Супутниковий зв'язок

«Супутниковий зв'язок»

Супутниковий зв'язок — одне із видів радіозв'язку, заснований на використанні штучних супутників землі в ролі ретрансляторів.

Історія

У 1945 році англійський учений, письменник і винахідник Артур Кларк запропонував ідею створення супутників зв'язку на геостаціонарних орбітах. Згодом і запатентував цей винахід, він навіть вважав, що така ідея мала б принести користь усьому людству. Перші дослідження у сфері супутникового зв'язку у країнах почали з'являтися в другої половини 1950-х років ХХ століття. У 1957 році у СРСР запустили перший штучний супутник Землі з радіоапаратурою на борту.

12 серпня 1960 року фахівцями США виведена на орбіту заввишки 1,5 км надувна куля. Цей космічний апарат називався «Эхо-1». Його металізована оболонка діаметром 30 м виконувала функції пасивного ретранслятора.

20 серпня 1964 року 11 країн підписали угоду про створення міжнародної організації супутникового зв'язку, але СРСР в їх кількість не входила з політичних причин. 6 квітня 1965 року у межах програми було запущено перший комерційний супутник зв'язку «Рання пташинка».  Розвиток супутниковому зв'язку у СРСР почалося угодою між 9 країнами соціалістичного блоку з приводу створення системи зв'язку «Інтерсупутник» підписаною лише у 1971 року.

Системи супутникового зв'язку

З моменту своєї появи супутниковий зв'язок стрімко розвивався, і в міру накопичення досвіду, вдосконалення апаратури, розвитку методів передачі сигналів, відбувся перехід від окремих ліній супутникового зв'язку до локальних і глобальних систем.

Такі темпи розвитку супутникового зв'язку пояснюються низкою переваг якими вони володіють. До них, зокрема, відносяться велику пропускну здатність, необмежене перекривання простору, високу якість і надійність каналів зв'язку. Ці переваги, які визначають широкі можливості супутникової зв'язку, роблять її унікальним і ефективним засобом зв'язку. Супутниковий зв'язок в даний час є основним видом міжнародного та національного зв'язку на великі і середні відстані. Використання штучних супутників Землі для організації зв'язку продовжує розширюватися у міру розвитку існуючих мереж зв'язку. Багато країн створюють власні національні мережі супутникового зв'язку.

Всі системи можна розділити на системи двох видів: що працюють через супутники на негеостаціонарних і геостаціонарних орбітах.

• Негеостаціонарні супутники використовуються в основному для військових, наукових і метеорологічних досліджень. Їх головна особливість - неможливість підтримання цілодобової зв'язку з земними супутниками. Однак, переміщаючись по заданій орбіті відносно поверхні Землі, вони можуть збирати дані з великої площі земної поверхні.

• Геостаціонарні супутники виводяться на таку орбіту в площині екватора, при якій їх кутова швидкість співпадає зі швидкістю обертання Землі навколо своєї осі. Висота над поверхнею Землі, де виконуються умови сталості швидкостей і рівності відцентрової і гравітаційної сил, становить 36 тисяч кілометрів. Теоретично, один розташований таким чином супутник може забезпечити якісний зв'язок для третини земної поверхні. Насправді, такими супутниками обслуговуються істотно менші території. Особливістю супутників на геостаціонарних орбітах є значна тимчасова затримка (близько 240 мс) в супутниковому каналі, викликана необхідністю два рази долати відстань у 36 тисяч кілометрів від земного супутника до супутника.

Можна розглянути системи, де застосовуються супутники зв'язку, що обертаються на орбітах синхронно з обертанням Землі. Це дозволяє істотно спростити систему зв'язку. У цьому випадку кожна земна станція працює безперервно з одним і тим же супутником зв'язку.

Супутникові системи зв'язку можуть відрізнятися також і типом передавального сигналу, який може бути цифровим або аналоговим. Передача інформації в цифровій формі, має ряд переваг в порівнянні з іншими методами передачі. До них відносяться:

• Простота і ефективність об'єднання багатьох незалежних сигналів;
• Менші енерговитрати в порівнянні з передачею аналогового сигналу;
• Нечутливість цифрових каналів до накопичення різних спотворень зв'язку при ретрансляції, отримання дуже малої ймовірності помилок при передачі, і досягнення високої чіткості відтворення переданих даних шляхом виявлення та виправлення помилок;
• Конфіденційність зв'язку;

Для передачі різних видів інформації вводиться типова номенклатура каналів. За основу ухвалено частоту з смугою 300 ... 3400 Гц і еквівалентний йому цифровий канал зі швидкістю 64 Кбіт/с. У мережі утворюються також канали передачі звукового мовлення - радіозв'язок, ТБ та інші широкосмугові канали.

Супутникові ретранслятори

У роки досліджень використовувалися пасивні супутникові ретранслятори, які становили собою простий відбивач радіосигналу (часто — металева чи полімерна сфера з металевим напилюванням), не що має на борту будь-якого прийомопередавального устаткування. Такі супутники не набули поширення. Усі сучасні супутники зв'язку є активними. Активні ретранслятори оборудовані електронною апаратурою прийому, обробки, посилення і ретрансляції сигналу. Супутникові ретранслятори можуть бути нерегенеративними і регенеративними:

• Нерегенеративний супутник, прийнявши сигнал від однієї земної станції, переносить його за іншу частоту, посилює передає інший земної станції. Супутник може використовувати кілька незалежних каналів, здійснюють ці операції, кожен із яких працює із певної частини спектра (ці канали обробки називаються транспондерами).
• Регенеративний супутник виробляє демодуляцію прийнятого сигналу і знову модулює його. Завдяки цьому виправлення помилок виробляється двічі: на супутнику і приймаючої земної станції. Недолік цього — складність (отже, значно більше висока ціна супутника), і навіть збільшена затримка передачі.

Орбіти супутникових ретрансляторів

Орбіти, у яких розміщуються супутникові ретранслятори, поділяють на 3 класи:

• Екваторіальні
• Похилі
• Полярні

Різновидом екваторіальної орбіти є геостаціонарна орбіта, де супутник обертається з кутовою швидкістю, рівною кутовій швидкості Землі, у бік, співпадаючий з напрямком обертання Землі. Очевидною перевагою геостаціонарній орбіти є те, що приймач у зоні обслуговування бачить супутник постійно. Її недоліком є велика висота виведення супутника на орбіту. З іншого боку, супутник на геостаціонарній орбіті нездатний обслуговувати земні станції в приполярній області.

Похила орбіта дозволяє розв'язати проблеми, проте, через переміщення супутника щодо наземного спостерігача необхідно запускати не більше трьох супутників на одну орбіту, щоб забезпечити цілодобовий доступ до зв'язку.

Полярна орбіта — граничний випадок похилій (з нахиленням 90^О).

З використанням похилих орбіт земні станції обладнуються системами спостереження, здійснюють наведення антени на супутник. Станції, працюючі зі супутниками, які перебувають на геостаціонарної орбіти, зазвичай, також обладнуються такими системами, щоб компенсувати відхилення від ідеальної геостаціонарній орбіти. Виняток становлять невеликі антени, які здійснюють прийом супутникового телебачення: їх діаграма спрямованості досить широка, вони відчувають коливальні сигнали супутника, і зосереджуються біля однієї ідеальної точки.

Недоліки – користь супутникового зв'язку

Величезні відстані між земними станціями і супутником є причиною, затримки поширення сигналу. Проблема затримки поширення сигналу однак зачіпає всі без винятку супутникові системи зв'язку.