4.2. Технічні засоби доступу до супутникових систем зв’язку.
В даний час спостерігається бурхливий розвиток систем супутникового зв'язку (ССЗ), що пов'язано в основному із впровадженням систем зі станціями з малою апертурою антен (VSAT-Very Small Aperture Terminal) і розгортанням ССЗ на низьких і середніх орбітах - таких як Globalstar, Orbcomm, ICO , Odyssey, Teledesic і ряду інших. Все це призвело до появи широкої номенклатури обладнання для ССЗ, зокрема, і модемів. Розглянемо склад і типову конфігурацію ССС на прикладі мережі VSAT (мала супутникова наземна станція, тобто термінал з маленькою антеною (менше 2,5 м), для якої застосовується спрощена процедура одержання дозволів на частоти. Застосовується в ССЗ з початку 90-х років).
Мережа VSAT може складатися з декількох наземних станцій (НС) супутникового зв'язку, одна з яких є центральною (HUB), а інших абонентських VSAT-терміналів. Розміри антен VSAT-терміналів складають зазвичай від 0,5 до 1,8 м. Розмір антени разом з частотним діапазоном визначає енергетику супутникового каналу. VSAT-термінал Ка-діапазону (18-31 ГГц) зазвичай оснащуються антенами діаметром 0,5-0,6 м; в Кі-діапазоні (11-18 ГГц) 1,0-1,5 м і в С-діапазоні (3,7-6,5 ГГц) - 1,2-1,8 м. Для наземних станцій з діаметром антен менше 0,5 м використовується позначення USAT (Ultra Small Aperture Terminal). Конкретна конфігурація і склад ССС визначаються як цільовим призначенням системи, так і реалізованими принципами, методами і протоколами організації зв'язку в ній. Загальна тенденція побудови ССЗ полягає в реалізації все більш гнучких і ефективних методів розподілу використовуваного ресурсу пропускної здатності супутникового ретранслятора. Якщо перші ССС будувалися за принципом закріплених каналів, то зараз, як правило, реалізують методи централізованого або децентралізованого надання супутникових каналів на вимогу (DAMA - Demand Assignment Multiple Access) або методи множинного (багатостаціонарного) доступу. При цьому використовується один з трьох базових методів множинного доступу або їх комбінація:
МДЧР - множинний доступ з частотним розділенням (FDMA - Frequency Division Multiple Access);
МДТП - множинний доступ з тимчасовим поділом (TDMA - Time Division Multiple Access);
МДКП - множинний доступ з кодовим поділом (CDMA - Code Division Multiple Access).
Склад наземної станції. Узагальнений варіант складу сучасної НС має вигляд.
Модем
Мульти-плексор
fп
fприйом
МШП
Наземна станція складається з внутрішнього (IDU) і зовнішнього (ODU) радіочастотних блоків. У свою чергу, радіочастотний блок складається з антени, конвертора перетворення частоти вгору/вниз, підсилювача потужності, малошумлячого підсилювача і блоку живлення. Конвертер, підсилювач потужності і малошумлячий підсилювач можуть бути виконані у вигляді одного пристрою, який також називають конвертером. Конвертор перетворює сигнал на проміжній частоті (ПЧ) 70±18 або 140±36 МГц, в сигнал необхідного діапазону передачі і назад. Найчастіше використовуються діапазони 6/4 ГГц (C-band), 14/11ГГЦ (Ku-band) та 1,6/1,5 ГГц (L-band). Останній застосовується в ССЗ рухомого зв'язку, наприклад Inmarsat. Внутрішній блок складається головним чином з модему, а також може включати до складу мультиплексор даних які передаються, джерела живлення і інших функціональних блоків. Часто весь внутрішній блок називають супутниковим модемом. Зовнішній і внутрішній блоки з'єднуються одним або декількома коаксіальними кабелями для передачі сигналів ПЧ і можливо силовим кабелем для подачі живлячої напруги для зовнішнього блоку (часто живлення подається по тому ж коаксіальному кабелю).
Супутниковий модем призначений для перетворення цифрового, як правило, сигналу, що надходить від каналостворюючої апаратури (мультиплексорів, апаратури передачі даних, мовоперетворюючих пристроїв і т.д.), в модульований радіосигнал на ПЧ і для зворотнього перетворення радіосигналу ПЧ в вихідний інформаційний, а також для реалізації необхідного методу множинного доступу до ресурсу супутника-ретранслятора.
До складу типового супутникового модему входять наступні блоки: модулятор і демодулятор (модем), кодер і декодер (кодек), інтерфейси, контролер управління і панель управління. Інформація, що передається через блок інтерфейсів подається спочатку на кодер, де проводиться її скремблюровання і завадостійке кодування, а потім на модулятор, що формує модульований сигнал. У приймальній частині модему здійснюється демодуляція і декодування прийнятого інформаційного потоку.
вихід
Інтерфейс
Панель
керування
Контролер
керування
модулятор
демодулятор
кодер
декодер
Інструмент
введення виведення даних
Порт
контролю та керування
вхід
Рис. 3.5
Технічні характеристики супутникових модемів. Сучасні супутникові модеми працюють в різних діапазонах частот, мають можливість перебудови і установки основних параметрів, включаючи робочу частоту, коефіцієнт підсилення, вихідну потужність, тип модуляції, швидкість кодування, тип скремблювання, розміри буферів для даних і т.д. Величини цих параметрів можуть змінюватися з малим кроком у широкому діапазоні значень. Практично будь-який сучасний модем має систему вбудованих процесорів з розвиненим програмним забезпеченням, що дозволяє змінювати конфігурацію модему за допомогою його панелі управління або через його порт контролю і управління. В останньому випадку до цього порту підключається ПК або контролер НС, що забезпечує віддалене конфігурування модемів у складі цієї НС з центральної керуючої станції ССЗ. Супутникові модеми мають широкі можливості самодіагностики і самотестування, можуть зберігати інформацію про всі зміни в своїй конфігурації, а також про збої і неполадки в роботі.
За конструктивним виконанням сучасні супутникові модеми можна розділити на групи:
- окремі закінчені пристрої, призначені для використання у складі будь НС, з широким спектром зовнішніх радіочастотних блоків інших виробників;
- замінні пристрої, інтегровані в єдину систему, які можна використовувати у складі НС інших виробників;
- підсистеми канальних блоків, які об'єднують у своєму складі, крім основних елементів модему, мовоперетворюючі пристрої, модулі для з'єднання з кінцевим обладнанням.
За максимальної швидкості передачі/прийому інформації можна виділити три основні групи супутникових модемів:
- низькошвидкісні з максимальною швидкістю до 2048 Кбіт/с, що дозволяють організовувати стандартні канали зі швидкостями 16, 24, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 і 2048 кбіт/с;
- середньошвидкісні з максимальними швидкостями 2048-8448 кбіт/с;
- високошвидкісні з максимальною швидкістю вище 8448 кбіт/с, що дозволяють організовувати канали, наприклад, зі швидкостями 51,840, 69,632, 139,264 і 155,52 Мбіт / с режиму DAMA, пов'язані з необхідністю оперативного перебудування несучих частот.
Супутникові модеми також класифікуються по підтримуваному методом множинного доступу. Модеми, що реалізують МДЧР, як правило, не мають окремої назви. Сам метод МДЧР не є ефективним і створює серйозні труднощі при реалізації.
Супутникові модеми, що працюють згідно з методом МДВР, часто носять назву пакетних модемів. Вони передають дані короткими пакетами в межах свого тимчасового вікна (time slot), займаючи частотний канал (несучу) тільки на час передачі цих коротких пакетів.
Супутникові модеми, що працюють згідно з методом МДКР, використовують шумоподібні сигнали (ШПС). Такі сигнали діляться на два типи: на основі модулювання несучого коливання безперервної псевдовипадковою послідовністю - ФМ-ШПС або DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) і на основі псевдовипадкової перебудови робочої частоти-ППРЧ або FHSS (Frequency Hopped Spread Spectrum). Застосування ШПС обумовлено необхідністю забезпечення електромагнітної сумісності різних радіотехнічних систем, підвищення пропускної спроможності і іноді (для військових ССЗ) забезпечення скритності і високої перешкодозахищеності. Крім того, ШПС знайшли застосування в локальних радіомережах (стандарт ІЕЕЕ 802.11), а також в стільникових системах зв'язку другого (CDMA IS-95) і третього поколінь.
Інтерфейсний блок супутникового модему може забезпечити функціонування великої кількості різноманітних портів. Для забезпечення телефонного зв'язку можлива підтримка підключення обладнання для обробки мови ІКМ (імпульсно-кодова модуляція) або ДІКМ (диференціальна ІКМ) зі швидкостями 64 або 32,24,16 кбіт/с відповідно. В інших випадках передача даних, організація відеозв'язку, підключення ЛВС можливі шляхом використання інтерфейсів V.35, RS-449, RS-232 або інших.
З метою зменшення вартості НС модем часто застосовується для виконання додаткових функцій, таких як формування сигналу наведення антени НС.
Одним з важливих параметрів супутникових модемів, що впливають на вартість виготовлення і експлуатації, є їх надійність. У сучасних супутникових модемів час напрацювання на відмову дорівнює приблизно 30 тис. годин, що при відсутності підвищених вимог до надійності НС дозволяє обходитися без їх резервування.