662_Nosov_V.I._Obespechenie_ehlektromagnitnoj_sovmestimosti_

V 2

Fц кр , (1.47)

Rз h

где Vкр – скорость движения спутника по круговой орбите.

Спутник удерживается на орбите, когда согласно второму закону Ньютона

Отсюда скорость движения по круговой орбите, км/с, определяется выражением

Из (1.49) следует, что при h = 0 круговая скорость гипотетического спутника, движущегося по круговой орбите с радиусом равным радиусу земли V0 = 7,9 км/с.

Период обращения ИСЗ на круговой орбите Ткр, с, определяется по фор-

муле

Из (1.50) следует, что при h = 0 период обращения гипотетического спутника, движущегося по круговой орбите с радиусом равным радиусу земли Т0 =

84,4 мин.

Продолжительность и вероятность поддержания сеансов связи.

Продолжительность сеанса связи

i Vв

где Lв — длина части витка, видимая одной ЗС в зоне обслуживания; Vв - скорость движения ИСЗ на этой части витка.

62

Значение Lв одинаково на всех витках, когда ИСЗ движется по экватори-

альной орбите. При движении ИСЗ по наклонным орбитам 0 < Lв < Lв max. Для витка, который не попадает в зону обслуживания Lв = 0. За длительный период

наблюдения суммарная продолжительность сеансов связи

Среднее значение вероятности связи через один ИСЗ

где Тн – период наблюдения.

Вероятность того, что за время наблюдения в зоне обслуживания не появится ни один спутник

Если ИСЗ распределены в пространстве случайно и появляются в зоне обслуживания независимо, то вероятность того, что в этой зоне нет ни одного ИСЗ

где n – число ИСЗ, необходимое для поддержания заданной вероятности

связи

Отсюда определяется необходимое число ИСЗ:

В глобальных спутниковых системах взаимное расположение ИСЗ детерминировано. Поддерживаются заданные угловые расстояния, как между орбитальными плоскостями, так и между ИСЗ в одной плоскости. В глобальных системах связи часто используется понятие связность в глобальном масштабе.

63

Это понятие определяет возможность соединения абонентов, расположенных в общей или разных зонах обслуживания.

Связность означает, что между абонентами теоретически существует (не обязательно используется) непрерывный или квазинепрерывный канал связи. Поэтому абоненты должны находиться в зоне, в которой виден по меньшей мере один ИСЗ. Связность в глобальном масштабе поддерживается, когда число ИСЗ в орбитальной группировке

где P 2 / 3 - число орбитальных плоскостей;

P 2 / 3 -число ИСЗ в одной плоскости.

Формула (11.21) позволяет определить примерное число ИСЗ, без учета особенностей структуры сети применительно к географическим районам Земли. При однократном покрытии поверхности Земли в орбитальной группировке на низкой орбите высотой Hleo = 1000 км должно быть не менее 60 ИСЗ. Покрытие считается двукратным, если в течение 90 – 95 % времени видны одновременно

два ИСЗ. На средневысотных орбитах (Hmeo = 10000 км) для двукратного покрытия нужно 10 – 12 ИСЗ.

1.8. Диапазоны частот, используемые в ССС

Диапазоны частот. Возникновение и быстрое развитие различных ССС, вещания, подвижной связи и др. поставили ряд новых проблем как междуна- родно-правового, так и технического характера. Рассмотрением основополагающих вопросов правового характера занимается ООН, а необходимые технические правила и процедуры, регламентирующие использование диапазона частот и позиций на орбите, вырабатываются специальным учреждением ООН - Международным союзом электросвязи (МСЭ).

Впервые вопрос использования полос частот для космических радиослужб рассматривался в МСЭ уже через два года после запуска в СССР первого ИСЗ на Всемирной административной конференции радиосвязи (ВАКР) в 1959г. В 1963г. ВАКР распределила новые полосы частот и впервые разработала специальные процедуры их использования, предусматривающие регистрацию в Международном комитете регистрации частот (МКРЧ).

Распределение частот несколько различается в разных районах Земного шара. Регламент радиосвязи делит всю территорию земного шара на три района:

64

-Европа, Африка, территория бывшего СССР и Монголия;

-Северная и Южная Америка;

-Азия, Океания, Австралия.

Таблица распределения частот Регламента радиосвязи содержит записи полос частот для использования определенными радиослужбами в пределах от 9 кГц до 475 ГГц. Основные диапазоны частот принято обозначать латинскими буквами и указывать их граничные значения. Применительно к ССС «прижились» и широко используются условные буквенные обозначения диапазонов частот, введенные из соображений секретности еще в годы Второй мировой войны. В таблице 1.6 приведены диапазоны частот, используемые для различных систем спутниковой связи.

Таблица 1.6. – Диапазоны частот для спутниковой связи

Изначально буквенное обозначение – K-диапазон было присвоено полосе частот 18-27 ГГц. Однако обнаружение значительного поглощения радиосигналов в атмосфере Земли на частоте 22,3 ГГц, обусловленного резонансными явлениями в молекулах водяного пара, исключило возможность использования частот вблизи этого резонанса.

В результате были введены обозначения Ku-диапазон (К — under, диапазон под диапазоном К) и Ka-диапазон (К — above, диапазон над диапазоном К). Распространены также и цифровые обозначения используемых в ССС диапазонов частот, представляющие средние округленные значения частот приёма/передачи спутником-ретранслятором. Так, С-диапазону соответствует диапазон 6/4 ГГц (рабочая частота радиолиний «вверх» около 6 ГГц, а «вниз» — 4 ГГц,), Ku-диапазону - 14/12 ГГц, Ka-диапазону 30/20 ГГц, а Q/V-диапазону -

50/40 ГГц.

Распространены также и цифровые обозначения используемых в ССС

диапазонов частот, представляющие средние округленные значения частот приёма/передачи спутником-ретранслятором. Так, С-диапазону соответствует обозначение 6/4 ГГц (рабочая частота радиолиний «вверх» около 6 ГГц, а «вниз» – 4 ГГц), Кu-диапазону – 14/12 ГГц, Ка-диапазону – 30/20 ГГц, а Q/V- диапазону – 50/40 ГГц.

65

Выбор рационального диапазона частот во многом определяется назначением сетей (типом спутниковой службы). Указанное обстоятельство учитывается в распределении полос частот для спутниковых служб, регламентированном в [4]. Диапазоны частот, выделенные для организации спутниковых каналов связи, приведены в таблице 1.7.

На практике вопросы выбора и получения частотного ресурса для ССС

носят не только чисто технический, но в значительной мере и административ- но-политический и правовой характер. Поэтому введены специальные процедуры присвоения и использования полос частот.

На начальной стадии развития ССС предпочтение отдавалось L-, S- и С- диапазонам, соответствующим «радиоокну прозрачности» земной атмосферы, расположенному ориентировочно в пределах от 1 ГГц до 10 ГГц [5]. Однако L- и S-диапазоны уже были основательно заняты другими радиослужбами, поэтому для нужд спутниковой связи в этих диапазонах были выделены полосы частот, не превышающие в сумме нескольких десятков МГц, что не позволяло достичь необходимой пропускной способности ССС.

Поэтому первым выбором стал С-диапазон, который достаточно широко используется и до настоящего времени. Недостатком диапазона 6/4 ГГц является возможность создания взаимных помех между ССС и наземными радиорелейными линиями связи. По этой причине, в частности, была достаточно жестко регламентирована плотность потока мощности радиосигналов СР у земной поверхности.

По мере постепенного насыщения L – диапазона и прогресса в области производства СВЧ-компонентов радиоэлектронной аппаратуры началось освоение Кu-диапазона. В этом диапазоне можно использовать антенны меньших размеров, лучше условия электромагнитной совместимости с другими радиослужбами, но проявляется, хотя и не в очень сильной степени, влияние состояния земной атмосферы на поглощение и рассеяние радиосигналов, что требует определенного энергетического запаса радиолиний связи.

Тем не менее Ku-диапазон давно апробирован на практике, технология производства аппаратуры отработана и в настоящее время диапазон 14/12 ГГц используется большинством из действующих СР. В последние годы идет достаточно интенсивная подготовка к использованию Ка- и Q/V-диапазонов.

Таблица 1.7. – Диапазоны частот и виды служб для спутниковой связи

Диапазоны Ка (30/20 ГГц) и Q/V (50/40 ГГц) в значительной степени подвержены влиянию состояния атмосферы Земли. Затухание радиосигналов в дожде может достигать 25 дБ и более, что требует для нормального функционирования ССС значительного энергетического запаса и не позволяет работать при углах возвышения ЗС менее ориентировочно 30°, ограничивая, тем самым, область обслуживания. Технология радиоаппаратуры Ка -диапазона недостаточно апробирована, что увеличивает степень риска проектов ССС.

Тем не менее, несмотря на отмеченные недостатки, абсолютное большинство перспективных проектов ССС предусматривает в самом ближайшем будущем работу в Ка -диапазоне. Основными побудительными мотивами использования диапазона 30/20 ГГц, з недалекой перспективе и 50/40 ГГц, являются следующие:

доступность для нужд спутниковой связи Ка и Q/V -диапазонов значительной полосы частот позволяет разворачивать широкополосные и сверхширокополосные ССС со скоростью передачи информации в каналах связи, достигающей сотен Мбит/с, и с общей пропускной способностью сети несколько Гбит/с;

просто решаются вопросы электромагнитной совместимости и имеется возможность работы при более высокой излучаемой мощности, поскольку диапазон 20 ГГц и выше наземными радиослужбами практически не используется; работа с более высоким уровнем выходной мощности допускает применение антенн ЗС заметно меньших размеров, чем в более низкочастотных диапазонах, что создает удобство для пользователей и позволяет уменьшить стои-

мость пользовательского оборудования;

67

в странах с высокоразвитой национальной информационной инфраструктурой С – и Ки – диапазоны полностью загружены существующими ССС

1.9. Типы служб ССС

В зависимости от назначения системы СС и типа земных станций регламентом МСЭ различаются следующие службы:

фиксированная спутниковая служба — ФСС {FSS — Fixed Satellite

Service};

подвижная спутниковая служба — ПСС {MSS — Mobile Satellite Ser-

vice};

широковещательная спутниковая служба — ШСС {BSS — Broadcast Satellite Service}.

Фиксированная спутниковая служба предназначена для обеспечения связи между стационарными станциями, расположенными в определенных фиксированных пунктах. Кроме того, для организации магистральных каналов большой протяженности и региональной (зоновой) связи, построения корпоративных сетей, а также распределения телевизионных программ. Развитие ФСС идет по направлениям увеличения срока службы ИСЗ, повышения точности удержания ИСЗ на орбите, разработки и совершенствования многолучевых антенн, а также возможности работы на антенны земных станций малого диамет-

ра (1,2...2,4 м) (системы VSAT).

Услуги ФСС предоставляют пять крупных международных организаций и около 50 региональных и национальных компаний. К наиболее значительным коммерческим системам фиксированной службы относятся Intelsat, Intersputnik, Eutelsat, Arabsat и AsiaSat. Так же можно отметить отечественные системы СС «Экспресс», «Радуга». [8].

Подвижная спутниковая служба (ПСС) предназначена для связи между подвижными станциями, размещаемых на транспортных средствах (самолетах, морских судах, автомобилях и пр.)

В силу международного характера работы транспорта для его управления создаются международные системы глобальной спутниковой связи, например система морской спутниковой связи Inmarsat, которая введена в действие в 1982 г. Она содержит геостационарные спутники, расположенные над Атлантическим, Индийским и Тихим океанами; береговые станции, установленные на различных континентах; разветвленную сеть судовых станций различных стандартов.

Успехи в космических технологиях последних лет, а также достижения в микроэлектронике, появление эффективных алгоритмов параметрического компандирования речевых сигналов, разработка лазерных линий межспутниковой связи вызвали большой интерес к использованию легких низколетящих

68

ИСЗ для ПСС. Поддержание большой (десятки аппаратов) группировки ИСЗ на низко-высотной орбите (НВО) для обеспечения непрерывности связи оказывается экономически целесообразно, во-первых, ввиду упоминавшейся выше относительно малой стоимости вывода спутника на НВО и, во-вторых в связи с возможностью создания систем с малогабаритными абонентскими станциями, имеющими изотропные антенны.

Различают два типа СС с НВО. В наиболее простых из них пакеты информации передаются через ИСЗ-ретранслятор непосредственно или с задержкой на время пролета по трассе. Второй тип систем обеспечивает непрерывную связь. Зоны радиовидимости отдельных ИСЗ объединяются в единое информационное пространство. Примером такой системы служит международный проект Iridium, возглавляемый фирмой Motorola. В его состав входит 66 ИСЗ.

В зависимости от типа станции ПСС они подразделяются на морскую -

МПСС {MMSS - Maritime Mobile Satellite Service), воздушную ВПСС {AMSS – Airborne Mobile Satellite Service} и сухопутную – СПСС {LMSS – Land Mobile Satellite Service}. Первая глобальная сеть мобильной радиотелефонной связи и геостационарный СР Marisat разработаны компанией Comsat середине 70-х годов, то есть значительно позднее, чем системы ФСС. Это было связано с тем, что энерговооруженность подвижных объектов существенно ниже, чем стационарных, а также с более сложными условиями эксплуатации этих объектов.

Новой спутниковой службой, является персональная подвижная спутниковая служба (ППСС). Такие ССС ориентированы на предоставление персональной радиотелефонной и пейджинговой связи с использованием терминалов типа «трубка в руке» в глобальном или региональном масштабах. Тенденцией построения таких систем является объединение в общую сеть спутниковых и наземных сотовых сетей различных стандартов (GSM, AMPS, CDMA), а также предоставление дополнительно максимально возможного набора услуг по передаче данных, телексов, факсимильных сообщений, определения местоположения и т.д.

Широковещательная спутниковая служба предназначена для непосред-

ственной передачи радио- и телевизионных программ на терминалы, находящиеся у абонентов. Все системы телерадиовещания строятся на базе спутников на геостационарной орбите. В этой области телекоммуникаций, где основное требование к системе – сплошное покрытие обслуживаемых территорий, преимущества ГССС перед другими средствами связи проявляются в наибольшей степени.

Непосредственная спутниковая трансляция телевизионных и радиопрограмм на индивидуальные пользовательские приемные установки позволяет одновременно передавать с высоким качеством несколько сотен программ. Перспективно также и интерактивное телевидение, которое позволяет удовлетворить индивидуальные запросы пользователей путем трансляции по спутниковым каналам заказных телепрограмм, а также предоставить возможность интерактивного общения в процессе телепередач. Продолжением развития этого

69

направления является непосредственное спутниковое вещание на компьютеры

(служба Direct PC).

Так же можно выделить широкополосные ССС, которые предназначены для передачи высококачественной речи, высокоскоростных потоков данных, мультимедийных и интернет-приложений, а также предоставления других видов услуг. Они могут быть построены как на базе геостационарных, так и на базе негеостационарных орбит [4, 5]

Примеры ССС различных спутниковых служб приведены в таблице 1.8.

Таблица 1.8. – ССС различных спутниковых служб

70