Низкоорбитальные системы спутниковой связи реферат

Обновлено: 02.07.2024

Класс среднеорбитальных спутников пока не так популярен, как геостационар­ных и низкоорбитальных спутников. Среднеорбитальные спутники обеспечивают диаметр покрытия от 10000 до 15000 км и задержку распространения сигнала 50 мс. Наиболее известной услугой, предоставляемой спутниками этого класса, является глобальная система навигации (Global Positioning System, GPS). GPS — это всеобщая система определения текущих координат пользователя на поверх­ности Земли или в околоземном пространстве. GPS состоит из 24 спутников, сети наземных станций слежения за ними и неограниченного количества пользо­вательских приемников-вычислителей. По радиосигналам спутников GPS-при- емники пользователей устойчиво и точно определяют координаты. Погрешности не превышают десятков метров. Этого вполне достаточно для решения задач на­вигации подвижных объектов (самолеты, корабли, космические аппараты, авто­мобили и т. д.).

Если основным назначением геостационарных спутников является широковеща­ние и дальняя связь, то низкоорбитальные спутники рассматриваются как важ­ное средство поддержания мобильной связи.

В начале 90-х годов достоинства компактных терминальных устройств для низ­коорбитальных спутников показались руководителям компании Motorola более важными, чем их недостатки. Вместе с несколькими крупными партнерами эта компания начала проект Iridium, который имел весьма амбициозную цель — соз­дать всемирную спутниковую сеть, обеспечивающую мобильную связь в любой точке земного шара. В конце 80-х еще не существовало такой плотной систе­мы сот мобильной телефонии, как сегодня, так что коммерческий успех казался обеспеченным.

В 1997 году группа из 66 спутников была запущена, а в 1998 году началась ком­мерческая эксплуатация системы Iridium. Спутники Iridium действительно по­крывают всю поверхность земного шара, вращаясь по 6 орбитам, проходящим через полюсы Земли. На каждой орбите находится по 11 спутников, которые имеют передатчики на частоте 1,6 ГГц с полосой пропускания 10 МГц. Эта полоса расходуется 240 каналами по 41 кГц каждый. За счет многократного использова­ния частот система Iridium поддерживает 253 440 каналов, организуя системы скользящих по поверхности Земли сот. Для пользователей системы Iridium ос­новным видом услуги является телефонная связь (7 долларов в минуту) и пере­дача данных со скоростью 2,4 Кбит/с.

Спутники Iridium обладают значительным интеллектом, они могут, пользуясь специальными межспутниковыми каналами, передавать друг другу информацию со скоростью 25 Мбит/с. Поэтому телефонный вызов идет от спутникового теле­фона Iridium прямо на спутник, находящийся в зоне видимости. Затем этот спутник маршрутизирует вызов через систему промежуточных спутников тому спутнику, который в данный момент ближе к вызываемому абоненту. Система Iridium представляет собой сеть с полным собственным стеком протоколов, ко­торый обеспечивает всемирный роуминг.

К сожалению, коммерческие успехи Iridium оказались очень скромными, и через два года своего существования компания обанкротилась. Расчет на мобильных телефонных абонентов оказался неверным — к моменту начала работы наземная сеть сотовой связи уже покрывала большую часть территории развитых стран. А услуги по передаче данных со скоростью 2,4 Кбит/с не соответствовали по­требностям пользователей конца 20-го века.

Другой известной системой низкоорбитальных спутников является Globalstar. В отличие от Iridium 48 низкоорбитальных спутников Globalstar выполняют тра­диционные для геостационарных спутников функции — принимают телефонные вызовы от мобильных абонентов и передают их ближайшей наземной базовой станции. Маршрутизацию вызовов выполняет базовая станция, которая переда­ет вызов базовой станции, ближайшей к спутнику, в зоне видимости которо­го находится вызываемый абонент. Межспутниковые каналы не используются. Помимо телефонных разговоров Globalstar также передает данные со скоростью 4,8 Кбит/с.

Сегодня, когда стало ясно, что мобильная телефония будет поддерживаться в ос­новном наземными сотовыми сетями, ориентация многих спутниковых систем меняется, на первый план выходит предоставление скоростного доступа в Ин­тернет. В число таких систем входит LEO-система Teledesic, одним из основате­лей которой является Билл Гейтс. В этой слстеме, создаваемой с начала 90-х го­дов, спутники представляют собой полноценные маршрутизаторы, соединенные межспутниковыми каналами 64 Кбит/с.

Создаются также системы доступа в Интернет на основе геостационарных спут­ников. К таким системам относятся Spaceway, Astrolink, Euro Skyway. Они ори­ентированы на использование антенн VSAT и обещают предоставлять пользова­телям каналы 2-20 Мбит/с.

Общие сведения. В последнее время активно развиваются системы связи на базе низкоорбитальных космических аппаратов. Подобные системы спутниковой связи строятся с помощью спутников, размещаемых на круговых орбитах с наклоном 0. 90° относительно экваториальной плоскости с высотой орбиты (расстояние от спутника до проекции его на поверхность Земли) от 500. 700 км до 2000 км. На орбитах высотой менее 500 км плотность атмосферы относительно высока, из-за чего происходит постепенное снижение высоты, а следовательно, для сохранения заданной орбиты необходимо увеличивать частоту маневров, что повышает расход топлива. К тому же снижение высоты орбиты уменьшает зону радиовидимости на Земле, что требует увеличения количества спутников для глобального охвата. Для обеспечения глобальной связи с непрерывным обслуживанием, число спутников в орбитальной группировке должно быть не менее 48. Период обращения спутника на этих орбитах составляет от 90 мин до 2 ч, максимальное время его пребывания в зоне радиовидимости не превышает 10. 15 мин.

Наибольшее применение получили системы низкоорбитальной спутниковой связи с круговыми квазиполярными орбитами с наклоном 80. 90°. В интересах передачи информации для широкого круга пользователей подобные системы стали осваивать с середины 90-х годов.

Системы низкоорбитальной спутниковой связи обладают значительными преимуществами по энергетическим характеристикам, но проигрывают в продолжительности сеансов связи и времени активного сосуществования космического аппарата. При периоде обращения спутника 100 мин, в среднем 30% времени он находится на теневой стороне Земли. Поэтому аккумуляторные батареи на его борту требуют приблизительно 5000 циклов зарядки/разрядки в год. Вследствие этого срок их службы, как правило, не превышает 5-8 лет.

Низкоорбитальные системы обеспечивают персональную связь, включая радиотелефонный обмен и связь с подвижными объектами, с использованием сравнительно дешевых, малогабаритных земных терминалов, уровень сложности которых соизмерим с уровнем станций наземных сотовых систем связи. Поскольку дальность радиолинии "низкоорбитальный спутник - земная станция" в 20-50 раз меньше радиолинии "геостационарный спутник земная станция", упрощается создание многолучевых направленных антенн; излучаемая мощность снижается на 26. 30 дБ. Однако при этом усложняется управление группировкой таких спутников и поддержание непрерывности связи. Низкоорбитальные системы на приполярных (квазиполярных) орбитах обеспечивают глобальную связь в полярных широтах и особенно в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения.

Системы низкоорбитальной спутниковой связи можно разделить на три группы, отличающиеся набором предоставляемых услуг и сложностью технической реализации: системы пакетной передачи данных, системы радиотелефонной связи и системы высокоскоростной передачи данных.

Организация связи в системе. Отличительной особенностью систем низкоорбитальной спутниковой связи является наличие двух типов каналов: информационных, по которым передается коммерческая (оплачиваемая) информация и маркерных, по которым передастся адресная информация о времени работы абонента, о частоте связи и т.д. В общем случае система низкоорбитальной спутниковой связи состоит из наземного и космического сегментов. Космический сегмент, как правило, включает в себя несколько десятков спутников (космических аппаратов), запускаемых в нескольких плоскостях по несколько спутников на наклонные орбиты. Число спутников и углы наклона зависят от типа космической системы связи. Земной сегмент включает в себя, как правило, абонентские терминалы; шлюзовые станции; сегменты управления системой и управления связью, сегмент запуска. Земные сегменты различных систем низкоорбитальной спутниковой связи имеют свою специфику.

Регламент радиосвязи

Регламентом радиосвязи называется комплект документов, определяю­щих порядок организации и обеспечения радиосвязи в различных видах дея­тельности.

В регламент радиосвязи входят: распоряжение начальника, организующе­го радиосвязь; инструкции по разработке радиоданных, по обеспечению радио­связи и другие документы, регламентирующие работу радиосвязи, а также ис­ходные данные, необходимые для разработки радиоданных сетей и направле­ний подчиненными.

Документы регламента определяют общие принципы организации и обеспечения радиосвязи и разрабатываются на несколько лет.

В распоряжении указываются:

- особенности организации и обеспечения радиосвязи;

- режимы работы радиосвязи в различных видах деятельности;

- порядок организации радиосвязи взаимодействия,

- порядок и сроки разработки регламента радиосвязи и радиоданных под­чиненными.

Документы регламента радиосвязи и все вносимые в них в последующем изменения высылаются в вышестоящий, контролирующий и подчиненные ор­ганы.

Вышестоящий орган обязан проверить соответствие своим указаниям до­кументов по радиосвязи, разработанных подчиненными.

Для обеспечения своевременности разработки регламента радиосвязи и радиоданных подчиненными старший орган высылает свой регламент заблаго­временно, с учетом количества ступеней подчиненности и времени, необходи­мого для работы каждой ступени.

На основе требований регламента радиосвязи вышестоящего органа, при­нятой системы управления и наличия сил и средств радиосвязи принимается решение на организацию радиосвязи, оформляемое в виде схемы или таблицы.

Схема (таблица) должна содержать:

номера, состав и вид работы (тип оконечной аппаратуры) радиосетей и радионаправлений с вышестоящим, взаи­модействующими и подчиненными органами;

расчет сил и средств радиосвязи.

Замена радиочастот

Замена радиочастот производится при изменении условий распростране­ния радиоволн, при воздействии радиопомех и в других случаях, определенных радиоданными.

Установление радиосвязи после замены частот, предусмотренной радиоданными, должно начаться в точно установленное время.

Замена частот в непредусмотренное радиоданными время во всех случа­ях производится:

в радионаправлениях - по инициативе той радиостанции, у которой ухудшается прием;

в радиосетях - по инициативе той радиостанции, у которой ухудшается прием после команды главной радиостанции (переход на новую частоту произ­водится после того, как главная радиостанция получила от всех корреспонден­тов сети согласие на замену частоты и проверила пригодность частоты для сво­ей передачи).

Переход на новые частоты осуществляется с разрешения дежурного по радиосвязи, который обязан убедиться в необходимости и целесообразности и замены частот, учитывая при этом обстановку по связи и наличие пригодных для связи резервных частот.

При переходе на запасную частоту до установления связи дежурство на основной частоте не прекращается. Если в установленное радиоданными время смены частот ведется радио­обмен с удовлетворяющим требованиям качеством, то замена частоты произво­дится после окончания радиообмена.

При передаче предложения о замене частоты применяются установлен­ные для этого кодовые сокращения (сигналы). Одновременно с передачей предложения о замене частоты корреспондент обязан предложить приемлемую для него частоту приема.

Если в радиоданных назначены запасные частоты, то при передаче пред­ложения о замене частоты передается кодовая фраза ЗДВ. ("Переходите на запасную частоту №. ").

ПРИМЕР: РНБ91 РНБ91 РНБ91 ДЕ РХТ65 РХТ65 ЗДВЗ 3 К -предложение о переходе на запасную частоту № 3.

РХТ65 РХТ65 РХТ65 ДЕ РНБ91 РНБ91 ОК ЗДВ 3 К -согласие на переход.

Если необходимо сменить дневную или ночную частоту раньше указан­ного в радиоданных времени передаются кодовые сокращения ЗЛЫ1 или ЗЛЫ2.

Если после замены рабочей частоты корреспонденты на новой частоте не обнаруживают вызовов со стороны главной станции, они обязаны вызвать ее сами. При отсутствии связи более 10 минут радиооператор обязан доложить по команде об отсутствии связи и действовать в соответствии с полученными ука­заниями.

Основные направления социальной политики: В Конституции Российской Федерации (ст. 7) характеризуется как.

Группы красителей для волос: В индустрии красоты колористами все красители для волос принято разделять на четыре группы.

Что входит в перечень работ по подготовке дома к зиме: При подготовке дома к зиме проводят следующие мероприятия.

Первая статья из серии обзора рынка спутниковых операторов широкополосного доступа, использующих или планирующих использование низкоорбитальных спутниковых группировок. Что такое низкоорбитальные спутниковые группировки, зачем они нужны, их достоинства и недостатки.

Введение. Что такое низкоорбитальные спутниковые группировки

Коммерческая спутниковая связь существует, по большому счету, всего полвека. Начиная с запуска 6 апреля 1965 года первого коммерческого спутника Early Bird, развитие отрасли проходило относительно планомерно, запускались все более тяжелые искусственные спутники Земли (ИЗС), создавались, приватизировались и объединялись компании операторы спутников, осваивались новые диапазоны…

Первый коммерческий спутник Early Bird

Первый коммерческий спутник Early Bird

Все шло в рамках эволюции…

Все знали, что спутники должны быть на геостационарной орбите: 36 000 км над экватором, на этой орбите они вращаются на той же скорости, что и Земля, и неподвижны относительно антенны, направленной на них. И оператору достаточно запустить один единственный спутник, чтобы начать бизнес. А спутниковая антенна должна иметь размер в несколько метров (этот размер постепенно уменьшался, и, начав с диаметра минимум в 10 метров, достиг сегодня каких-то 70 сантиметров) и неподвижно стоять на земле.

Первая попытка "революции" произошла в самом конце прошлого века - в головы инженерам пришла идея спутникового телефона, который всегда и везде на связи – достаточно запустить несколько десятков спутников недалеко от Земли — и вот оно счастье.

Первооткрывателем тут стал проект Iridium, а как только он стал собирать деньги с инвесторов, то рядом возникли близнецы конкуренты GlobalStar, Ico и Teledesic. Увы, одновременно произошла и революция в сотовой связи, стандарт GSM покорил мир, и желаемые 3 доллара за минуту разговора и миллионы абонентов, заложенные в бизнес планы, стали несбыточной мечтой. Iridium и GlobalStar, уже запустившие свои спутники банально обанкротились после начала предоставления услуг. Проекты Ico и Teledesic просто самораспустились, вернув акционерам хотя бы немного денег…


Потребовалось время, чтобы выросло новое поколение изобретательных инженеров, ну или чтобы разбогатело поколение непуганных инвесторов, но 15 лет никаких революционных идей в отрасли спутниковой связи не наблюдалось. И вот спокойствие закончилось, снова возникли проекты низкоорбитальных систем, готовых осчастливить человечество, теперь уже не телефонной связью, а широкополосным интернетом в любом месте земного шара, куда случится забрести хомо сапиенс.


Илон Рив Маск — американский инженер, предприниматель, изобретатель, основатель, совладелец, генеральный директор и главный инженер компании SpaceX

Давайте разберемся в чем собственно недостатки существующей на сегодня спутниковой связи и, соответственно, в чем бизнес-идея новых проектов спутниковых группировок на низкой орбите?

  1. Геостационарная орбита (36 000 км над экватором) уже давно и плотно обжита. Чтобы спутники не мешали друг другу, они не могут стоять ближе, чем на расстоянии 2 градусов, соответственно, в наиболее интересных для бизнеса регионах поставить новый спутник уже невозможно.
  2. Спутниковая задержка. Основной недостаток спутниковой связи с использованием геостационарной орбиты – это спутниковая задержка: сигнал от абонентского терминала до спутника идет не меньше 300 миллисекунд и еще столько же обратно. Такая задержка сильно усложняет работу телефонии и закрытых корпоративных сетей с шифрованием и туннелями, а также различных онлайн приложений от игр-стрелялок до торговли на бирже.
  3. Большое расстояние от Земли до геостационарной орбиты сильно ослабляет сигнал и скорость в спутниковом канале. Чем ближе спутник к поверхности планеты, тем меньший размер антенны и мощность передатчика можно использовать в абонентском терминале (или при тех же размерах терминала значительно увеличить скорость передачи информации).
  4. Сигнал с геостационарных спутников не виден на полюсах Земли. Практически связь выше полярного круга при работе с геостационара неэффективна. В то же время имеется очень много авиамаршрутов из Северной Америки в Юго-Восточную Азию именно через Северный полюс.
  5. При стремительном развитии интернета и интернета вещей якобы ресурса спутников на Геостационарной орбите не хватит для всех потенциальных абонентов, и необходимо увеличить предложение емкости.

Новые спутниковые группировки из сотен ИСЗ 100 позволяют решить все эти проблемы – появляются сотни новых спутников, благодаря низкой орбите примерно 1000 км, задержка равна 15..20 миллисекундам и появляется шанс передать сигнал из Токио до биржи Лондона быстрее по ВОЛС, и на Земле не остается ни одного уголка, где не будет широкополосного интернета.


Но не все так просто - основные проблемы ВСЕХ планируемых низкоорбитальных спутниковых группировок:

  1. Огромный размер начальных инвестиций – не менее 3 млрд долларов.
  2. Небольшой срок жизни спутника на низкой орбите 5-7 лет из-за наличия на этой высоте остатков атмосферы, тормозящих ИСЗ (для примера, спутник на геостационарной орбите "живет" 15 лет), соответственно, большие расходы на постоянное обновление группировок.
  3. Частоты выделяются на вторичной основе, и у всех новых группировок есть необходимость координации используемых частот. Пока позиция конкурентов с геостационарной орбиты весьма проста – NET. Поэтому один из вариантов работы ИСЗ на низкой орбите, когда его сигнал совпадает с линией сигнала от геостационарного ИСЗ, либо выключать свой сигнал, либо отклонять спутник в сторону.
  4. Для пользования спутниковым интернетом нужен абонентский терминал, который может непрерывно следить за спутником, быстро перемещающимся над ним. Такие терминалы сейчас имеют размер минимум 80 на 80 см и стоят от 20 000 долларов.
  5. Океаны занимают 70% Земли, то есть 70% емкости новых спутниковых систем будут практически не использоваться.
  6. Хотя 3 миллиарда землян не имеют доступа к ШПД, но большая их часть живет на менее чем 100 долларов в месяц - у них просто нет денег оплатить новый сервис. У "золотого миллиарда" жителей Европы и Северной Америки деньги есть, но их потребности в интернете практически полностью закрывают сотовые операторы и кабельные провайдеры.
  7. Новые спутниковые операторы должны получать право на использование частот, разрешение на предоставление услуг (то есть, выполнить местные требования СОРМ) в каждой стране, где они хотят предоставлять сервис.
  8. Операторы новых группировок должны обеспечить "чистоту" в космосе, то есть гарантировать, что их ИСЗ после окончания работы благополучно вернутся или сгорят в атмосфере Земли, при этом никого не убив.

Число проектов низкоорбитальных спутниковых группировок уже перевалило за десять, но мы остановимся на самых известных четырех, силы убеждения авторов которых оказалось достаточно, чтобы собрать с инвесторов хотя бы десяток миллионов долларов и перейти от стадии оригинальных идей к стадии их красочных презентаций на роуд-шоу.

На сегодняшний день существует два вида спутников: геостационарные и низкоорбитальные. Геостационарными называются спутники, находящиеся на геостационарной орбите.( Геостационарная орбита — это орбита, лежащая в плоскости экватора на высоте около 36 тыс. км над поверхностью Земли).

Геостационарные спутники выполняют на сегодняшний день множество задач, таких как: телекоммуникация, радиоместоопределение(системы навигации gps, глонасс и др.), главной задачей большинства геостационарных спутников является формирование изображений видимой земной поверхности. Спутниковые системы связи с геостационарными спутниками-ретрансляторами идеально подходят для решения таких задач, как организация телевизионного и звукового вещания на обширных территориях и предоставление высококачественных телекоммуникационных услуг абонентам в удаленных и труднодоступных регионах. Кроме того, с их помощью можно быстро создавать крупномасштабные корпоративные сети и резервировать наземные магистральные каналы связи большой протяженности. Также сейчас проводится создание мультисервисных сетей (объединяющих в едином пакете такие услуги, как передача данных, телефония, цифровое телевидение, видеоконференция и доступ в интернет) на основе технологии VSAT.Также важно подменить, что всего три геостационарных спутника способны охватить всю поверхность Земли. Но у геостационарных спутников также есть недостатки, наиболее важный из них : На геостационарной орбите нельзя располагать слишком большое количество спутников связи, так как иначе они начнут мешать работе друг другу. Следовательно, кроме геостационарных спутников, которые вскоре “заполонят” геостационарную орбиту нужно развивать и другие спутниковые системы-низкоорбитальные, что сейчас и происходит.Как правило, к низкоорбитальным системам спутниковой связи (ССС) (системы LEO) относят такие, для которых высота орбиты находится в пределах 700-1500 км, масса спутников до 500 кг, орбитальная группировка — от нескольких единиц до десятков спутников-ретрансляторов (СР). Низкоорбитальные системы позволяют обеспечить связь с терминалами, размещенными в полярных широтах, и практически не имеют альтернативы при организации связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения. Стоимость услуг подвижной связи низкоорбитальными системами оказывается в несколько раз дешевле аналогичных услуг, предоставляемых геостационарными системами за счет использования недорогих абонентских станций и менее дорогого космического сегмента. . Однако возникают сложности управления группировкой таких спутников и поддержания непрерывности связи.

И в заключения хочется сказать, что Современные оптико-телевизионные космические средства уже позволяют рассмотреть с орбиты предметы с размерами порядка метра и передать полученное изображение через спутники-ретрансляторы абонентам.

Читайте также: