Характеристика спутниковых сетей связи

Содержание

Введение

1 Принципы построения систем связи через ИЗС

1.1 Общие положения

1.2 Способы активной ретрансляции

1.3 Способы организации сетей спутниковой связи              10

2 Назначение и классификация систем спутниковой связи

2.1 Назначение и статус систем спутниковой связи

2.2 Диапазоны частот, используемые в спутниковых системах связи и        вещания………………………………………………….……………………………….

2.3 Орбиты спутников телекоммуникационных систем

3 Современные системы спутниковой связи

3.1 Геостационарные спутниковые телекоммуникационные системы со    стационарными станциями

3.2 Геостационарные спутниковые системы связи с мобильными и   персональными терминалами

3.3 Геостационарные спутниковые системы телерадиовещания

Глоссарий

Список использованных источников

Приложения             

Введение

Спутниковые сети, созданные в развитие наземных радиосетей, успешно конкурируют с другими типами коммуникационных сетей. С тех пор, как в 1965 г. был запущен первый экваториальный спутник Intelsat I, эти сети стали доступными не только для государственных учреждений, корпораций, фирм, но и для отдельных лиц.

Вначале спутниковые сети развивались на базе аналоговых каналов с частотной модуляцией. В последние годы все шире используются радиоканалы, в которых передаются дискретные сигналы и осуществляется множественный доступ с разделением времени.

Спутник может "видеть", т.е. взаимодействовать с абонентами, расположенными на большой поверхности земли. Вместе с этим, на спутнике может устанавливаться аппаратура с узкими лучами, каждый из которых покрывает лишь небольшую часть этой поверхности (определенную зону). В этом случае, по сравнению с однолучевым спутником, увеличивается вес аппаратуры, но на земле резко возрастает мощность электромагнитных волн, направляемых передатчиками спутника, что упрощает и удешевляет наземные станции, именуемые терминалами VSAT. Растет также пропускная способность спутниковых каналов. Что касается наземного оборудования, то наибольшее распространение получили однозеркальные параболические антенны. Каждая из них характеризуется коэффициентом усиления. Он, определяя энергетическую эффективность антенны, зависит от площади, качества антенны и точности ее наведения на спутник. Спутниковая сеть имеет один либо группу взаимосвязанных радиоканалами спутников связи.

Создание спутниковых сетей требует больших капиталовложений. Поэтому возникают международные организации, осуществляющие эти цели. Таким образом были созданы международная организация INMARSAT, международная организация INTELSAT, европейская организация EUTELSAT, общество TELEPORT EUROPE. Создается спутниковая сеть Iridium. Работают телевизионные сети, осуществляющие спутниковое телевидение.

Передача данных через спутники имеет немало преимуществ:

1. широковещание на большие территории не зависимо от расстояния;

2. передача данных в трехмерном пространстве;

3. динамическое изменение топологии сети;

4. быстрота и легкость прокладки каналов;

5. возможность перемещения абонентов на большие расстояния.

Большая пропускная способность спутников связана с использованием частот в гигагерцевом диапазоне.

Целями курсовой работы является рассмотрение:

1)     принципов построения спутниковых систем связи;

2)     классификаций систем спутниковой связи;

3)     современных систем спутниковой связи.

Вначале через спутниковые коммуникационные сети передавались лишь символы. Затем появились спутниковые пакетные радиосети. В них передаются блоки данных.

Наряду с достоинствами спутниковые сети имеют и ряд недостатков:

1.   задержка распространения сигнала, что особенно не удобно при передаче речи (через геостационарный спутник на 0,27с);

2.   затухание в высокочастотных диапазонах при дожде и снеге;

3. жестко ограниченные частотные диапазоны и места расположения экваториальных спутников;

4. внесение помех при попадании солнечных лучей на антенну наземной станции.

Основная часть

1 Принципы построения систем связи через ИЗС

1.1 Общие положения

Спутниковые системы связи предназначены для связи земных станций, находящихся на большом расстоянии друг от друга, с помощью ретрансляционной аппаратуры, располагаемой на космическом аппарате (КА), называемом ИСЗ-ретранслятором (рис.1,а). Размещение промежуточного ретранслятора системы связи на ИСЗ даёт ряд преимуществ.

Во-первых, на достаточно высокой орбите ИСЗ «видит» до одной трети поверхности Земли, поэтому через его ретранслятор может связываться большое количество станций, находящихся на этой огромной территории. Трёх спутников достаточно для создания глобальной (общемировой) системы связи (рис.1,б).

Рисунок 1 - Спутниковая линия связи – а; расположение трёх

геостационарных КА для глобальной связи – б

Во-вторых, системы связи через ИСЗ позволяют установить связь с труднодоступными районами.

В-третьих, они обладают высокой гибкостью, т.к. по радиокоманде спутник можно переместить на другую орбиту или направить его антенну на другой участок Земли, т.е. поменять конечную точку линии связи.

Спутник движется по орбите без затрат энергии на это движение, а энергоснабжение оборудования осуществляется от солнечных батарей, находящихся всё время под лучами Солнца. При определённых условиях это делает спутниковую связь выгодной и с энергетической точки зрения.

Перечисленные достоинства способствуют тому, что интерес к спутниковым системам связи постоянно растёт, создаются новые системы связи и вещания различные по функциям, обслуживаемой области, составу, ёмкости, модернизируются действующие.

Основным документом, определяющим терминологию в радиосвязи, является «Регламент радиосвязи». В соответствие с этим документом в спутниковой связи применяются следующие термины.[1]

Космическая станция (КС) – станция радиосвязи, расположенная  на ИСЗ или другом космическом объекте.

Земная станция (ЗС) – станция радиосвязи, расположенная  на земной поверхности (или в основной части земной атмосферы) и предназначенная для связи с космическими или с другими земными станциями через космические станции или объекты. (Станции наземных систем радиосвязи, не использующих спутники и космические объекты, называют наземными станциями).

Спутниковая связь – связь между земными станциями через космические станции или пассивные ИСЗ. Частный случай космической связи.

Космическая радиосвязь – радиосвязь, в которой участвуют космические станции, расположенные на ИСЗ или других космических объектах, и земные станции.

Спутниковая линия – линия связи между земными станциями с помощью одного ИСЗ. Она включает в себя участок Земля – спутник (линия «вверх») и участок спутник – Земля (линия «вниз»).

Спутниковое вещание – передача радиовещательных программ (телевизионных и звуковых) от передающих земных станций к приёмным через космическую станцию – активный ретранслятор.

Симплексное сообщение – одностороннее сообщение, т.е. сообщение, передаваемое в одну сторону от передающей станции к приёмной.

Дуплексная связь – связь, осуществляемая одновременно в обе стороны. Здесь  каждая станция является приёмной и передающей.

Циркулярная передача – передача сообщений, принимаемых  одновременно несколькими ЗС.

Система связи через ИСЗ представляет собой сложный комплекс, в который входят:

1. центр управления, управляющий работой земных станций и спутников-ретрансляторов, планирующий запуск спутников, распределение каналов связи и т.д.;

2. искусственные спутники Земли со всем комплексом бортовой аппаратуры;

3. ракетно-космический комплекс, объединяющий наземное технологическое и стартовое оборудование и ракеты-носители;

4. земные станции спутниковой связи;

5. командно-измерительный комплекс, осуществляющий измерение параметров и коррекцию орбит ИСЗ, выдачу данных для наведения антенн;

6. система наведения антенн ЗС на ИСЗ и слежение за ними;

7. наземная аппаратура уплотнения;

8. наземные линии связи;

9. аппаратура обработки сигналов для согласования структуры сигналов в наземных и спутниковых линиях;

10. система автоматического управления связью для выбора каналов и направлений связи;

11. система служебной связи для управления земными станциями;

12. система контроля качественных показателей аппаратуры и каналов связи;

13. различные вспомогательные службы, такие, как службы единого времени, системы энерго и водоснабжения и т.д.

При рассмотрении вопросов спутниковой радиосвязи обычно ограничиваются обсуждением малой части сложного комплекса, а именно:

1.      ретрансляционной аппаратуры ИСЗ;

2.      оборудования земных станций.

Иногда к этому перечню добавляется аппаратура уплотнения и обработки сигналов для согласования структуры сигналов в наземных и спутниковых линиях, которая может входить как в состав земных станций, так и других объектов, например, междугородных телефонных станций (МТС), телецентров, вычислительных центров и т.п.

1.2 Способы активной ретрансляции

В системах связи через ИСЗ спутники играют роль ретрансляционных станций. Их можно использовать в качестве активных, пассивных и квазипассивных ретрансляторов сигналов. Наибольшее распространение получили системы с активной ретрансляцией.

Системой активной ретрансляции, или системой с активным спутником, называется система радиосвязи с бортовым приёмопередающим оборудованием.[2]

Рисунок 2 - Принципы осуществления  радиосвязи через ИСЗ

Система с активной ретрансляцией сигнала в зависимости от высоты орбиты и расстояния между корреспондентами может быть выполнена как система с мгновенной ретрансляцией (система в реальном масштабе времени) и как система с задержанной ретрансляцией. Рассмотрим схему связи, приведенную на рис.2.

Здесь А и Б – пункты, между которыми устанавливается связь. Прямые АА' и ББ' – касательные к поверхности Земли, в точках А и Б являются линиями горизонта этих пунктов. Из рисунка видно, что ИСЗ-1, движущийся по орбите MN, одновременно может наблюдаться в пунктах А и только на участке орбиты А'-Б'. При движении на этом участке электромагнитные волны, излучаемые антенной станции А в направлении ИСЗ-1, принимаются бортовой радиоаппаратурой спутника, а затем сразу же, после усиления, пере излучаются в сторону Земли и могут быть приняты в пункте Б. Это система с мгновенной ретрансляцией.

К достоинствам таких систем относятся:

1. высокий уровень сигнала на входе приёмника земной станции;

2. большая пропускная способность;

3. относительная простота оборудования ЗС и на борту;

4. спутник на высоких орбитах охватывает значительную территорию;

5. возможность обмена информацией в реальном масштабе времени.

Недостатки таких систем вытекают из их достоинств, например, высокие орбиты спутников подразумевают:

1. большие мощности передатчиков;

2. громоздкие антенны;

3. сложные системы наведения антенн земных станций;

4. дорогой запуск спутника и существенные ограничения на его массу. Наличие на борту энергоёмкого оборудования требует автономного источника питания большой мощности, который является одним из самых ненадёжных элементов оборудования с ограниченным сроком службы.

1.3 Способы организации сетей спутниковой связи

Способы организации работы сетей спутниковой связи при всём их многообразии можно свести к рассмотрению линии связи между двумя земными станциями при различных вариантах использования ретранслятора. Наибольшее распространение получили следующие три варианта организации связи между двумя пунктами (рис.3).

Рисунок 3 - Схемы систем связи: а – непосредственная дуплексная связь; б – непосредственная дуплексная многоканальная связь; в – схема связи «каждый с, каждым»; г – асинхронная система дуплексной связи

1. Дуплексная связь между двумя пунктами. При этом считается, что ретранслятор используется только парой станций (однократное использование ретранслятора или однократный доступ) – рис.3,а,б. Здесь обе станции эквивалентны.

2. Дуплексная связь между несколькими земными пунктами, при свободном доступе к ретранслятору – связь «каждый с каждым» (рис.3,в). Подобно первому случаю, связь между двумя станциями осуществляется непосредственно, но ретранслятор одновременно используют несколько пар (система связи с многократным или многостанционным доступом).