Тема 4 – «Перспективы развития космической связи в Казахстане»

Содержание: Основные закономерности космической связи. Состояние космической связи в Казахстане. Результаты экспериментов по организации космической связи в Казахстане.

Состояние рынка спутниковой связи

Кардинальные перемены, происходящие за последние годы в Республике Казахстан в отрасли телекоммуникаций, не могли оставить в стороне очень важную, особенно в условиях нашей страны, их соста­вляющую - систему спутниковой связи и вещания.

На мировом рынке услуг спутниковой связи и вещания продолжается жесткая конкурентная борьба за лидерство в создании перспективных, экономически эффективных спутнико­вых систем, за опережающее освоение и эффективное использо­вание орбитально-частотного ресурса (ОЧР), за достижение лидирующих позиций в использовании мирового телекоммуникационного трафика, снижение тарифов и предоставление наиболее качественных услуг пользователям связи. Динамика роста емкости и общая пропускная способность мирового спутникового сегмента приведены на рис. 1.1 и 1.2.

Рис. 1.1 Динамика роста емкости мирового спутникового сегмента

Как показывают маркетинговые исследования и перспектив­ные прогнозы, мировой рынок спутниковой связи в ближайшие годы будет развиваться значительными темпами. Производство спутников остается относительно стабильным сегментом об­щего рынка космической промышленности с годовым оборотом порядка 10 млрд. долл. США.

Наиболее быстро будет развиваться рынок услуг спутнико­вой связи. Прогнозируется, что к 2010 г. их объем может составить ориентировочно 150 млрд. долл. США.

Общие инвестиции на мировом рынке спутниковой связи за десятилетие составят около 600 млрд. долларов США, в том числе в космический сегмент и средства выведения на орбиту -60-80 млрд. долл. США, в оборудование абонентского доступа и предоставления услуг (связи, вещания, доступа к сети Интернет, мультимедиа) - более 400 млрд. долл. США [Павлов].

В 1996-2002 гг. рост рынка космической связи определялся главным образом спро­сом на услуги связи. Предоставление (в розницу и по подписке) услуг связи являлось основой расширения сегмента спутниковой связи, причем в число этих услуг в этот пе­риод входили услуги непосредственного телевизионного вещания, спутниковой под­вижной связи и передачи данных и услуги на основе применения абонентских терми­налов класса VSAT (Very Small Aperture Terminal; это терминал, диаметр зеркала ан­тенны которого не превышает 100 длин волн применяемого диапазона частот, то есть для С-диапазона частот - менее 8 м, Ku-диапазона - менее 3 м, а для Ка- диапазона -менее 1,5 м). Анализировавшиеся доходы этого сектора (в 2000 г. только в США - более 9 млрд. долл.) отражали только платежи абонентов за соответствующие услуги провай­деров. В 1999 г. 32,6% всей пропускной способности геостационарных ИСЗ-ретрансляторов использовалось для обеспечения телефонной связи и передачи данных, 44,9% - видеоданных (в том числе непосредственного телевещания), а 22,4% вообще не использовалось (считается, что это резерв на случай разовой аренды). Непосредствен­ное телевещание являлось наиболее доходным (9 из 26,76 млрд. долл. в 2000 г.), причем наблюдался рост в 23% (в США, где находилась треть провайдеров этих услуг, 25%). Другими факторами, формировавшими тенденции развития спутниковой связи как сегмента космической промышленности, являлись глобальное прекращение регулиро­вания рынка связи (произошла коммерциализация почти всех международных органи­заций спутниковой связи), ввод в эксплуатацию систем подвижной связи на основе не геостационарных спутников (Iridium, Globalstar, Orbcomm и ICO), а также появление сети Интернет (с коммерческой деятельностью, осуществляемой через Интернет, и се­тями Интранет) в качестве основы повышения спроса на спутниковую передачу дан­ных. Число занятых в этом секторе в 2000 г. составило более 20,7 тыс. человек (в том числе в США - 12,1 тыс. человек).

Производство наземного оборудования по доходам занимает второе место. Это производство приемных и передающих терминалов (включая терминалы класса VSAT), абонентских терминалов подвижной спутниковой связи и передачи данных, а также приемников и антенн непосредственного телевизионного вещания. Рост доходов этого сектора (в 2000 г. только в США - 10,3 млрд. долл.) составил 14%. Число занятых в этом секторе в 2000 г. составило более 52 тыс. человек (в том числе в США около 24 тыс. че­ловек).

Производство спутников является третьим (по доходам) сектором спутниковой свя­зи, причем анализировавшиеся доходы этого сектора (в 2000 г. только в США -7,85 млрд. долл.) отражали только те, которые связаны с производством коммерческих (в 2000 г. - более 8,5 млрд. долл.) или гражданских правительственных (в 2000 г. - бо­лее 6 млрд. долл.) спутников (в доходы от производства спутников включены платежи субподрядчикам). Число запущенных или находившихся в производстве коммерческих геостационарных ИСЗ-ретрансляторов ежегодно в 1996...2001 гг. составляло 22...29 штук, а в 2002 г. достигло 33 штук. Рост доходов составлял 11% (в США - 9%, в остальных странах - 13%), Число занятых в этом секторе в 2000 г. составило около 90 тыс. человек (в том числе в США более 47,6 тыс. человек).

Долгосрочная аренда ретрансляторов является четвертым по доходам (в том числе в США в 2000 г. - почти 2,8 млрд, долл.) сектором спутниковой связи. Компании-операторы часто сдают в долгосрочную аренду или продают доступ к ретрансляторам своих спутников провайдерам услуг связи и ретрансляции данных, и доходы, получае­мые компаниями-операторами в ходе этой деятельности, составляют рассматриваемый рынок долгосрочной аренды ретрансляторов (кроме того, некоторые компании могут действовать в качестве посредников между компаниями-операторами и провайдерами услуг, выполняя функции брокеров или спекулянтов, но такие доходы не учитывались). При этом различают провайдеров пропускной способности геостационарных ИСЗ-ретрансляторов, операторов непосредственного вещания и провайдеров услуг подвиж­ной связи. Рост доходов составлял 15% (в США - около 30%), а число занятых в этом секторе в 2000 г. составило около 8,8 тыс. человек (в том числе в США почти 2,8 тыс. человек).

В последнее время на мировом рынке услуг спутниковой связи происходят существенные изменения, которые внешне выражаются в слиянии и поглощении компаний, в смене собственника и в первичном размещении акций. Важно правильно прогнозировать эти изменения и их возможное влияние на развитие спутниковой связи.

Тенденции развития спутниковой связи и вещания

Спутниковая связь - одно из наиболее наукоемких и активно развивающихся направлений мирового телекоммуникационного рынка. В рамках этого направления осуществляется как создание и запуск космических аппаратов, так и внедрение новых высоких технологий в области микроволновых и микропроцессорных устройств. Поэтому все наиболее серьезные события на рынке телекоммуникаций в той или иной мере сказываются и на развитии спутниковой связи.

     По типу реализуемых услуг спутниковую связь можно разделить на два относительно самостоятельных сектора: фиксированную и подвижную связь. Кроме того, следует особо выделить обширный сектор спутникового вещания, который имеет свою специфику. В последние годы в этом секторе все отчетливее проявляется тенденция сближения с технологиями интерактивной спутниковой связи, что, по-видимому, в недалеком будущем приведет к объединению понятий спутникового вещания и связи в интерактивных мультисервисных спутниковых сетях. Сфера применения спутниковых технологий чрезвычайно широка. Трудно найти область деятельности, в которой не могла бы использоваться спутниковая связь. Нужно отметить, что разговоры о ее высокой стоимости по сравнению с услугами наземных телекоммуникационных сетей нередко бывают преувеличены, но сегодня они постепенно уходят в прошлое. Из этого, конечно, не следует, что спутниковая связь может заменить все виды связи, но во многих случаях приоритеты должны быть пересмотрены в ее пользу. При этом разумеется, следует учитывать не только достоинства спутниковой связи, но и присущие ей недостатки, которые ярко проявились, например, при попытке широкого внедрения спутниковых систем подвижной связи.

1.3.1 Фиксированная спутниковая служба

Под фиксированной спутниковой службой понимают службу радиосвязи между земными станциями с заданным местоположением, когда используется один или несколько спутников; заданное местоположение может представлять определенный фиксированный пункт или любой фиксированный пункт, расположенный в определенных зонах; в некоторых случаях эта служба включает линии спутник-спутник, которые могут также использоваться в межспутниковой службе; фиксированная спутниковая служба может включать также фидерные линии для других служб космической радиосвязи.

В настоящее время системами фиксированной спутниковой службы наиболее интенсивно используются следующие диапазоны частот: С (4/6 ГГц), Ки (11/14 ГГц) и Ка (20/30 ГГц).

Возникновение и быстрое развитие различных спутниковых систем связи, вещания, подвижной связи и других поставили ряд новых проблем как международного-правового, так и технического характера. При этом рассмотрением основополагающих вопросов правового характера занимается Организация Объединенных наций (ООН), а необходимые технические правила и процедуры, регламентирующие использование диапазона частот и позиций на геостационарной орбите, вырабатываются специализированным учреждением ООН - Международным Союзом Электросвязи.

Развитие спутниковой связи происходит в русле развития наземных систем связи и следует по пути внедрения новых спутниковых технологий широкополосного Интернета, подвижной спутниковой связи, в том числе с передачей данных.

Создание фиксированной спутниковой службы (ФСС) подразумевает организацию сетей с использованием земных станций спутниковой связи, которые устанавливаются в определенном месте и имеют постоянную географическую привязку. Для таких сетей в международных и национальных документах, регламентирующих техническое взаимодействие в области радиосвязи, определены конкретные значения полос частот, используемых ФСС совместно с другими службами. Каждая страна использует свой частотный ресурс, разрабатывая собственные нормативные документы, учитывающие обычно международные рекомендации и правила. Сети ФСС можно разделить на две крупные категории:

• сети спутниковой связи (в том числе интерактивные), созданные на базе VSАТ-технологий;

• магистральные сети, а точнее направления связи, обеспечивающие, например, межконтинентальную связь.

Системы фиксированной спутниковой службы первоначально разворачивались исключительно для организации магистралей большой протяженности и региональной (зоновой) связи. Однако достижения последних лет: повышение чувствительности входных устройств космических и земных станций снижение массогабаритных показателей, сокращение избыточности передаваемых сигналов с соответствующим сокращением занимаемой полосы, цифровизация сетей, повышение эффективности изотропно излучаемой мощности космических аппаратов, позволяют удешевить земные станции и сделать их более массовым.

В этой связи проблема более широкого внедрения малых земных станций, в том числе VSAT (Very Small Aperture Terminal) встает все более остро.

По оценкам экспертов в 2005...2010 гг. спрос на услуги спут­никовой связи сначала снизится, а к концу этого срока стабилизируется. Ожидалось, что в 2002 г. будет достигнут пик в пропускной способности ретрансляторов геоста­ционарных ИСЗ (в С-, Кu- и Ка-диапазонах частот: 3300, 3400 и 2700 ретрансляторов с эквивалентной полосой 36 МГц), но этого не произошло в 2002 г. и возможно реализу­ется к 2006 г., а к 2009 г. прогнозировалось, что эти значения по С- и Кu-диапазонам частот будут снижаться, а по Ка-диапазону частот сохранятся. Очевидно, что в течение нескольких лет из-за увеличения пропускной способности крупных ИСЗ их число будет падать. Так, число запускаемых или находящихся в производстве коммерческих гео­стационарных ИСЗ-ретрансляторов ежегодно в 2003...2004 гг. составляло 26 и 20 штук, в 2005 г. снизилось до 8 штук, а в 2006....2009 гг. будет расти с 10 до 29 штук (до уровня 1996...2002 гг.), так как в 2005...2010 гг. будет развернуто производство недорогих геостационарных спутников на основе малых платформ (массой до 1 т) с умеренной пропускной способностью.

Объем аудио трафика и передачи данных в ретрансляторах геостационарных спутников будет снижаться (к 2009 г. - до 11% пропускной способности, так как або­ненты будут постепенно переходить в оптоволоконные сети и наземные системы бес­проводной связи), а в спутниках этот трафик заменит контент сети Интернет, объем которого будет расти (к 2009 г. - до 35% пропускной способности геостационарных ИСЗ-ретрансляторов). Цены аренды ретрансляторов фиксированной службы снизятся из-за падения спроса, хотя прогнозируется рост этих услуг на 8%.

Вместе с тем будет продолжаться рост услуг на основе применения абонентских терминалов класса VSAT, а также услуг, предоставляемых коммерческими компаниями правительствен­ным учреждениям. Будут внедрены услуги цифрового радиовещания DARS (Digital Au­dio Radio Service), причем по числу абонентов они сравняются с услугами непосредст­венного телевещания.

Постепенно внедряемая широкополосная связь и передача данных на основе гео­стационарных ИСЗ-ретрансляторов, являющаяся основой роста услуг связи, в бли­жайшие годы испытает трудности спроса. Прогнозировалось, что услуги широкополос­ной связи будут предоставляться оптоволоконными системами, однако на практике широкое внедрение наземной подвижной связи и передачи сообщений привело к тому, что услуги широкополосной связи предоставляются спутниками, наземными беспро­водными системами, оптоволоконными и кабельными системами. Перспективы вне­дрения услуг широкополосной связи рассматривались с учетом распространения услуг класса SOHO (small office/home office), которым серьезную конкуренцию уже сегодня составили услуги широкополосной связи "последней мили" - каналы различных услуг класса DSL, технологии WiMAX и 3/4G. В настоящее время оптоволоконные системы обеспечи­вают пропускную способность 2,5...10 Гбит/с, фиксированный и подвижный доступ к сети Интернет - со скоростями 0,5...10 и 0,384....2 Мбит/с соответственно, а к 2010 г. эти характеристики прогнозируются с величинами 2,5...40 10 Гбит/с. 6...150 и 2... 10 Мбит/с. Возможно, что услуги широкополосной связи будут объединены с услу­гами на основе применения абонентских терминалов класса VSAT, но в любом случае доля широкополосной связи на рынке спутниковой связи прогнозируется на уровне менее 0,5% (около 4 млн. абонентов к 2010 г.).

Очевидно, что спутниковая связь за 40 лет ее использования (в 1965 г. началась коммерческая эксплуатация ИСЗ EARLY BIRD) существенно изменила жизнь, и нет ни­каких оснований, что спутниковая связь не будет использоваться, по крайней мере, еще столько же. Выделяют шесть основных факторов, которые стимулируют будущий рост услуг спутниковой связи:

• глобальный спрос на широкополосные соединения, вызываемый потребностя­ми сети Интернет и коммерческой деятельностью, осуществляемой через сеть Интернет (e-commerce), и дополняемый спросом на региональные вещательные развлекательные программы, интерактивное вещание и мультивещание в интересах потребителей, биз­неса, научных, общественных, образовательных и медицинских приложений;

• в частно­сти, прогнозируется, что в течение ближайших 20 лет число соединений в сети Интер­нет и корпоративных сетях возрастет в тысячи раз, а объем контента в сети Интернет может увеличиться на три порядка величины;

• число людей, которые связываются друг с другом по волоконным, беспроводным и спутниковым каналам, возрастет в 4...5 раз; прогнозируется, что к 2015 г. фиксированный и подвижный доступ к сети Интернет будет осуществляться со скоростями 10 Мбит/с - 2,5 Гбит/с;

• новые стандарты связи, позволяющие упростить интеграцию всех типов циф­ровых услуг;

• дальнейшее расширение открытости коммерческой деятельности в сфере меж­дународных услуг связи;

• создание новых усовершенствованных и эффективных по стоимости спутни­ков и абонентских терминалов для предоставления услуг фиксированной и подвижной связи и непосредственного доступа к заказчику с продвижением эффективных В2В (business-to-business) приложений в удобном для пользователя режиме;

• прекращение регулирования, либерализация и конкуренция во всех видах пре­доставления услуг связи наряду с влиянием конкуренции новых услуг оптоволоконных и широкополосных беспроводных систем;

• новые разработки, которые позволят спутникам обеспечивать лучшую безо­пасность, надежность и гибкость в цифровых IP-сетях с одновременным поддержани­ем новых и управляемых связных проектов архитектур.

Будущий рост услуг фиксированной, подвижной и вещательной спутниковых служб некоторые специалисты обусловливают главным образом Интернет- приложе­ниями, которые приведут к созданию геостационарных спутников трех поколений.

Первое поколение этих Интернет-спутников (2005...2015 гг.) разрабатывается, они оснащаются ретрансляторами с пропускной способностью 5...50 Гбит/с и будут ис­пользоваться в течение ближайших 10 лет (например, проекты Winds, iPStar и др.). Пропускная способность ретрансляторов спутника проекта Winds составит около 6 Гбит/с, а проекта iPStar - 50 Гбит/с.

Второе поколение Интернет-спутников (2015...2025 гг.) будет оснащено ретрансля­торами с пропускной способностью 50...500 Гбит/с. На первом этапе число ретрансля­торов мощностью около 100 Вт достигнет 100, пропускная способность составит 60...120 Гбит/с (622...1244 Мбит/с на ретранслятор), число параболических антенн - 4, мощность системы электропитания - около 22 кВт, стартовая масса ИСЗ - 6800 кг (платформа - 2600 кг, бортовое оборудование - 1100 кг). Возможно, что в составе кос­мического элемента будут использоваться спутники подвижной связи следующего по­коления на низких орбитах.

Третье поколение Интернет-спутников (2025...2035 гг.), по прогнозам, будет осна­щено ретрансляторами с пропускной способностью 0,5...1 Тбит/с.

Анализ состояния развития систем спутниковой связи и вещания в Республике Казахстан

В последние годы в Казахстане было выдано коло 20 лицензий на оказание услуг телекоммуникаций с использованием спутниковых технологий

Объемы спутниковых емкостей, арендуемых операторами связи Республики Казахстан приведены в таблице.

№ п/п	Оператор связи	Арендуемая емкость (МГц)		Тип КА и точка стояния
		Внутренний трафик	Международный трафик
1	2	3	4	5
1	ОАО «Казахтелеком»	72	24,1	Intelsat- 906 (64º в.д.), Intelsat- 902(62º в.д.), Turksat (42º в.д.), NSS-703 (57º в.д.)
2	ЗАО «Кателко»	144	0	Intelsat- 904 (60º в.д.)
3	ЗАО «Нурсат»	58,8	36	Intelsat- 904 (60º в.д.), Intelsat- 703 (57º в.д.) , NSS-703 (57º в.д.)
4	ОАО «Астел»	72	7	Intelsat- 904 (60º в.д.), NSS-703 (57º в.д.)
5	ЗАО «ТNS –Рlus»	28	5	SESAT(Eutelsat) (37º в.д.)
6	НК «KEGOC»	18	2,8	Intelsat- 904 (60º в.д.)
7	«Арна»	7,2	10,6	Экспресс-ART (40º в.д.), Intelsat- 902(62º в.д.), Intelsat- 904 (60º в.д.)
8	ЗАО Агентство «Хабар»	0	0	HotBird 3, SESAT(Eutelsat) (37º в.д.)
9	ТОО «Жарык»	5	0	AsiaSat (100,5º в.д.)
10	ОАО «Казтранском»	3		Intelsat- 904 (60º в.д.),
11	Компания WorldCom (предоставляет в аренду спутниковые каналы)		3	Экспресс-ART(АМ) (40º в.д.)
ИТОГО		408	88,5
12	ТОО "SA-TELKOM"	150		Intelsat- 904 (60º в.д.), NSS-703 (57º в.д.)
13	ТОО «INT-SAT»	8		Экспресс (услуги Интернет)
ВСЕГО		654,5

Потребности казахстанского рынка спутниковой связи на перспективу до 2015 г. могут достичь от 30 до 40 транспондеров. Эти данные получены из расчета ежегодного роста объема услуг спутниковой связи в размере 5-10% от базового уровня, который будет достигнут к концу 2005 года.

Потребности Республики Казахстан в спутниковом ресурсе определяются необходимостью обслуживания следующих сегментов телеком­муникационного рынка: распространения телерадиовещатель­ных программ, обеспечения международной, междугородной, внутризоновой и сельской телефонной связи, создания инфор­мационной инфраструктуры для государственных и местных органов управления, общеобразовательных школ, широкопо­лосного доступа к информационным ресурсам, телеобразования и телемедицины и др.

Успех казахстанских спутниковых проектов, реализуемых преимущественно при поддержке российских космических структур, не в последнюю очередь зависит от их соответствия ожиданиям потребителей. Сегодня, когда космическая отрасль вышла на позиции одной из приоритетных и наукоемких, а причастность к крупным космическим проектам в значительной мере является одним из определяющих критериев экономической, политической, научно-технической состоятельности того или иного государства, не раз и не два высказывались мнения о том, что Казахстан, перестав довольствоваться позицией арендодателя, может и должен войти в число активных участников международного космического рынка. В 2004 году была принята государственная программа развития космической деятельности в РК на 2005–2007 годы, поставившая целью укрепление национальной и информационной безопасности, содействие социально-экономическому и научно-техническому развитию страны путем эффективного использования космических технологий. В настоящее время национальная компания «Казкосмос» разрабатывает концепцию программы развития космической отрасли на период до 2020 года,.

Искусственные спутники Земли (ИСЗ) связного назначения широко используются для передачи различных сообщений, организации ТВ, телефонных, телеграфных и других каналов связи.

Основной принцип создания спутниковых систем связи заключает­ся в размещении ретрансляторов на ИСЗ. Следовательно, спутнико­вая система связи представляет собой РРЛ с одной промежуточной станцией, размещенной на ИСЗ. При построении спутниковых систем связи используются идеи и принципы, реализуемые в РРЛ.

По способу ретрансляции сигнала спутниковые системы делят на системы с пассивной и активной ретрансляцией.

Система, которая работает без бортовой аппаратуры, называется системой связи с пассивным спутником, или системой с пассивной ретрансляцией. В этом случае сигналы, посланные с Земли, отражают­ся поверхностью ИСЗ обратно без предварительного усиления. В каче­стве пассивных спутников могут использоваться как специальные от­ражатели различной формы (в виде сферических баллонов, объемных многогранников и др.), так и естественный спутник Земли - Луна. При достаточном усилении земных антенн и высокой чувствительности приемника земной станции (ЗС) этот метод радиосвязи может найти применение в системах с малой пропускной способностью. Пропуск­ная способность подобных систем связи при современном уровне техники не превышает двух - трех телефонных сообщений.

Система радиосвязи при наличии бортовой аппаратуры называет­ся системой с активной ретрансляцией сигнала, или системой с ак­тивным спутником. При этом энергоснабжение бортового ретрансля­тора осуществляется от солнечных батарей, находящихся на ИСЗ. Активная ретрансляция является основной в современных системах передачи. Для примера рассмотрим структурную схему дуплексной связи между двумя ЗС при активной ретрансляции сигнала (рис. 5).

Рисунок 5 – Структурная схема радиосвязи через ИСЗ

На рисунке 5 цифрой 4 обозначен второй приемник ретранслятора; 5-второй передатчик ретранслятора; 12-детектор 3С 8; 16-передающая антенна 3С 15; 17-передатчик 3С 15; 18- модулятор 3С.

В данном случае передаваемый в одном направлении сигнал U₁, под­водится к модулятору 9 ЗС 8, в результате чего осуществляется мо­дуляция колебаний с несущей частотой f_1.Этиколебанияотпередат­чика 10 подводятся к антенне 11 и излучаются в сторону ИСЗ, где принимаются бортовой антенной 7 ретранслятора 1. Далее колебания с частотой f₁ поступают на разделительный фильтр 6, усиливаются приемником 2, преобразуются в частоту f₂ и поступают к передатчику 3 бортового ретранслятора. С выхода передатчика 3 колебания с час­тотой f₂ через РФ подводятся к бортовой антенне и излучаются в сторону Земли. Эти колебания принимаются антенной 19 ЗС 15, подводятся к приемнику 20 и детектору 21, на выходе которого выде­ляется сигнал IV Передача от ЗС 15 к ЗС 8 сигнала U₂ происходит на частоте f₃ аналогичным образом, причем на бортовом ретрансля­торе осуществляется преобразование колебаний с несущей частотой f_з в колебания с частотой f₄.

ЗС соединяются с узлами коммутации сети связи (например, с ме­ждугородной телефонной станцией - МТС), с источниками и потреби­телями программ телевидения, звукового вещания с помощью назем­ных соединительных линий.

Очень распространенным и экономически выгодным является ис­пользование связных ИСЗ для организации ТВ и радиовещания.

В настоящее время под спутниковым ТВ и радиовещанием понимает­ся как передача ТВ сигналов (со звуковым сопровождением), так и радиовещательных звуковых сигналов от одного или нескольких земных передатчиков, связанных с центрами формирования ТВ и ра­диопрограмм, через ИСЗ на сеть земных приемных установок и рас­пределение этих программ с целью доведения их до абонентов (те­лезрителей или радиослушателей) с помощью наземных средств свя­зи (ретрансляторов различной мощности, СКТВ, средств коллективно­го и индивидуального приема). Как правило, в зоне обслуживания связным ИСЗ располагается сеть приемных ЗС различных типов.

Особенности передачи сигналов в спутниковых системах связи

Запаздывание сигнала. Большая протяженность линий связи ме­жду ЗС и рентранслятором, находящимся на борту ИСЗ, приводит к запаздыванию сигналов. Это определяется тем, что для прохожде­ния расстояния между ЗС сигналу требуется время

t Н/с, (7)

где Н— расстояние от спутника до поверхности Земли, с = 3 10⁸ м/с- скорость света. Из данного соотношения следует, что при Н = 36 000 км (случай геостационарного спутника) величина запаздывания составит приблизительно 250 мс. Запаздывание сигнала при передаче дуп­лексных телефонных разговоров приводит к появлению вынужденных пауз в разговоре, потере «контакта» между абонентами, т.е. ограни­чивает естественность беседы.

Эхосигналы. Запаздывание сигналов приводит к появлению за­метных для абонентов эхосигналов, возникающих при переходе с четырехпроводных цепей связи на двухпроводные из-за неидеальности дифференциальных систем. Эхосигналы проявляются в виде про­слушивания абонентом своего разговора, задержанного на время, равное удвоенному времени распространения сигнала между абонен­тами, т.е. t_эс 4Н/с. Особенно заметны эхосигналы при больших зна­чениях t_эс . Для систем связи, использующих геостационарные спут­ники, t 500 мс. В этих случаях следует обеспечить затухание эхосиг­налов до величины, равной 60 дБ относительно уровня полезного сигнала. Необходимое затухание эхосигналов осуществляется с по­мощью эхозаградителей.

Эффект Доплера. Особенностью систем связи через ИСЗ являет­ся возникновение эффекта Доплера, вызываемого движением спутни­ка относительно ЗС. Для примера обозначим через V_r ту компоненту скорости движения ИСЗ, которая совпадает с линией радиосвязи ИСЗ-ЗС, и условимся считать величину V_r отрицательной в случае уменьшения расстояния между ИСЗ и ЗС и положительной при уве­личении этого расстояния. Тогда при движении источника сигнала со скоростью ±V_r частота принимаемых колебаний f связана с частотой излучаемых колебаний f₀ соотношением,

f =f₀(1±V_r/c), (8)

где с - скорость света.

На практике всегда выполняется условие V_r/с«1, поэтому при движении источника сигнала в сторону приемника f = f₀(1 + \/_r/c). То­гда изменение частоты f₀, вызванное эффектом Доплера, опреде­ляется выражением:

f₀=f-f₀= f₀V_r/c. (9)

Эффект Доплера в основном проявляется в системах связи, исполь­зующих эллиптические орбиты. Например, в системе «Молния» на рабочем участке орбиты |\/_г/с|Ф10^-5. В системах связи с геостацио­нарными ИСЗ эффект Доплера может иметь место при коррекции по­ложения спутника на орбите.

Эффект Доплера приводит не только к изменению частоты излу­чаемых колебаний, но вызывает деформацию спектра передаваемого сообщения, причем верхние частоты в спектре сигнала будут изме­няться на большую величину.

Диапазоны рабочих частот систем связи через ИСЗ Выбор по­лос частот, выделяемых для работы систем связи через ИСЗ, опре­деляется следующими основными условиями:

- особенностями распространения электромагнитных колебаний через атмосферу;

- интенсивностью шумов, вызванных радиоизлучениями различных внешних источников (Солнца, Луны, планет, атмосферы Земли и др.);

- простотой аппаратурной реализации антенн и приемных установок;

- возможностью локализации сверхвысокочастотного излучения бортовыми антеннами;

- возможностью работы систем связи через ИСЗ в выделяемых полосах частот совместно с другими радиослужбами при допустимых значениях радиопомех.

Детальное научно-техническое рассмотрение перечисленных ус­ловий, проведенное Международным Союзом Электросвязи на Все­мирной административной радиоконференции в 1979 г., позволило осуществить распределение радиочастот между различными радио­службами. Согласно этому распределению, приведенному в Регла­менте радиосвязи, для района 1 (Европа, Россия, Монголия, Африка) ФСС, к которой относятся системы связи через ИСЗ, отводятся сле­дующие полосы частот:

-для передачи сообщений на участке ИСЗ-Земля 620...790 МГц, 2,5...2,69, 3,4...4,2, 4,5...4,8, 7,25...7,75, 10,7...11,7, 12,5...12,75, 17,7...21,2, 37,5...40,5, 40,5...42,5, 84...86 ГГц;

-для передачи сообщений на участке Земля - ИСЗ 5,725...7,075, 7,9...8,4, 12,5...13,75, 14...14,8, 17,3...18,1, 27,5...31 ГГц.

Если по стандартам наземной связи T-IMT-2000 достигнут в процессе гармонизации опре­деленный компромисс, то в отношении спутниковых сетей еще целый ряд вопросов ждет своего решения. Поэтому в рамках данной книги ограничимся рассмотрением лишь ключе­вых характеристик S-IMT-2000.

При создании спутниковой подсистемы ключевыми требованиями являются: освоение нового S-диапазона частот, разработка эффективных радиоинтерфейсов, обеспечивающих интеграцию спутниковых и наземных систем связи. С помощью спутниковых сетей абонен­там будет предложен расширенный ассортимент услуг:

- голосовая связь и низкоскоростная передача данных (короткие сообщения и элек­тронная почта) со скоростью 2,4-16 кбит/с;

- асимметричные услуги, включающие передачу данных, доступ к базам данных, вы­ход в сеть Internet, при скорости передачи до 144 кбит/с;

• интерактивные мультимедийные услуги (видеотелефония, видеоконференцсвязь) со скоростью до 144 кбит/с.

Скорость передачи в сетях спутниковой связи несколько ниже, чем в наземной свя­зи, т.е. не более 144 кбит/с. Тем не менее, такой пропускной способности вполне доста­точно, чтобы обеспечивать высокоскоростную передачу данных и мультимедиа. Введе­ние новых видов услуг и протоколов будет происходить без предъявления дополни­тельных требований к существующим сетям радиотелефонной связи и передачи данных. Таким образом, спутниковые сети 3-го поколения уже на первой фазе развертывания будут предоставлять практически тот же набор услуг, что и наземные, но в глобальной зоне обслуживания.

Общий подход к разработке стандартов спутниковых систем в рамках проекта S-IMT-2000 несколько отличается от проектирования наземного сегмента T-IMT-2000. Прежде всего, для спутниковой связи выделен только парный диапазон: 1980-2010 МГц («Земля-спутник») и 2170-2200 МГц («спутник-Земля»), т.е. работа в режиме с временным дуплекс­ным разносом (TDD) пока не планируется.

Чтобы обеспечить меньшие затраты пропускной способности на сигнализацию и пе­редачу управляющей информации, длина кадра в спутниковых сетях выбрана больше, а скорость передачи битов управления мощностью ниже, чем в наземных. Один из основ­ных путей наращивания пропускной способности и обеспечения заданной энергетики спутниковых линий - использование высокоэффективных многолучевых бортовых ан­тенных систем. Максимально возможный запас по энергетике, реализуемый в современ­ных системах, как правило, не превышает 20 дБ и реализуется в основном за счет сниже­ния скорости передачи.

Концепция построения систем 3-го поколения может быть реализована в системах с косми­ческими аппаратами (КА) на геостационарной (ГСО) и негеостационарной (НГСО) орбите (табл. 4.8). Несмотря на перегруженность ГСО и наличия большой суммарной задержки (в среднем около 500 мс), эта орбита по-прежнему будет очень привлекательна для связи бла­годаря тому, что она не вносит перерывов в обслуживании. Система из 3-4 спутников на ГСО обеспечивает охват почти всей территории Земли. Однако системы с геостационарны­ми КА будут потенциально эффективны лишь в случае, когда формируемые на поверхности Земли зоны обслуживания будут сравнительно невелики. Прообразом систем будущего мо­жет явиться система Thuraya.

Построение космического сегмента на негеостационарной орбите будет практически совпадать с тем, которое используется в существующих системах 2-го поколения. Европей­ским космическим агентством (ESA) предложено использовать для связи 4 типа НГСО группировок, которые достаточно близки к тем, которые используются в системах Globalstar (LEO), Ellipsо (Borealis), ICO (MEO), Archimedes (НЕО). Переход к негеостацио­нарным орбитам позволяет обеспечить более высокие характеристики обслуживания або­нентов за счет увеличения рабочих углов места и числа КА, находящихся одновременно в зоне радиовидимости абонентского терминала. Особенность негеостационарной орбиты состоит в том, что по мере снижения высоты, с одной стороны, увеличивается энергетический запас в радиолинии, а, с другой стороны, снижается суммарная длительность сеансов связи и увеличивается доплеровский сдвиг частоты.

Варианты построения орбитальной группировки для систем 3-го поколения (ESA)

Обозначение орбиты	LEO	НЕО		МЕО	НЕО	GEO
Тип орбиты	Круговая	Borealis		Круговая	Archimedes	Круговая
Число КА	48	8	6	10	6	4
Высота орбиты, км (апогей/перигей), км	1414	7846/520	7846/ 4223	10355	26784/1000	36000
Наклонение, град	52	116	0	45	63,4	0
Число плоскостей на КА в каждой плоскости	8 x 6	2 x 4	1 х 6	2 x 5	6 х 1	1 х 4
Высота переключения с захо­дящего на восходящий КА, км	—	7303		—	20500	—
Минимальный угол места, град	10	20		10	40	20
Диаметр зоны, км	5850	11340		12900	13380	15900
Число лучей	19	61		169	61	160
Ширина луча, град	21,5		5,5	2,9	2,3	0,94
Максимальная задержка при распространении, мс	11,7	38,2		48	101,8	131,9
Разброс по задержке, мс	6,95	14,1		13,4	33,4	12,6
Доплеровский сдвиг частоты, кГц	36,6	20,0		10,3	14,6	—
Время пребывания в ближнем луче, с	97	720		334	9500	Пост.
Время пребывания в дальнем луче, с	356	1040		1258	9870	Пост.

Первоначально в ITU поступили на рассмотрение пять проектов (рис. 4.4), которые мож­но разделить на две группы. Первая из них основана на использовании технологи ТDМА: Horizons (Inmarsat), ICO RTT (ICO Global Communications), а другая создается на базе CDMA: SAT-CDMA (Южная Корея), SW-CDMA и SW-CTDMA (ESA). Несколько позже был заявлен еще один проект INX (Iridium Next Generation), подготовленный компанией Motorola.

Стратегический план Казкосмоса на 2009–2011 годы предусматривает интеграцию отдельных, разрозненных компонент космической деятельности в виде стратегических направлений формирования полноценной космической отрасли, а именно: – создание целевых космических систем и их использование; – развитие комплекса "Байконур" и средств выведения космических аппаратов; – развитие научной и экспериментальной базы космической деятельности; – институциональное обеспечение космической деятельности. Казахстанские специалисты провели достаточно объемную работу по реализации этих стратегических направлений. Для создания целевых космических систем и технологий реализуются такие проекты: создание и запуск космических аппаратов связи и вещания серии KazSat; Национальной космической системы дистанционного зондирования Земли; системы высокоточной спутниковой навигации; строительство и оснащение сборочно-испытательного комплекса космических аппаратов; развитие Национальной системы космического мониторинга. Есть такая мудрая пословица: не ошибается только тот, кто ничего не делает. Безусловно, в том, что первый спутник связи и вещания KazSat-1 вышел из строя, есть ряд объективных причин. Но сегодня прилагаются максимум знаний и усилий для исправления ошибок "предшественников" и недопущения повтора чрезвычайной ситуации в дальнейшей работе. Были приняты меры по модернизации системы управления, повышению надежности создаваемого второго спутника серии KazSat – осуществлена замена командных приборов российского производства на приборы западноевропейских производителей. Также путем преодоления многих трудностей были внесены изменения и дополнения в подписанный контракт, позволившие увеличить долю ответственности разработчика при наступлении страхового случая после запуска спутника и передачи его в эксплуатацию. Работы в этом году успешно завершаются, а это очень ответственные 20 процентов всего объема работ. Запуск создаваемого KazSat-2 запланирован на 2011 год. Также планируется создание третьего спутника этой серии. На сегодняшний день разработано технико-экономическое и финансово-экономическое обоснование проекта создания и запуска спутника связи KazSat-3 и Техническое задание на его создание.

Модуль 4 – «Перспективы наноэлектроники, функциональной электроники»