Введение

В зависимости от параметров орбиты спутников спутниковые системы делятся на три вида:

• геостационарная спутниковая система,

• системы, работающие с низкоорбитальными спутниками,

• системы, работающие со среднеорбитальными спутниками.

Геостационарные спутники, обеспечивающие работу первой разновидности спутниковых систем, располагаются на высоте около 36 000 км от поверхности Земли. Геостационарная спутниковая система удобна тем, что обеспечивает охват связи более 90% поверхности Земли и не требует организации межспутниковой связи.

Геостационарные спутники.

Вывод на геостационарную орбиту спутника требует больших объемов топлива и сложного маневрирования. Так как геостационарная орбита выше других, то для охвата почти всей территории земного шара требуется около восьми спутников, однако для связи с ними необходимо оборудование большей мощности.

Низкоорбитальные спутники.

Эти космические аппараты летают на высоте 500-2000 км. «Созвездия» низкоорбитальных спутников состоят, как минимум, из 48 спутников, причем все они должны быть запущены до начала коммерческой эксплуатации системы.

Среднеорбитальные спутники.

Высота орбиты - 10 000-20 000 км. Эти спутники вносят меньшие задержки передачи сигнала, чем геостационарные, но для охвата всей территории Земли их требуется больше (около 20). Круговая задержка передачи сигнала (от одного абонента к другому и обратно) в среднеорбитальных системах равна примерно 0,25 с.

Геостационарные и низкоорбитальные спутники связи

Спутник связи — искусственный спутник Земли, специализированный для ретрансляции радиосигнала между точками на поверхности земли, не имеющими прямой видимости.

Спутник связи, принимает спектр частот с сигналами наземных станций, направленных на него, усиливает и излучает обратно на Землю. Применяя различные виды модуляции, через спутник можно передавать как цифровую информацию, так и аналоговые сигналы. Большинство спутников имеют несколько передатчиков — транспондеров, каждый из которых покрывает некоторую полосу частот. Типовые диапазоны также, транспондеры различаются поляризацией с которой они работают. Спутники размещаются в трёх зонах, обусловленных существованием поясов Ван Аллена. Геостационарные спутники располагаются над Землёй на высоте 35786 км, средневысотные спутники занимают диапазон от 5000 до 15000 километров, для покрытия всей земной поверхности таких спутников требуется около 10, такие спутники нашли применение в системе GPS; завершают классификацию низкоорбитальные спутники, которых для покрытия связью всей Земли нужно не менее пятидесяти. Связь с космическими телами на орбите Земли (в том числе и в спутниковом телевидении) производится преимущественно в диапазонах L, C, Ku и Ка (см. таблицу).

Название	Диапазон, ГГц		Применение
	Линия "спутник-Земля"	Линия "Земля-спутник"
L	0,39-1,55	1,61-1,71	Подвижная спутниковая связь
С	3,4-5,25	5,725-7,075	Фиксированная спутниковая связь
Ku	10,7-12,57	12,7-14,8	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka	15,4-27,5	27,00-50,2	Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Спутники являются широковещательными средствами связи. Передача сообщения через спутник на несколько тысяч станций, находящихся в пределах пятна вещания транспондера, стоит столько же, сколько и передача сообщения на одну станцию. Для некоторых приложений такое свойство чрезвычайно полезно. И хотя широковещание может быть симулировано в системах, использующих линии связи "точка-точка", широковещание со спутника значительно дешевле. Однако с точки зрения безопасности и конфиденциальности спутники являются не самым надежным каналом связи: передачи со спутника может слышать кто угодно. В данном случае может помочь только шифрование. Геостационарный спутник - спутник, который располагается на высоте 35786 км над экватором и обеспечивает непрерывность передачи данных. Геостационарная орбита (ГСО) — круговая орбита, расположенная над экватором Земли (0° широты), находясь на которой, искусственный спутник обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси, и постоянно находится над одной и той же точкой на земной поверхности. Геостационарная орбита является разновидностью геосинхронной орбиты и используется для размещения искусственных спутников (коммуникационных, телетрансляционных и т. п.). Спутник должен обращаться в направлении вращения Земли, на высоте 35 786 км над уровнем моря. Именно такая высота обеспечивает спутнику период обращения, равный периоду вращения Земли. Спутник, находящийся на геостационарной орбите, кажется неподвижным из любой точки на поверхности Земли. В результате, неподвижно закреплённая направленная антенна может сохранять постоянную связь с этим спутником. Большинство спутниковых сетей VSAT обслуживаются геостационарными спутниками. Связь через геостационарный спутник не имеет перерывов в обслуживании, обусловленных взаимным перемещением спутника и наземной станции, а система из трех спутников обеспечивает охват практически всей территории земной поверхности. Геостационарный спутник оснащается 12-20 транспондерами, с полосами частот шириной от 36 до 50 МГц. Транспондер с пропускной способностью в 50 Мбит/с может использоваться для передачи одного канала со скоростью 50 Мбит/с или 800 цифровых голосовых каналов с пропускной способностью в 64 кбит/с, либо других комбинаций. Кроме того, два транспондера могут работать в одном и том же частотном диапазоне, используя волны с перпендикулярной поляризацией.

Преимущества систем спутниковой связи на основе спутников с ГСО:

• Отсутствие перерывов связи из-за взаимного перемещения КА и пользовательского терминала во время сеанса связи

• Охват связью 95% поверхности Земли системой, состоящей всего из 3 геостационарных спутников

• Отсутствие необходимости в организации межспутниковой связи (в отличие, например, от низкоорбитальных систем)

Недостатки систем спутниковой связи на основе спутников с ГСО:

• Высокая стоимость космического сегмента и наземной инфраструктуры

• Большие задержки в распространении сигнала.

Спутники на геостационарных орбитах оптимальны для систем радио- и телевизионного вещания, где задержки в 250 мс (в каждом направлении) не сказываются на качественных характеристиках сигналов. Системы радиотелефонной связи более чувствительны к задержкам, а поскольку суммарная задержка в системах данного класса составляет около 600 мс (с учетом времени обработки и коммутации в наземных сетях), даже современная техника эхоподавления не всегда позволяет обеспечить связь высокого качества. В случае "двойного скачка" (ретрансляции через наземную станцию-шлюз) задержка становится неприемлемой уже более чем для 20% пользователей. Архитектура геостационарных систем ограничивает возможность повторного использования выделенных полос частот, а следовательно, их спектральную эффективность. Зона охвата геостационарных КА не включает в себя высокоширотные районы (выше 76,50 с.ш. и ю.ш.), т. е. действительно глобальное обслуживание не гарантируется. Орбитальный ресурс современных геостационарных КА достаточно высок и составляет 12 - 15 лет.

Низкоорбитальный спутник - спутник, который запускается на орбиту до 1000 км со временем вращения вокруг земли 1.5-2 часа. Низкоорбитальные спутники связи позволяют получать на земле сильный сигнал. В системах передачи данных используются комплексы низкоорбитальных спутников, в которых с каждой абонентской системой взаимодействует цепочка летящих один за другим спутников. Низкоорбитальная группировка может содержать от одного до нескольких десятков малых спутников массой до 500 кг. Для охвата связью большой территории Земли применяют орбиты, на которых могут находиться несколько КА, лежащие в различных плоскостях. Эффективный прием сигнала геостационарным спутником сопряжен со значительным усложнением КА, развертыванием больших антенн и точным их позиционированием. Для низкоорбитальных спутниковых систем длина радиолиний во много раз меньше, и проблема создания многолучевых антенн менее остра. Ситуация на рынке телекоммуникаций в настоящее время такова, что даже странах с развитой инфраструктурой связи около 35% услуг предоставляется низкоорбитальными спутниковыми системами. До 90-х годов прошлого века низкоорбитальные спутники очень редко использовались для связи, поскольку они очень быстро появляются и скрываются из виду. Спутники должны были размещаться на круговых полярных орбитах на высоте 750 км над поверхностью земли. Они должны были образовать вытянутые с севера на юг цепочки или ожерелья, со спутником через каждые 32 градуса широты. Шесть таких ожерелий должны были покрыть всю поверхность Земли. Связь между спутником и наземным устройством должна была поддерживаться в частотном диапазоне L, около 1,6 ГГц.  Сообщения, получаемые одним спутником, но адресованные удаленному спутнику, ретранслируются между спутниками в диапазоне Ка. В космосе связь между спутниками обладает достаточной пропускной способностью. Ограничением пропускной способности всей системы служат каналы связи спутников с Землей.  Системы подвижной связи могут использоваться для организации связи с самыми разными типами терминального оборудования, в том числе размещаемого на воздушных, морских и наземных подвижных средствах.

Низкоорбитальные спутниковые системы глобальной связи можно разделить на два типа, отличающиеся набором предоставляемых услуг и сложностью технической реализации: 1) системы пакетной передачи данных; 2) системы радиотелефонной связи, предоставляющие, кроме услуг систем первого типа, возможность обмена речевой информацией в телефонном режиме. Системы пакетной передачи данных предназначены, как правило, для передачи любых данных в цифровом виде с небольшими скоростями - от нескольких сотен бод до нескольких десятков кбод. Во многих случаях этих систем можно отказаться от непрерывности обслуживания и не предъявлять жестких требований по оперативности доставки сообщений. Назначение низкоорбитальных систем радиотелефонной связи — передача речевых сообщений с использованием персональных радиотелефонов. При этом обслуживание абонентов должно быть непрерывным и в реальном масштабе времени. Низкоорбитальные спутниковые системы глобальной связи можно разделить на два типа, отличающиеся набором предоставляемых услуг и сложностью технической реализации: Важнейшая особенность современных низкоорбитальных систем – большой выбор предоставляемых услуг. У разных операторов виды услуг могут отличаться, но их набор обычно включает: – телефонную связь; – факсимильную связь; – передачу данных (в том числе высокоскоростную); – электронную почту; – службу коротких сообщений (SMS); – пейджинг. – определение местоположения К системам персональной спутниковой радиотелефонной связи относятся Globalstar, Iridium, «Гонец-Р», «Сигнал», «Курьер», и др. Спектр услуг, предоставляемых операторами этих систем, примерно одинаков. Он определяется оконечным устройством пользователя (телефон, факс, пейджер) и может дополняться роумингом.