Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 4. Лінії зв’язку   /  Тема 4.11. Особливості радіоліній, радіорелейних і супутникових ліній зв’язку

Зміст:

4.11.6. Загальні характеристики побудови супутникових ліній зв’язку

Супутникові лінії зв’язку частково пролягають в земній атмосфері, а частково в космічному просторі. Вони з’єднують земні станції (ЗС) з ретрансляторами зв’язку, що розміщуються на борту штучних супутників Землі (ШСЗ). Системи зв’язку, де використовуються супутникові лінії, є підсистемами більш загальних телекомунікаційних систем. Проте вони часто використовуються і як автономні, що виконують самостійні, незалежні від інших систем функції.

Супутниковою системою зв’язку (ССЗ) називають комплекс земного і космічного обладнання зв’язку, яке забезпечує передачу інформації через ретранслятор зв’язку (РЗ), що розміщується в космічному просторі. Система супутникового зв’язку містить два сегменти:

1) космічного, що складається з орбітального угрупування ШСЗ, на борту яких розташовані РЗ;

2) земного, до якого входить комплект ЗС (центральних, вузлових, абонентних), ракетно-космічний комплекс, система контрольно-вимірювальних станцій, органи управління системою і взаємодією цією ССЗ з ракетно-космічним комплексом.

Сучасні ракетно-космічні комплекси призначені для створення та поповнення орбітальних супутникових угрупувань, передстартової підготовки, виведення космічних апаратів на орбіту та розподіл супутників на орбіті при груповому запуску. При групових запусках одночасно може виводитися в космічний простір однією ракетою від двох до дванадцяти апаратів, що скорочує високу вартість цих запусків. Стартова маса ракет може сягати декількох сотень тонн. Маса української ракети «Зеніт» може сягати близько 500 тонн. Таку саму масу має французька ракета ARIANE. Маса корисного вантажу, що виводиться на геостаціонарну орбіту, становить від сотень кілограмів до декількох тонн.

Земні станції супутникового зв’язку можуть бути центральними, що забезпечують необхідну ретрансляцію, розподіл і контроль інформації, яка передається іншими, регіональними, вузловими або абонентськими (VSAT, PES, TES) станціями.

VSAT — термінал з дуже малою апертурою антени (діаметр у межах до 1 м). PES — персональні земні станції (Personal Earth Station) забезпечують передачу інформаційних сигналів між територіально рознесеними абонентами за схемою «кожний з кожним» і забезпечують з’єднання з абонентами національних і міжнародних пакетних мереж. TES — Telephony Earth Station — забезпечують телефонний зв’язок у відповідних мережах. Разом з тим інтеграція національних і міжнаціональних телекомунікаційних систем все більше змінюють автономність використання ССЗ і більше орієнтують ці системи до спеціалізації задач мережного і транспортного рівнів. Прикладом тому є системи, що з’явились в останні роки: IRIDIUM, GLOBALSTAR, TELEDESIС та інші, що реалізують глобальну систему рухомого зв’язку.

Схему організації супутникового зв’язку зображено на рис. 4.11.14.

Рис. 4.11.14. Схема супутникового зв’язку для земних станцій (ЗС) через ретранслятор зв’язку РЗ

Штучні супутники Землі (ШСЗ), на яких розміщуються РЗ, пересуваються в космічному просторі під впливом гравітаційних сил без двигунів. Їх рух відбувається за допомогою сили земного тяжіння. Лише для корекції їх руху включаються малопотужні бортові двигуни. Шлях ШСЗ відбувається за замкнутими траєкторіями — орбітами. Серед орбіт, що використовуються в ССЗ, є геостаціонарні (GEO), полярні, низькі (LEO) та середні (MEO).

Перехід на низькі (висота орбіти до h0 = 1500 км) та середні (h0 = 10 000…20 000 км) орбіти дозволив вирішити не тільки проблему перевантаженості геостаціонарних орбіт (h0 = 36 000 км), але й істотно розширив сферу телекомунікаційних послуг, забезпечивши користувачів глобальним персональним зв’язком за допомогою терміналу типу «телефонної трубки». Еволюція супутникових систем нагадує процеси в комп’ютерній техніці, коли великі ЕОМ поступилися місцем мережам передачі даних і персональним комп’ютерам. Аналогічне явище спостерігається й у сфері супутникового зв’язку: перехід від важких геостаціонарних до порівняно легких низькоорбітальних.

Процес повсюдного впровадження персональної комп’ютерної техніки, а також надзвичайно швидке збільшення кількості послуг мережі Інтернет привели до того, що комп’ютер став невід’ємною частиною супутникового терміналу. Він використовується не тільки для підготовки й обробки інформації, але й для управління його роботою, обміну великими обсягами інформації, при передачі мовлення і мультимедіа.

Із зниженням висоти орбіти зменшується миттєва зона обслуговування, а отже, потрібно збільшення кількості супутників для глобального охоплення. Кількість КА в орбітальному угрупуванні залежить від висоти орбіти і робочих кутів місця, при яких забезпечується стійкий зв’язок. Визначено, що низькоорбітальна система має забезпечувати глобальний зв’язок, а кількість її супутників не може бути меншою 48. Період обігу КА на цих орбітах складає 1—1,5 год, максимальний час перебування в зоні радіобачення не перевищує 10—15 хв. Основні характеристики орбіт різного типу (GEO, МЕО і LEO) наведено в табл. 4.11.2.

Таблиця 4.11.2 Порівняльні характеристики GEO, МЕО і LEO

Тип орбіти
GEO
МЕО
LEO
Висота орбіти, км
36 000
5 000—15 000
500—2 000
Кількість КА в орбітальному угрупуванні при безперервному глобальному покритті
3
8—12
48—66
Площа зони покриття для одного КА, % щодо поверхні Землі (кут місця 10°)
34
25—28
3—7
Час перебування КА в зоні радіобачення
24 години
1,5—2 години
10—15 хвилин
Затримка при передачі мовлення, мс, не менше
500
80—130
20—70
Частота перемикання з одного супутника на інший, хв
50
8—10
Мінімальний робочий кут місця, °
5
15—25
10—15

Процес персоналізації телекомунікацій привів до того, що межі між традиційними службами фіксованого та рухомого зв’язку почали поступово зникати. Єдине, що поки пов’язує портативний термінал і традиційні служби зв’язку — це розподіл частотного ресурсу. Проте і в цьому напрямі відбулися істотні зміни. Запропоновано низку проектів створення мобільних терміналів на вищих частотах, тобто в УВЧ- і НВЧ-діапазонах.

Змінився підхід до мобільних ССЗ як до спеціалізованих систем (морських, повітряних, автомобільних і залізничних). Фактично сучасний мобільний термінал відрізняється лише конструктивним виконанням і інтерфейсом.

Можливості сучасного супутникового зв’язку здатні надавати іншу важливу послугу — визначення місцеположення рухомих абонентів, необхідну для супроводу транспортних і вантажних перевезень, відстежування втрачених або вкрадених автомобілів тощо.

Одним із найперспективніших напрямів розвитку мобільних ССЗ є їх інтеграція з існуючими стільниковими мережами. Супутникові системи не тільки забезпечать розширення спектра послуг обміну даними радіотелефонної і пейджингової мереж за допомогою дворежимних терміналів, але й дозволять у перспективі розв’язати найгострішу проблему забезпечення зв’язком малонаселених, віддалених і важкодоступних районів.