7.4. Виды спутниковых линий связи - Идея осуществления связи через ИСЗ принадлежит Артуру Кларку, в то время офицеру ВВС Великобритании, знаменитому писателю – фантасту, который в конце второй мировой войны предложил использовать геостационарные спутники связи. Он показал, что на орбите ≈ 35000 км от экватора угловая скорость вращения спутника будет равнятся скорости вращения Земли, поэтому спутник будет занимать одно и то же положение относительно Земли. 19 августа 1964 года на геостационарную орбиту был выведен первый такого рода ИСЗ «American Skycom 3» для передачи телевизионной трансляции Олимпийских игр из Токио. С этого времени ИСЗ очень широко используются для передачи информации.
- По способу ретрансляции сигнала спутниковые системы делят на системы с пассивной и активной ретрансляцией.
- При пассивной ретрансляции бортовой ретранслятор представляет собой надувную металлизированную сферу, от которой сигнал наземной станции отражается и поступает к приемной антенне корреспондента. Отсутствие бортовой аппаратуры существенно уменьшает стоимость линии связи, однако к наземной станции приходит только слабый отраженный сигнал. Для обеспечения надежного приема приходится существенно уменьшать количество каналов.
- При активной ретрансляции на борту спутника устанавливают приемопередающую ретрансляционную станцию, обеспечивающую требуемый уровень сигнала. При мощности бортового ретранслятора 10 Вт обеспечивается прием в полосе пропускания наземного приемника 20 МГц. Такая полоса достаточна для создания большого количества каналов.
- При выборе орбиты для спутниковой системы связи необходимо, чтобы находящийся на этой орбите ИСЗ обеспечивал облучение необходимой зоны в течение всего сеанса связи. При этом желательно, чтобы антенны приемных станций не имели сложных устройств непрерывного сопровождения спутника.
- Существует несколько классификаций орбит спутников: по геометрии орбиты, по плоскости вращения, по высоте над уровнем моря.
- Орбита может быть круговой, с центром окружности, расположенном в центре Земли, или эллиптической, для которой центр Земли находится в одном из фокусов эллипса.
- Спутник может вращаться вокруг Земли в разных плоскостях. Экваториальные орбиты расположены в плоскостях земного экватора, полярные орбиты проходят над обоими полюсами Земли, все остальные орбиты называются наклонными.
- По высоте над уровнем моря орбиты классифицируются следующим образом: геостационарные околоземные орбиты GEO (Geostationary Earth Orbit), средние околоземные орбиты MEO (Medium Earth Orbit), и низкие околоземные орбиты LEO (Low Earth Orbit).
- Наиболее полно перечисленным ранее требованием к орбите спутника отвечает круговая геостационарная орбита, плоскость которой совпадает с плоскостью экватора, причем спутник движется в направлении движения Земли и период его обращения составляет 24 часа. Высота круговой орбиты должна составлять 35586 км. Спутник на такой орбите неподвижен относительно земной поверхности. Излучение с такого геостационарного спутника покрывает более 30 % поверхности Земли, а связь через спутник обеспечивается круглосуточно. Три стационарных спутника способны связать все континенты с ретрансляцией через один или два спутника.
- Системы GEO обладают рядом преимуществ при организации глобальной связи:
- 1) отсутствие перерывов связи из-за взаимного перемещения космического аппарата (КА) и пользовательского терминала во время сеанса связи;
- 2) системы GEO на трех КА потенциально могут иметь подспутниковую зону, составляющую примерно 95 % поверхности Земли;
- 3) отсутствие необходимости межбортовой радиолинии связи;
- 4) отработанная технология управления КА.
К недостаткам GEO относят: - К недостаткам GEO относят:
- 1) антенная система и КА и наземных станций характеризуется повышенной сложностью и большими размерами;
- 2) высокая стоимость КА и наземного оборудования;
- 3) после прохождения расстояния свыше 35000 км сигнал может стать довольно слабым;
- 4) несмотря на то, что скорость света равна 300000 км/с, задержка прохождения сигнала из точки на экваторе, расположенной под спутником, на спутник и обратно довольно существенна (примерно одна четвертая секунды);
- 5) полярные области и приполярные участки северного и южного полушарий практически недоступны для геостационарных спутников.
- От ряда перечисленных недостатков свободны низкоорбитальные спутниковые системы (LEO), которые имеют следующие характеристики:
- 1) круговые или эллиптические орбиты на высоте до 2000 км. Все предлагаемые и реальные системы располагаются на высоте от 500 до 1500 км; 104
- 2) период обращения спутника на орбите равен 1,5 – 2 часа;
- 3) задержка распространения сигнала составляет не более 20 мс;
- 4) максимальное время, в течение которого спутник виден с фиксированной точки на поверхности Земли, достигает 20 мин;
- 5) ввиду высокой скорости движения спутника относительно наземной станции оборудование системы связи должно быть способным учитывать большие сдвиги, которым подвергается частота сигнала;
- 6) для спутников LEO велико сопротивление атмосферы, поэтому орбита спутника постоянно деформируется.
- Спутники LEO имеют ряд преимуществ по сравнению с геостационарными спутниками. Кроме сокращения задержки распространения сигнала, принимаемый сигнал, отправленный со спутника LEO, имеет при приеме гораздо большую энергию, чем сигнал со спутника GEO, при одной и той же энергии передачи. Зону обслуживания спутника LEO можно локализовать с гораздо большей степенью точности, так что можно эффективнее распорядиться спектром частот, выделенным для спутника LEO.
- Повышенный интерес к низкоорбитальным системам объясняется возможностью предоставления услуг персональной связи, включая радиотелефонный обмен и связь с подвижными объектами с использованием сравнительно малогабаритных абонентских терминалов.
- Стоимость услуг подвижной связи с помощью систем LEO оказывается в несколько раз ниже стоимости аналогичных услуг, предоставляемых геостационарными системами, благодаря использованию недорогих абонентских станций и менее дорогого космического сегмента.
- В низкоорбитальных спутниковых системах масса космического аппарата – до 500 кг, орбитальная группировка состоит из 44-66 ИСЗ. Для охвата связью большой территории Земли используют несколько плоскостей орбит, что позволяет охватить приполярные районы. Системы низкоорбитальной радиотелефонной связи предназначены для передачи речевых сообщений с использованием персональных радиотелефонов. При этом обслуживание абонентов должно быть непрерывным и в реальном масштабе времени.
- Высота орбиты для среднеорбитальных систем колеблется в пределах 5000–12000 км, масса космического аппарата превышает 1000 кг, а орбитальная группировка составляет 10–12 спутников, период вращения спутника на орбите – около 6 часов, задержка распространения сигнала составляет менее 50 мс. Преимущество средневысотной орбиты в сравнении с низкой состоит в том, что первая лежит между радиационными поясами Земли, в то время как вторая – внутри первого пояса. Поэтому срок службы для систем MEO-15 лет, для LEO – 5–7 лет, что существенно влияет на их стоимость. В системе MEO для полного покрытия Земли необходимо 10–12 ИСЗ. Первоначально для обслуживания нескольких регионов достаточно шести ИСЗ. Это позволяет обеспечить запуск спутников и развертывание системы MEO гораздо быстрее, чем системы LEO.
|
Скачать 0.75 Mb.