Суисcи Седки sedki_2005@yahoo.fr

Донецкий Национальный Технический Университет.
Факультет КИТА.

Кафедра АТ.
Специальность "Телекоммуникационные системы и сети".

Тема Магисторской Работы - "методека оценки уровня ослабления сигнала на входе приемника наземной станции спутниковых каналов связи".

В последнее время ССС интенсивно и быстро разви-ваются. В мире создано и создается большое число ССС, различающихся решае-мыми прикладными задачами, масштабами, количеством и качеством используе-мого оборудования, пропускной способностью. Широкое распространение спутниковых сетей связи обусловлено следующими их уникальными свойствами [1]:
1. Обеспечение области обслуживания значительных размеров, вплоть до глобальной, полностью охватывающей поверхность Земли.
2. Возможность расширения интерфейса между пользователями и сетью, благодаря обслуживанию отдаленных, малонаселенных и труднодоступных территорий, где развертывание наземных сетей связи экономически не оправдано, либо просто невозможно. С этой точки зрения ССС могут играть дополняющую роль по отношению к наземным сетям.

3. Простота обеспечения широковещательного и многоадресного (циркулярного) режимов передачи.

4. Обеспечение совместной передачи по общим физическим каналам суще-ственно разнородных информационных потоков (речь, аудио-, видео-, факс, цифровые массивы и т.д.), показатели качества передачи которых значительно различаются.

5. Совместная передача непрерывного и пакетного трафика.

6. Предоставление услуг подвижным пользователям.

7. Высокая пропускная способность спутниковых каналов связи.

8. Простота обеспечения требуемых топологических свойств сети.

9. Эффективное использование сетевых ресурсов, благодаря возможности перераспределения пропускной способности сети между каналами связи в соответствии с текущими характеристиками сетевого трафика.

10. Возможность предоставления пользователям услуги глобального местоопределения.

11. Большая гибкость ССС, позволяющая в случае необходимости достаточно просто изменять область обслуживания путем изменения орбиты ретранс-ляторов или пространственной ориентации луча (лучей) бортовых антенн.

12. Простота пространственного расширения сети путем установки в области обслуживания нужных дополнительных ЗС в нужном месте, что позволяет быстро охватить сферой информационных услуг всех вновь присоединяю-щихся к сети пользователей.

13. Относительно малые сроки развертывания ССС и наладки оборудования и аппаратуры.

14. Обеспечение приемлемой совместимости с современными технологиями передачи информации наземных сетей связи, таких как ATM (Asynchro-nous Transfer Mode - асинхронный режим передачи) и Frame Relay.

15. Возможность построения крупномасштабных широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания - ШЦСИО {B-ISDN - Broadband In-tegrated Service Digital Network} без значительных инвестиций на началь-ных фазах развертывания, особенно на территориях, где наземная инфра- структура развита недостаточно или вовсе отсутствует.

16. ССС дают возможность объединять на начальных фазах развития наземной инфраструктуры локальные, городские и региональные наземные ШЦСИО, в том числе и на базе волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), в корпоративные, национальные, интернациональные и глобальные струк-туры. По мере созревания и развития наземной инфраструктуры ССС мо-гут быть использованы в качестве дополнения и резерва для наземных каналов связи, в частности, на случай природных и техногенных катастроф.

ССС различного назначения могут отличаться друг от друга по целому ряду классификационных признаков, основными из которых являются:

• характеристики области обслуживания;
• преобладающее направление информационных потоков в сети;
• тип орбитальной группировки ретрансляторов;
• диапазоны используемых частот;
• назначение ССС и тип используемых станций.

По охватываемой территории, административной структуре управления и при-надлежности космического и наземного сегментов сети связи можно выделить:

• глобальные ССС, обеспечивающие полный охват территории Земли;
• интернациональные ССС, являющиеся объектом совместной деятельно-сти нескольких десятков стран, в том числе региональные ССС, совместно используемые странами, расположенными в относительном соседстве друг с другом и принадлежащими одному географическому региону;
• национальные ССС, наземный сегмент которых сосредоточен в пределаходной страны;
• корпоративные (ведомственные) ССС - наземный сегмент которых принад-лежит одному ведомству, крупной частной компании и т.д. А назначение сетей состоит в обеспечении обмена деловой информацией и данными в интересах организации-владельца или арендатора сети. Корпоративные се-ти строятся преимущественно на основе ЗС типа VSAT (Very Small Aper-ture Terminal) и долговременной аренды части связных ресурсов коммер-ческих СР общего пользования.

По преобладающему направлению передачи информационных потоков в ССС различают:

• сети сбора информации, в которых информация передается от многочис-ленных источников (датчиков) в один или несколько центров сбора и об-работки информации;
• сети распределения информации, для которых характерна передача трафи-ка от небольшого числа центральных распределительных станций к мно-гочисленным потребителям информации. В обратном направлении может передаваться лишь незначительный объем запросной информации. Для се-тей распределения информации характерно наличие режимов многоадрес-ной и широковещательной передачи;
• сети обмена информацией характеризуются тем, что в них ЗС являются в примерно равной степени источниками и потребителями циркулирующих в сети информационных потоков.

В простейших предпосылках (Земля имеет форму идеального шара, а на ИСЗ действует только гравитационное поле Земли) движение спутника по околозем-ной орбите подчиняется законам Кеплера [2]. Плоскость орбиты неподвижна во времени и проходит через центр Земли, а орбита имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого расположена Земля. Точка пересечения линии, соединяющей ИСЗ и центр Земли, с поверхностью земного шара называется подспутниковой точкой. Высота эллиптической орбиты h (расстояние между ИСЗ и его подспут-никовой точкой) меняется во времени с периодом, равным времени обращения спутника по орбите. Максимальное значение высоты орбиты называется высотой в точке апогея, а минимальное - высотой в точке перигея. Другими важными параметрами, характеризующими околоземную орбиту спутника связи, являются:

• угол наклонения плоскости орбиты i - угол между плоскостью экватора Земли и плоскостью орбиты, отсчитываемый от плоскости экватора в направлении на север. По этому параметру различаютэкваториальные (i - 0), полярные (i - 90°) и наклонные (0 < i < 90°, 90° < i < 180°) орбиты. Если 0 < i < 90°, говорят, что спутник запущен в восточном направлении, если же 90° < i < 180° - в западном. Спутники связи запускаются исклю-чительно в восточном направлении, поскольку их запуск в западном имеет только отрицательные стороны: возрастает скорость перемещения спутни-ка относительно земной поверхности, а для вывода на орбиту требуется более мощный носитель;
• Величина эксцентриситета мо-жет принимать значения в диапазоне 0 < е < 1. Чем больше эксцентриси-тет, тем более "узкой и вытянутой" является орбита спутника. При е = 0 эллиптическая орбита вырождается в круговую с постоянной высотой h;
• время обращения спутника по орбите (время вращения спутника) - ин-тервал времени между соседними прохождениями спутником одной и той же точки орбиты.

При построении ССС могут быть использованы следующие типы орбит [3]:

• геостационарная орбита {GEO - Geostationary Earth Orbit};
• низкие круговые орбиты {LEO - Low Earth Orbit};
• средневысотные круговые орбиты {МЕО - Medium Earth Orbit};
• эллиптические околоземные {ЕЕО - Elliptical Earth Orbit}.

Геостационарные СР выводятся в восточном направлении на круговую орбитe с нулевым наклонением (в экваториальную плоскость) и высотой над поверх-ностью Земли h = 35875 км. Эта орбита характеризуется тем, что угловая ско-рость спутника совпадает по величине и направлению с угловой скоростью вращения Земли и теоретически ГСР является неподвижным относительно точ-ка экватора (подспутниковой точки), над которой размещается ретранслятор вследствие этого данная орбита получила специальное название - геостационарная орбита (ГО). Геостационарную орбиту часто называют орбитой Кларка [2] в честь известного английского писателя-фантаста, впервые опубликовавшего идею об использовании трех ГСР, разнесенных на угол 120°, для создания гло-бальной сети связи еще в 1945 году. Единственным значащим параметром геостационарной орбиты является долгота подспутниковой точки ГСР.

Подавляющая часть существующих ССС использует для размещения СР гео-стационарную орбиту, основными достоинствами которой являются возмож-ность непрерывной круглосуточной связи. Вследствие этого при достижимых на сегодняшний день точностях удержания СР в рабочей точке на орбите и систем ориентации бортовых антенн на ЗС нет необходимости использовать достаточно сложные и дорогие следящие системы наведения антенн. Это существенно снижает стои-мость наземного сегмента ССС и затраты на его эксплуатацию.

Число спутников-ретрансляторов на геостационарной орбите ограничивается международными нормами. В частности, эти ограничения определяют величину минимального углового разноса ретрансляторов. Для обеспечения приемлемой электромагнитной совместимости разных ССС угловой разнос ГСР на орбите должен быть не меньше одного градуса. Геостационарная орбита близка к насы-щению. В 2000-м году общее число действующих коммерческих ГСР превысило две сотни, а их результирующая полоса пропускания составила более 200 ГГц. В связи с этим наблюдается тенденция к переходу от количественного развития ГСР к качественному путем наращивания пропускной способности каждого ретранслятора с целью максимально эффективного использования выделенных позиций на геостационарной орбите.

Низкоорбитальные ретрансляторы размещаются на круговых орбитах высотой от 700 до 1500 км. Чем ниже орбита, тем меньше область обслуживания каждого СР. Поэтому для обслуживания достаточно больших территорий земной поверх-ности требуется много спутников - от нескольких десятков до нескольких сотен. Период обращения ретрансляторов на низких орбитах составляет 90-120 минут, а максимальное время видимости спутника из фиксированной точки земной по-верхности не превышает 10-15 минут. При построении региональных ССС связные ресурсы низ-коорбитальных группировок используются неэффективно, а областью их приме-нения являются глобальные (или почти глобальные) спутниковые сети связи.

Возможные трассы средневысотных спутников выбираются на высотах от 5 до 15 тыс. км. Область обслуживания каждого средневысотного СР существен-но меньше, чем геостационарного, поэтому для охвата наиболее населенных районов суши и судоходных акваторий океанов необходимо создавать группи-ровки из 8-12 спутников. Суммарная (в обе стороны) задержка сигнала при связи через средневысотные ретрансляторы не превышает 200 мс, что позволя-ет использовать их для качественной радиотелефонной связи. Продолжитель-ность пребывания СР в зоне радиовидимости ЗС составляет 1,5-2 часа, а орбитальный ресурс средневысотных спутников лишь незначительно меньше, чем у геостационарных. Период обращения спутника вокруг Земли выбирается равным 6 часов (при высоте орбиты 10350 км). Это приводит к повторению траектории подспутниковой точки через каждые 4 витка орбиты, что значительно упрощает процесс информационного обслуживания пользователей.

ССС работают в диапазоне частот от нескольких сотен МГц до нескольких десятков ГГц в специально выделенных Регламентом радиосвязи [4] участках спектра. Применительно к ССС широко используются условные буквенные обозначения диапазонов частот:

L -диапазон (0,5-1,5 ГГц),

S -диапазон (1,5-2,5) ГГц,

С-диапазон (4-8 ГГц),

Кu-диапазон (12-18 ГГц),

Ка - диапазон (20-40 ГГц),

Q/V-диапазон (40-74 ГГц).

Распространены также и цифровые обозначения используемых в ССС диапазо-нов частот, представляющие средние округленные значения частот приёма/пере-дачи 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.

В первое время в ССС предпочтение отдавалось L-, S- и С-диа-пазонам, соответствующим "радиоокну прозрачности" земной атмосферы, распо-ложенному 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-диа-пазон, который достаточно широко используется и до настоящего времени. Не-достатком 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 мощно-сти радиосигналов СР у земной поверхности. По мере постепенного насыщения :иапазона и прогресса в области производства СВЧ-компонентов радиоэлектронной аппаратуры началось освоение Ku-диапазона. В этом диапазоне можно использовать антенны меньших размеров, лучше условия электромагнитной со-вместимости с другими радиослужбами, но проявляется, хотя и не в очень сильной степени, влияние состояния земной атмосферы на поглощение и рассеяние радио-сигналов, что требует определенного энергетического запаса радиолиний связи. Тем не менее Ки-диапазон давно апробирован на практике, технология производ-ства аппаратуры отработана и в настоящее время диапазон 14/12 ГГц используется большинством из действующих СР. В последние годы идет достаточно интенсив-ная подготовка к использованию Ка- и Q/V-диапазонов. В таблице 1 [6] показана динамика изменения степени использования различных диапазонов частот ком-мерческими геостационарными спутниками связи (в процентном отношении).

Русский |Englisch |Francais

mailto:sedki_2005@yahoo.fr