых систем связи началось с запуска в космос первого аппарата «Эхо-1» (пассивный ретранслятор в виде металлизированного шара) в августе 1960 года. Позже были разработаны ключевые стандарты спутниковой связи (рабочие частотные диапазоны), которые широко используются во всем мире.

Области применения

С момента успешной реализации, качество спутниковой связи существенно выросло. Благодаря внедрению мобильных наземных станций, абонент мог получать радиосигнал вне зависимости от места нахождения спутника в любое время суток, автоматически переходя из одной зоны покрытия к другой, подключаясь к ближайшему ретранслятору в автоматическом режиме. Применение спутниковой связи можно разделить на несколько условных направлений:

• магистральная связь. Изначально ставилась задача в передачи большого объема информации (в частности, голосовых сообщений), но со временем при переходе на цифровой формат, такая надобность отпала и сегодня с этой области спутниковую связь вытесняют оптико-волоконные сети;
• VSAT. Так называемые «небольшие» системы с диаметром антенны до 2.4 метра. Технология успешно развивается, и служит для создания частных каналов связи;
• подвижная связь (основа телефонии и телевещания);
• доступ в Интернет.

Для получения большей информации по поводу развития этого направления связи, достаточно посетить профильное мероприятие. Международная выставка «Связь», которая проходит на территории ЦВК «Экспоцентр», является лучшим отраслевым событием международного уровня. Это гарантирует наличие широкой экспозиции и участие известных мировых и отечественных профильных компаний.

Фиксированные спутниковые службы (ФСС) предназначены для организации связи с неподвижными земными станциями и обычно строятся на базе спутников-ретрансляторов, запускаемых на геостационарную орбиту. Из-за большой высоты орбиты и связанных с этим значительных потерь сигнала на линии космос-земля, для работы с геостационарными спутниками связи используются узконаправленные параболические антенны ("тарелки") с диаметром зеркала от 60 см до 12 и более метров, в зависимости от характеристик бортовых ретрансляторов.

Антенны средних размеров (1,2 - 3,8 м) применяются для организации двусторонней связи в спутниковых телекоммуникационных сетях (региональные, местные и корпоративные сети связи, передача данных, распределение телепрограмм и т.п.) на базе спутников средней мощности.

Антенны размером менее 1 м нашли широкое применение в системах непосредственного спутникового телевизионного вещания (НТВ) на базе специализированных мощных спутников, а также в сетях высокоскоростного доступа в Интернет.

Спутники "Горизонт" и "Экспресс" являются маломощными магистральными системами, для работы с ними необходимы антенны размером 4,5-12 м.

К системам средней мощности можно также отнести спутники "Экспресс-М", "Купон", "Ямал", позволяющие использовать для работы с ними небольшие земные станции с антеннами диаметром 1,2-2,4 м. Примером системы НТВ являются отечественные спутники "Галс", "Бонум-1" и зарубежные "Астра" и "ДирекТВ", работающие с антеннами диаметром 45-90 см.

В настоящее время в мире эксплуатируется более сотни геостационарных спутников связи различного назначения. До 80% ресурсов геостационарных спутниковых систем используются для распределения телевизионных программ. Остальные ресурсы загружены передачей данных и телефонной связью.

Мобильные спутниковые службы (МСС) используются для связи с подвижными объектами. В настоящее время наиболее популярной является система МСС "Инмарсат"(Inmarsat), построенная на геостационарных спутниках. Первоначально система создавалась для обеспечения связи с морскими судами, но затем она стала применяться и на суше. Существует широкий спектр абонентских станций "Инмарсат", устанавливаемых на судах, автомобилях, самолетах, а также портативных, размером с атташе-кейс, используемых в отдаленных районах и в зонах стихийных бедствий. Дальнейшим развитием МСС является создание систем, способных работать с небольшими, размером с сотовый телефон, абонентскими станциями, что требует использования специализированных спутников, обычно размещаемых на низких орбитах (500-1500 км). Относительно малая высота их орбиты позволяет существенно сократить размеры и мощность абонентских устройств. Спутники в этом случае перемещаются относительно поверхности земли, находясь в зоне видимости абонента лишь 10-15 минут, поэтому для поддержания непрерывности связи на орбите должно находиться много спутников.

Уже начата эксплуатация первой такой системы - МСС "Иридиум" и еще нескольких подобных систем. Из-за малого времени нахождения одного спутника в зоне видимости абонента (для системы "Иридиум" оно составляет лишь 7 минут), для обеспечения непрерывности связи спутниковая группировка должна состоять из нескольких десятков спутников.

Например, российский проект "Гонец" предусматривает запуск 36 спутников, а международные системы состоят из 48-ми ("Глобалстар"), 66-ти ("Иридиум") и, даже, 288-ми ("Теледесик") спутников.

Недостатком низкоорбитальных систем является сложность космической группировки и управления ею, а также необходимость постоянной замены спутников из-за короткого срока их существования на низких орбитах (5-7 лет в сравнении с 12-15 годами для геостационарных), что существенно повышает стоимость услуг таких систем. Серьезную конкуренцию низкоорбитальным могут составить системы МСС на базе мощных геостационарных спутников, а также спутниковых систем на высокоэллиптических орбитах. Современные спутниковые системы предлагают широкий спектр услуг связи от распределения телевизионных и радиопрограмм, региональных, корпоративных и глобальных сетей связи и обмена данными до персональной связи с любой точкой планеты с помощью портативных спутниковых терминалов. В зависимости от потребностей пользователей, используются различные комбинации наземных и спутниковых систем связи. Во многих случаях, системы спутниковой связи оказываются наиболее дешевым и экономически выгодными в сравнении с наземными системами.

Диапазоны частот

Использование различных частот для систем радиосвязи и вещания, включая спутниковые, строго регламентируется международными организациями. Это необходимо для достижения совместимости различных систем, а также для предотвращения взаимных помех при работе различных служб. В 1977 году состоялась Всемирная административная радио конференция (WARC-77) по планированию вещательной спутниковой службы, на которой был принят ныне действующий Регламент радиосвязи. В соответствии с ним вся территория Земли разделена на три района, для вещания в каждом из которых выделены свои полосы частот.

Район 1 включает Африку, Европу, Россию, Монголию и страны СНГ.

Район 2 охватывает территорию Северной и Южной Америки.

Район 3 это территории Южной и Юго-Восточной Азии, Австралия и островные государства Тихо-Океанского региона.

В соответствии с этим регламентом для систем спутниковой связи выделено несколько диапазонов частот, каждый из которых получил условное обозначение буквой латинского алфавита.

Большинство действующих систем спутниковой связи на базе геостационарных спутников работают в диапазонах С (6/4 Ггц) и Ku (14/11 Ггц). Ка - диапазон в нашей стране пока широко не применяется, но идет его бурное освоение в Америке и Европе.

Эффективность приемных зеркальных антенн ("тарелок") пропорциональна числу длин волн, укладывающихся в ее поперечнике. А длина волны с увеличением частоты уменьшается. Следовательно, при одинаковой эффективности размеры антенн уменьшаются с увеличением частоты. Если для приема в диапазоне С требуется антенна 2,4 - 4,5 м, то для диапазона Ku ее размер уменьшится до 0,6 - 1,5 м, для диапазона Ка он может быть уже 30 - 90 см, а для К - диапазона - всего 10 - 15 см.

При одинаковых размерах антенна в диапазоне Ku имеет коэффициент усиления примерно на 9,5 дБ больше, чем в диапазоне C. Обычно, ЭИИМ спутников в диапазоне C не превышает 40-42 дБ, тогда как в диапазоне Ku нередки уровни ЭИИМ 50-54 дБ для систем фиксированной спутниковой связи, и даже 60-62 дБ для спутников систем НТВ. По тем же причинам, коэффициент усиления приемных антенн на спутниках-ретрансляторах в диапазоне Ku выше, чем в диапазоне C. В результате, размеры антенн и мощность передающих устройств земных станций в диапазоне Ku в большинстве случаев меньше, чем в диапазоне C.

Например, для работы со спутником "Горизонт" в диапазоне C требуются земные станции с антеннами не менее 3,5 м и передатчиком около 20 Вт. В то же время, земные станции с такой же пропускной способностью для работы со спутником "Интелсат" (Intelsat) в диапазоне Ku могут оснащаться антеннами диаметром 1,2 м и передатчиком 1 Вт. Стоимость первой станции примерно в два раза выше, чем второй при одинаковых пользовательских характеристиках.

В пользу диапазона Ku говорит также факт, что полоса частот, выделенных МСЭ для систем спутниковой связи в этом диапазоне, более чем два раза превышает полосу в диапазоне C.

К недостаткам диапазона Ku следует отнести повышенные, по сравнению с диапазоном C, потери во время дождя, что требует создания запаса по усилению антенны для их компенсации. Это ограничивает применение диапазона Ku в регионах с тропическим и субтропическим климатом. Для большинства же районов России необходимый запас не превышает 3-4 дБ, для создания которого достаточно увеличить диаметр антенны на 20-30% в сравнении с регионами с сухим климатом.

В связи с изложенным, большинство сетей спутниковой связи на базе VSAT строятся в диапазоне Ku.

Для работы систем спутниковой связи выделяются определенные полосы частот, в рамках которых возможно размещение большого числа каналов.

При используемых в настоящее время методах модуляции полоса частот одного симплексного (однонаправленного) канала, выраженная в килогерцах (кГц), примерно равна скорости передачи, выраженной в килобитах в секунду (кбит/с). Таким образом, для передачи данных в одном направлении со скоростью 64 кбит/с требуется полоса около 65 кГц, а для канала Е1 (2048 кбит/с) необходима полоса частот около 2 МГц.

Для двухсторонней (дуплексной) связи требуемую полосу необходимо удвоить. Следовательно, для организации дуплексного канала со скоростью передачи 2 Мбит/с потребуется полоса частот около 4 МГц. Это соотношение выполняется и для большинства других радиоканалов, а не только спутниковых.

Для стандартного спутникового ствола с полосой 36 МГц максимальная скорость передачи составляет около 36 Мбит/с. Но большинству пользователей такие высокие скорости не нужны и они используют лишь часть этой полосы. Поэтому в одном стволе спутника могут работать десятки пользователей и необходимо предпринимать меры по разделению сигналов различных пользователей.

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.