Спутниковые системы связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Спутниковая связь - радиосвязь, основанный на использовании спутников земли в качестве ретранслятора. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями. Для передачи сигнала спутник должен быть модулирован. Сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на антенну.

Первые исследования спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. Толчком послужили потребности в телефонной связи. 1964 г. 11 стран подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи (ITSO), СССР в их число не входил. 6 апреля 1965 г. - был запущен первый коммерческий спутник связи Early Bird. (ранняя птица), полоса пропускания 50 МГц, он мог обеспечивать до 240 телефонных каналов связи. В дальнейшем спутник INTELSAT IX уже обладал полосой пропускания 3456 МГц.

Первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР в 1957 г. Долгое время спутниковая связь развивалась только в интересах Министерства Обороны СССР. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами. соглашение было подписано в 1971 г. В первые годы использовались спутники «Эхо» и «Эхо-2», простой отражатель радиосигнала не несущий на борту какого-либо приёмного оборудования. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, и усиления сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными. Нерегенеративный спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту.

Регенеративный спутник производит кодировку принятого сигнала и заново кодирует его. Благодаря этому исправление ошибок производится дважды. Недостаток - задержка передачи сигнала.

1. Методы обработки и передачи сигналов в спутниковых системах

Тональной частоты с полосой 300...3400 Гц, скорость 64 Кбит/с. При использовании спутниковых участков необходимо учитывать их особенность, связанную с физической природой - достигающее 260 мс (время распространения сигнала) между станциями. При появлении в телефонном канале двух и более спутниковых участков качество связи ухудшается из-за эхо-сигнала, длительного ответа (до более, чем 1,2 с) происходит автоматическое нарушение соединения.

Спутниковая связь используется в двух основных областях - передача Циркулярной информации или широковещательная передача (ТВ- и звуковое вещание). Использование новых услуг, как передача различной информации для всех потребителей: конференция с участием нескольких абонентов, ТВ-системы с медленной передачи видео, учебные, профессиональные услуги, пакетная передача цифровой информации. Электронная почта, финансовая информация, объявления и др. Спутники в нашей жизни играют очень важную роль в сфере навигации, производятся много новых смартфонов, поддерживающий gps, для легкого освоения местности и нахождения чего-либо через карты “google”, современной системы Glonass.

спутниковый антенна телевизионный радиовещание

2. Передача сигналов в цифровой форме

Этапы обработки сигнала:

1. Дискретизация - замена непрерывного сигнала, последовательность его отсчета.

2. Квантование - округление до 1 (целого числа).

3. Кодирование - перевод в цифровой формат.

Преимущества:

- высокая пропускаемость сигнала путем использования модуляции и кодирования;

- полное использования статистических характеристик (способность изменять) передаваемого сообщения для повышения пропускной способности системы;

- более эффективной передачей дискретных сигналов.

Для передачи по цифровым каналам аналоговые сигналы подвергаются изменению. Исследования показали, что качественные показатели речи в междугородных каналах обеспечиваются при ИКМ со скоростью передачи 64 Кбит/с, методы низкоскоростного кодирования позволяют снизить эту скорость до 32 Кбит/с.

Эффективным средством повышения пропускной способности системы телефонной связи - статистическое уплотнение, естественные пауз в разговоре двух абонентов.

- Высокую надежность. Если шум ниже входного порога, его влияние не ощущается, возможна повторная посылка кода.

- Отсутствие зависимости от источника информации (звук, изображение или цифровые данные).

- Возможность шифрования, что повышает безопасность передачи.

- Независимость от времени. Можно передавать не тогда, когда информация возникла, а когда готов канал.

Для того чтобы выходной сигнал соответствовал входному, требуется обеспечить не только заданную точность преобразования, но и соответствующую точность записи сигналов. Иными словами, для неискаженной передачи сигнала необходимо обеспечить его помехозащищенность. Для этого на заключительном этапе преобразования аналогового сигнала в цифровую форму осуществляется кодирование.

Суть цифрового кодирования заключается в том, чтобы каждый квантованный уровень выражался определенной комбинацией двоичных цифр.

3. Iridium

Это единственная система гражданской спутниковой связи, покрывающая 100% поверхности планеты Земля, включая полярные области.

Название происходит от имени химического элемента Иридий; изначально планировалось, что в системе будет работать 77 спутников - именно столько электронов обращается вокруг ядра Иридия.

В настоящее время орбитальная группировка Iridium насчитывает 66 спутников, обращающихся вокруг Земли по 11 орбитам на высоте примерно 780 км со скоростью ~27,000 км/ч.

Один полный оборот занимает около 100 минут, от горизонта до горизонта спутник пролетает примерно за 10 минут.

Спутники группировки Iridium часто появляются в ночном небе. Их можно наблюдать в виде быстро пролетающих ярких точек. Явление получил название "Iridium Flare".

Каждый спутник может поддерживать одновременно до 1100 звонков и весит около 700 кг.

Движение ретранслятора происходит без затраты энергии, энергосбережение осуществляется через солнечные батареи, он способен охватить очень большую территорию, около треть поверхности земли.

Ряд серьезных преимуществ:

-высокая стабильность уровня сигнала в радиоканале

-отсутствие эффекта Доплера (изменение электромагнитной волны)

-простота использования

Недостатки:

-перенасыщенность орбиты

-невозможность обслуживания приполярных областей

Для обеспечения скорости работы в 2,2-3,8 кбит/с система использует эффективные алгоритмы обработки звукового потока. А скорость передачи данных в сети Интернет достигает 10кбит/с. Последние модели телефонов Iridium оснащены USB-портом для подключения к персональному компьютеру.

Для изготовления бортовых антенн используют легкие металлы: магний, титан, алюминий, а также композитные материалы на основе графита, обладающие большой жесткостью и малым коэффициентом линейного расширения. Применяются зеркальные антенны со сложными облучателями.

Транспондер (ствол) 5-а. Максимальное значение ЭИИМ в центре зоны 41,0 дБВт· ЭИИМ на краю зоны (северная граница РФ) 38,0 дБВт. Диаметр приемной антенны 2 м

Параметры:·Частота принимаемого сигнала 3645 МГц. Число передаваемых ТВ программ в пакете (АСТ, ТВ-6, НТВ, ТНТ). Стандарт цифрового сигнала MPEG-2 / DVB· Формат цифрового сигнала QPSK / MCPC. Символьная скорость цифрового сигнала 28,0 Мсимв/с. Информационная скорость цифрового сигнала 42,0 Мбит/с

Дополнительная информация: Скорость кодирования изображения 5 Мбит/с· Скорость кодирования звука (стерео) 256 Кбит/с. Частота гетеродина LNB приемной антенны 5150 МГц· Частота сигнала на выходе LNB приемной антенны 1505 МГц.

Многофункциональная система для передачи данных с КА на низких орбитах "Гонец-Д1М" предназначена для передачи данных и предоставления услуг связи абонентам, расположенным в любой точке Земного шара, в интересах различных государственных и коммерческих потребителей.

Основным назначением системы «Гонец» является обеспечение связью зон вне покрытия наземными сетями GSM, предоставление связной среды для российской системы координатно-временного обеспечения ГЛОНАСС и связь со стационарными и мобильными абонентами, находящимися в труднодоступных регионах. Реализована передача пакетированных данных/сообщений как между абонентами системы, так и с абонентами сетей общего пользования. Оборудование и программное обеспечение космических аппаратов и абонентских терминалов спроектировано таким образом, что для работы системы не требуется непрерывное нахождение абонентов в зоне радиовидимости космического аппарата. При отсутствии совместной зоны радиовидимости АТ и КА сообщение буферизуется и передаётся при пролёте одного из КА системы над абонентом. При двенадцати спутниках на орбите система «Гонец» способна обеспечить передачу данных в режиме реального времени в северных широтах. При этом в средних широтах связь будет почти беспрерывной, а на экваторе перерывы в передаче сигнала составят около 15 минут. При двадцати четырёх спутниках связь будет доступна «онлайн» в любой точке земного шара

Обеспечивает:

* Обмен сообщениями между абонентами системы в глобальном масштабе;

* Передачу данных о местоположении различных объектов, полученных с использованием системы ГЛОНАСС;

* Обмен сообщениями между абонентами системы и абонентами внешних сетей в глобальном масштабе;

* Циркулярную передачу сообщений группам пользователей;

* Сбор (датчиковой) информации;

* Радиотелефонную связь в зоне радиовидимости;

* Обеспечивает полное покрытие земли информационными услугами;

Преимущество:

* пропускная способность выше в 18 раз

*24 низкоорбитальные аппараты, размещенные в 4х плоскостях на расстоянии от земли 1500км;

* управление через надземный комплекс;

* кротчайший путь доставки информации;

* самые востребованные в различных отраслях;

* информирует о катастрофах и любых зонах действий;

* обеспечивает точность и своевременность прогноза;

* передача координатных данных полученных по системе глонасс любого вида транспорта;

* доступен в северных и полярных широтах.

* 20-ий опыт;

3. Строение “Гонец-Д1М”

Рисунок 1

В качестве полезной нагрузки используется бортовой радиотехнический комплекс (БРТК, рис. 1) “Садко", включающий в себя приемное и передающее устройства, бортовой вычислительный комплекс, комплекс радиоконтроля орбиты и телеметрическую систему, комплекс ПО и служебный канал.

4. Схема станций, принимающий сигнал

Данные передаются в системе как без задействования наземного сегмента (точка-точка: абонент-КА-абонент), так и с задействованием региональных станций (абонент-КА-региональная станция). Региональные станции обеспечивают маршрутизацию сообщений, а также информационный обмен абонентов с сетью Интернет.

При нахождении передающего и принимающего терминалов в зоне радиовидимости одного КА время доставки сообщения составляет 1-2 минуты. Время ожидания сеанса связи абонентом на территории России для системы с 12 КА составляет от 0 (на северной границе) до 15 минут (на южной границе России).

Оба ретранслятора работают на прием через общую антенну. Разделение по диапазонам осуществляется диплексером. В каждом частотном канале имеется фильтр и малошумящий усилитель.

В ретрансляторе один приемный канал работает в режиме системы “Гонец-Д1", а три других - “холодный” резерв.

В ретрансляторе Д2 тринадцать приемных каналов, которые могут включаться в зависимости от нагрузки БРТК. Минимально всегда включены два приемных канала.

На передачу работают один или два канала в зависимости от нагрузки. Каждый передающий канал имеет “холодный” резерв. В обратном канале используется временное уплотнение сигналов.

На передачу ретрансляторы работают через две антенны. К одной антенне через диплексер подключены выход передатчика диапазона Д1 и выходы двух полукомплектов передатчика диапазона Д2, резервированного по принципу “горячий/холодный".

К другой антенне подключены через диплексер выход второго полукомплекта передатчика диапазона Д1 (который является “холодным" резервом) и двух полукомплектов другого передатчика диапазона Д2, резервированного по принципу "горячий/холодный".

После линейного усилительного тракта производится цифровая обработка сигнала: демодуляция, декодирование и разуплотнение. На цифровую обработку поступает сигнал частотой 455 кГц.

Передающие тракты также строятся идентично: формирование сигналов осуществляется ЦИФРОВЫМ МОДУЛЯТОРОМ.

Модуляторы и демодуляторы реализуются на базе сигнальных процессоров и входят в состав бортового вычислительного комплекса.

Объединение модемов осуществляется через общую шину. Функция аутентификации осуществляется программным способом, специальное ПО встраивается в ПО БРТК.

К общей шине подключен и процессор (образующий основной вычислительный модуль), осуществляющий управление и координацию работы других процессоров, реализующий функции коммутации пакетов и обеспечивающий связь с бортовым комплексом управления (БКУ), входящим в состав объекта.

Бортовой вычислительный комплекс (БВК) образуется многопроцессорной системой (процессорами, объединенными общей шиной) и наряду с задачами управления и обработки выполняет функцию бортовой АТС, обеспечивая соединение абонентов.

Построение БРТК позволяет наращивать число одновременно подключаемых демодуляторов до максимального количества и дает возможность изменения структуры сообщений в радиоканалах, позволяет развивать функциональные возможности путем подключения дополнительных программно-аппаратных модулей без изменения общей структуры аппаратных и программных комплексов.

5. Задачи системы и ее характеристики

* Обмен сообщениями между абонентами системы в глобальном масштабе;

* Передачу данных о местоположении различных объектов, полученных с использованием системы ГЛОНАСС;

* Обмен сообщениями между абонентами системы и абонентами внешних сетей в глобальном масштабе;

* Циркулярную передачу сообщений группам пользователей;

* Сбор (датчиковой) информации;

* Радиотелефонную связь в зоне радиовидимости;

* Обеспечивает полное покрытие земли информационными услугами;

Вывод

Ряд экономических исследований показал, что спутниковые технологии являются единственно экономически рентабельным решением предоставления абонентского доступа в районах с низкой плотностью населения. В том случае, когда плотность населения ниже, чем 110 чел./км2, проводные технологии не могут предложить более эффективные технико-экономические решения по обеспечению широкополосного доступа, чем радиосети. Тут конкуренцию спутникам могут составить только некоторые системы абонентского радиодоступа, как, например, WiMAX и интерактивные сети цифрового телевизионного наземного вещания. Если плотность населения ниже, чем 1,5 чел./км2, единственным окупаемым и зачастую технически реализуемым решением проблемы "последней мили" является спутник. В целом это говорит о значительных перспективах развития спутниковой связи в этом сегменте услуг, особенно для стран с низкой плотностью населения и большой территорией. Согласно прогнозам в Европе в 2014 г. будет от 2 до 5 млн абонентов спутникового широкополосного доступа, США в 2010 г - около 3 млн.

Некоторые операторы спутниковой связи уже начали или в ближайшее время намереваются предлагать на рынке пакет услуг, включающий широкополосный доступ, телефонию и радиовещание. Основная стратегия развития направлена на то, чтобы по меньшей мере предоставлять его существующим абонентам спутникового телевидения, но ряд компаний имеют более агрессивные планы, намереваясь отобрать часть клиентов у операторов телефонных сетей и сетей кабельного телевидения. В Великобритании, например, уже сейчас предлагает всем подписчикам базисного пакета ТВ-программ бесплатный неограниченный доступ в Интернет со скоростью до 2 Мбит/с. К 2010 г. компания намеревается предоставлять широкополосный доступ 3 000 000 абонентам. Другим большим европейским планом, осуществляемым совместно Европейским космическим агентством и Avanti Screenmedia Group, является внедрение в 2008 г. системы HYLAS. За счет использования 8 узких лучей и 30 стволов шириной 33 МГц в Ка-диапазоне система сможет обеспечивать широкополосный доступ одновременно для 300 000 абонентов.

Проведенный анализ показывает, что в течение ближайших 10-20 лет развитие спутниковых систем гражданского назначения будет продолжаться, обеспечивая возможность предоставления современных услуг связи и радиовещания. Широкополосный доступ к Интернету; 40-50 телевизионных и звуковых программ на основе IP-протокола.

Переход на новые форматы вещания, увеличение числа программ, расширение набора радиовещательных услуг, рост спроса на спутниковую емкость. Спутниковые системы имеют большой потенциал c точки зрения перехода на цифровые методы передачи, что связано с возможностью полного и быстрого национального покрытия, повышением эффективности использования спектра и сетевых ресурсов, отсутствием необходимости использования мощных наземных ретрансляторов. Это касается предоставления услуг как на фиксированные, так и подвижные абонентские устройства.

Решение большинства задач по развитию таких современных услуг связи в России, как обеспечение широкополосного доступа, переход на цифровые форматы звукового и телевизионного вещания и полный охват им населения, невозможно без создания современной спутниковой системы. Цель: использование спутников для развития сетей различного назначения, а с другой - что большая часть населения страны проживает в сельских и отдаленных районах с низкой плотностью населения, спутниковые технологии являются эффективным. Это определяет благоприятные перспективы развития данных тенденций на российском рынке услуг связи и радиовещания.

Размещено на Allbest.ru