ГЛАВНАЯ индивидуальная Библиотека Ссылки Магистерская Результаты поиска
добро пожаловать

dessertation

Бен Хадж Амор Мохамед Морси mailto:file_cool@yahoo.fr


Донецкий Национальный Технический Университет.
Факультет КИТА.

Кафедра АТ.
Специальность "Телекоммуникационные системы и сети".

Тема Магистерской Работы - "методека оценки мощности передатчика наземной станции спутниковых каналов связи".

Спутниковые системы связи (ССС) быстро разви¬ваются. Сегодня в мире создано и создается большое число ССС, различающихся назначением и решае¬мыми задачами. ССC известны сравнительно давно, и используются для передачи различных сигналов на большие расстояния.

Быстрые темпы развития ССC объясняются достоинствами которыми они обладают. К таким достоинствам относятся: большая пропускная способность, большие перекрываемые пространства, высокое качество и надежность каналов связи и т.д. Эти достоинства, определяют широкие возможности спутниковых каналов связи, делают их эффективным средством связи. Спутниковая связь в сегодня является основным видом международной, национальной и региональной связи на большие и средние расстояния. Использование искусственных спутников (ретрансляторов) Земли для организации связи продолжает расширяться по мере развития существующих сетей связи и создание новых.

Условно все системы ССС можно разделить на системы двух видов: работающие через спутники ретрансляторы на негеостационарных (низкие круговые орбиты (LEO — Low Earth Orbit), средневысотные круговые орбиты (МЕО — Medium Earth Orbit), эллиптические околоземные (ЕЕО — Elliptical Earth Orbit)) и геостационарных орбитах (GEO — Geostationary Earth Orbit).

Негеостационарные спутники используются в основном для научных и метеорологических исследований. Их особенность - невозможность поддержания круглосуточной связи с ЗС. Однако, перемещаясь по заданной орбите относительно поверхности Земли, они собирают данные с большой площади земной поверхности.

Геостационарные спутники выводятся на GEO орбиту в плоскости экватора, при которой их угловая скорость совпадает со скоростью вращения Земли вокруг своей оси. Высота над поверхностью Земли, где выполняются условия постоянства скоростей и равенства центробежной и гравитационной сил, составляет 36 тысяч километров (35850 км). Теоретически, один расположенный таким образом спутник может обеспечить связь для 1/3 земной поверхности, а три спутника всю земную поверхность (90%). Особенностью спутников на геостационарных орбитах является значительная временная задержка (порядка 0,24 с) в спутниковом канале, вызванная необходимостью два раза преодолевать расстояние в 36 тысяч километров от ЗС до спутника.

В работе будут рассматриваться системы, где применяются спутники связи, обращающиеся на орбитах синхронно с вращением Земли, т.е. на орбите GEO. Это позволит упростить мою систему связи. В этом случае каждая ЗС работает непрерывно с одним и тем же спутником связи. Такие системы связи обеспечивают бесперебойную связь, но требует дополнительного запаса топливо для проведения многократных коррекцией орбиты ИСЗ. Считается, что этот дополнительный запас топливо для коррекции орбиты является небольшой платой за простоту эксплуатации системы и отсутствие перерывов связи, при этом время жизни спутника определяется запасом топлива. Земные станции при использовании стационарных спутников ретрансляторов упрощаются из-за отказа от сложной и дорогой системы слежения за спутником.

ССС могут различаться типом передаваемого сигнала (цифровой или аналоговый). Передача сигнала в цифровой форме обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами передачи. К таким преймуществам относятся:

1. простота и эффективность объединения многих независимых сигналов и преобразования цифровых сообщений в “пакеты” для удобства передачи и коммутации;

2. меньшие затраты энергии по сравнению с передачей аналогового сигнала;

3. практическая нечувствительность цифровых каналов к эффекту накопления искажений при ретрансляциях (представляющих серьезную проблему в аналоговых системах спутниковой связи);

4. конфиденциальность и помехоустойчивость связи;

5. гибкость реализации цифровой аппаратуры (использование микропроцессоров).

ССС различного назначения можно классифицировать по ряду признаков. Основными из которых являются следующие:

• характеристики области обслуживания; • преобладающее направление информационных потоков в сети;

• тип орбитальной группировки спутниковых ретрансляторов;

• диапазоны используемых частот (L,S,C,Ku,Ka);

• назначение ССС и тип используемых земных станций.

По охватываемой территории, структуре управления и при¬надлежности космического и наземного сегментов сети связи можно выделить : • глобальные ССС (обеспечивают полный охват территории Земли);

• интернациональные ССС (являются объектом совместной деятельно¬сти нескольких десятков стран);

• региональные ССС (совместно - используются странами, расположенными в соседстве друг с другом или принадлежащими одному географическому региону);

• национальные ССС (наземный сегмент сосредоточен в пределах одной страны);

• корпоративные (ведомственные) ССС (наземный сегмент принад¬лежит одному или нескольким ведомствам). Назначение ССС состоит в обеспечении обмена 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 следующие сети :

• сети сбора информации;

• сети распределения информации;

• сети обмена информацией;

В простейших предположениях (Земля имеет форму идеального шара, а на ИСЗ действует только гравитационное поле Земли) движение спутника по околозем¬ной орбите подчиняется законам Кеплера . 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 (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 на¬правлении на север. Спутники связи запускаются исклю¬чительно в восточном направлении, поскольку их запуск в западном имеет только отрицательные стороны (увеличивается скорость перемещения спутни¬ка относительно земной поверхности, а для вывода на орбиту требуется более мощный носитель);

• долгота восходящего узла — долгота точки пересечения траектории под¬спутниковой точки с линией экватора при движении спутника с юга на се¬вер;

• эксцентриситет орбиты, равный , где а и b соответственно большая и малая полуоси эллипса орбиты. 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.

Число спутников-ретрансляторов на геостационарной орбите ограничивается международными нормами. Эти ограничения определяют величину минимального углового разноса ретрансляторов. Для обеспечения допустимой электромагнитной совместимости разных ССС угловой разнос ГСР на орбите должен быть не меньше одного градуса. Геостационарная орбита в настоящее близка к насы¬щению.

Общее число действующих коммерческих ГСР превысило сегодня две сотни, их результирующая полоса пропускания составила величину более 200 ГГц. Сейчас наблюдается тенденция к переходу от количественного развития ГСР к качественному путем наращивания пропускной способности каждого спутника.

ССС работают в диапазоне частот от нескольких сотен МГц до нескольких десятков ГГц в специально выделенных Регламентом радиосвязи участках спектра. В 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.

Применяются также и цифровые обозначения используемых в ССС диапазо¬нов частот, представляющие средние округленные значения частот приёма/пере¬дачи спутником-ретранслятором: 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]. Но L - и S -диапазоны уже были 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 [1]. По этой причине, была жестко регламентирована плотность потока мощно¬сти радиосигналов СР у земной поверхности.

По мере насыщения С-диапазона началось освоение Ku-диапазона. В Ku-диапазоне можно использовать антенны меньших размеров, лучше условия электромагнитной со¬вместимости с другими радио службами. Но проявляется влияние состояния земной атмосферы на поглощение и рассеяние радио¬волн, что требует определенного энергетического запаса радиолиний связи.

Ku - диапазон давно исследован на практике, технология производ¬ства аппаратуры отработана и в настоящее время диапазон 14/12 ГГц используется в действующих СР .

Существует разделение спутниковых служб связи по назначению сети и типу земных станций, введенное Регламентом радиосвязи: фиксированная спутниковая служба — ФСС (FSS — Fixed Satellite Service); подвижная спутниковая служба — ПСС (MSS — Mobile Satellite Service); широковещательная спутниковая служба — ШСС (BSS — Broadcast Satel¬lite Service).

Сети ФСС предназначены для обеспечения связи между стационарными станциями, организации магистральных каналов большой протяженности и ре¬гиональной (зоновой) связи, построения корпоративных сетей. К наиболее значительным коммерческим системам фиксированной службы относятся Intelsat, Intersputnik, Eutelsat, Arab-sat и AsiaSat [6, 7, 8, 9]. Наиболее мощной является международная система Intelsat [8], орби¬тальная группировка которой охватывает четыре основных региона обслужива¬ния — Атлантический, Индийский, Азиатско-Тихоокеанский и Тихоокеанский. В настоящее время пропускная способность каждого из 25 СР этой системы со¬ставляет от 12 до 35 тыс. телефонных каналов, а наземный сегмент включает в себя около 800 крупных станций, размещенных в 170 странах мира.

Сети ПСС появились недавно. В зависимости от типа станции 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}.

Широковещательная спутниковая служба (ШСС) предназначена для приема телевизион¬ных и радиовещательных программ и является главной службой систем непосредст¬венного телевизионного вещания (НТВ), спутникового телевизионного вещания и спутникового непосредственного радиовещания. В настоящее время все системы телерадиовеща¬ния строятся на базе спутников на геостационарной орбите (GEO). В этой области те¬лекоммуникаций, где основное требование к системе — сплошное покрытие об¬служиваемых территорий, преимущества ГССС перед другими средствами связи проявляются в наибольшей степени.

Экономически выгодно иметь в со¬ставе сети один или несколько мощных, чувствительных СР и большое количество ЗС. Развитие ССС с момента начала их практического использования идет по пути улучшения характеристик ретрансляторов и одновременного упрощения ЗС. Исследования в этих областях науки, техники и технологии, способствующих развитию средств ССС.

С середины семидесятых годов прошлого века началось распространение региональных и на¬циональных ССС фиксированной службы. Эти сети строились на базе либо соб¬ственных геостационарных ретрансляторов, либо арендуемых у Intelsat спутнико¬вых каналов связи. С начала 80-х годов стали доступными малые ЗС Кu- и С- диапазоны с диаметром антенн (1,5 - 4) мет¬ра, обеспечивающие большую скорость передачи, получившие название VSAT .



VSAT технология

VSAT - станция - станция спутниковой связи с антенной малого диаметра, порядка 1.5 ... 4 м. Требование к ЗС VSAT, описаны в Рекомендациях №№ 725-729 ММКР.

При передаче телефонного трафика спутниковые системы образуют групповые тракты (совокупность технических средств, обеспечивающих прохождение группового сигнала, т.е. несколько телефонных подканалов объединяются в один спутниковый) и каналы передачи (совокупность средств, обеспечивающих переду сигналов от одной точки в другую).

В настоящее время создано большое число ССС с использованием технологии VSAT, на базе геостационарных спутников. VSAT, работающие в составе данной системы, установлены в большинстве стран мира.

Особенностью станций VSAT является возможность их размещения в непосредственной близости от пользователей, которые благодаря этому могут обходиться без наземных линий связи.

Кроме систем с закрепленным каналом, эффективных при постоянной передаче информации на высоких скоростях (10 кбит/сек и более), существуют системы, использующие временное, частотное, кодовое или комбинированное разделение канала между абонентскими ЗС.

Еще одним параметром, позволяющим классифицировать ССС, является использование протокола связи. Первые ССС были беспротокольными и предлагали пользователю прозрачный канал. Современные ССС используют протокол, повышающий надежность связи при сохранении высокой скорости обмена информацией между абонентами.

ЗС станции построенные по VSAT технологии, используют разные технологии доступа: для схемы «точка-точка» - один канал на несущую - SCPC (Single Channel Per Carrier), для схемы «каждый-с-каждым» - множественный доступ по требованию - DAMA (Demand Assignment Multiple Access) и постоянный множественный доступ PAMA, и для «звезды» - множественный доступ с временным разделением каналов – TDMA [http://vmk-325.narod.ru/compnet/index.htm].

С точки зрения энергетики системы и ее стоимости (соответственно и стоимости предлагаемых услуг) оптимально расположение центральной ЗС в центре зоны освещения спутника. Использование VSAT-технологий приблизило услуги спутниковой связи непосредственно к потребителям этих услуг. Ведущие фирмы — изготовители оборудования космической связи быстро освоили выпуск широкой номенклатуры станций VSAT с различными характеристиками, а массовость производства сделала их цену вполне доступной для многих пользователей .

Примерно с середины 90-х годов в мире сложилась ситуация, вызванная в первую очередь социальными и политическими причинами, когда у массового потребителя возник достаточно высокий спрос на предоставление индивидуаль¬ных широкополосных информационных услуг. У разработчиков и производи¬телей ССС появились возможности для удовлетворения этого спроса в полном объеме.

Основной причиной массового спроса на широкополосные услуги связи является огромный рост популярности и широкое распространение сети Интернет. Подав¬ляющая часть компьютеров индивидуальных абонентов Интернет связана с се¬тью посредством пользовательских линий телефонной сети общего пользования, пропускная способность которых, несмотря на все модемные ухищрения, явно недостаточна для обеспечения современных Интернет приложений. Одним из важных направлений развития телерадиовещания является непо¬средственная спутниковая трансляция телевизионных и радиопрограмм на инди¬видуальные пользовательские приемные установки, что позволяет одновременно передавать с высоким качеством несколько сотен программ. Реальностью стало непосредственное спутниковое радиовещание на портативные переносные и ав¬томобильные приемники.

Продолжением развития этого направления является непосредственное спутниковое вещание на компьютеры (служба Direc PC). Такие ССС ориентированы на предоставление персональной радиотелефонной и пейджинговой связи в глобальном и региональном масштабах. Тенденцией построения таких систем является объединение в общую сеть спутниковых и наземных сотовых сетей различных стандартов, а также предоставление дополнительного набора услуг по передаче данных, телефаксов, определение местоположения и т.д.