Спутниковая связь

 Спутниковая связь  — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными. 
 
Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает. Для передачи через спутник сигнал должен быть модулирован. Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну. 
 
  Исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. Толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи. Первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР в 1957 г., однако в силу большей закрытости космической программы развититие спутниковой связи в социалистических странах шло иначе чем в западных странах. Долгое время спутниковая связь развивались только в интересах Министерства Обороны СССР. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами социалистического блока о создании системы связи «Интерспутник» которое было подписано только в 1971 г.  
 
В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы, которые представляли собой простой отражатель радиосигнала (часто — металлическая или полимерная сфера с металлическим напылением), не несущий на борту какого-либо приёмопередающего оборудования. Такие спутники не получили распространения. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованны электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными. Нерегенеративный спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. Спутник может использовать несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами). Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому исправление ошибок производится дважды: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостаток этого метода — сложность (а значит, гораздо более высокая цена спутника), а также увеличенная задержка передачи сигнала.

Орбиты спутников связи:

 Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:

1 - экваториальные,  2 - наклонные,   3 - полярные

 Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостационарная орбита, на которой спутник вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли. Очевидным преимуществом геостационарной орбиты является то, что приемник в зоне обслуживания «видит» спутник постоянно. Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является большая высота, а значит, и большая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен обслуживать земные станции в приполярной области. 
 
Наклонная орбита позволяет решить эти проблемы, однако, из-за перемещения спутника относительно наземного наблюдателя необходимо запускать не меньше трех спутников на одну орбиту, чтобы обеспечить круглосуточный доступ к связи. 
 
Полярная орбита — При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. Станции, работающие со спутниками, находящимися на геостационарной орбите, как правило, также оборудуются такими системами, чтобы компенсировать отклонение от идеальной геостационарной орбиты. Исключение составляют небольшие антенны, используемые для приема спутникового телевидения: их диаграмма направленности достаточно широкая, поэтому они не чувствуют колебаний спутника возле идеальной точки. Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. 
 

Типовая схема  организации услуг спутниковой  связи выглядит следующим образом:

• оператор спутникового сегмента создает за счет собственных средств спутник связи, размещая заказ на изготовление спутника у одного из производителей спутников, и осуществляет его запуск и обслуживание. После выведения спутника на орбиту оператор спутникового сегмента начинает предоставление услуг по сдаче в аренду частотного ресурса спутника-ретранслятора компаниям-операторам услуг спутниковой связи.
• компания-оператор услуг спутниковой связи заключает договор с оператором спутникового сегмента на использование (аренду) емкостей на спутнике связи, используя его в качестве ретранслятора с большой территорией обслуживания. Оператор услуг спутниковой связи выстраивает наземную инфраструктуру своей сети на определенной технологической платформе, выпускаемой компаниями-производителями наземного оборудования для спутниковой связи.

Сферы применения спутниковой связи:

• Магистральная спутниковая связь: изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. Первой системой спутниковой связи стала система Intelsat, затем были созданы аналогичные региональные организации (Eutelsat, Arabsat и другие). С течением времени доля передачи речи в общем объёме магистрального трафика постоянно снижалась, уступая место передаче данных. С развитием волоконно-оптических сетей последние начали вытеснять спутниковую связь с рынка магистральной связи.
• Системы VSAT: системы VSAT (Very Small Aperture Terminal — терминал с очень маленькой апертурой антенны) предоставляют услуги спутниковой связи клиентам (как правило, небольшим организациям), которым не требуется высокая пропускная способность канала. Скорость передачи данных для VSAT-терминала обычно не превышает 2048 кбит/с. Слова «очень маленькая апертура» относятся к размерам антенн терминалов по сравнению с размерами более старых антенн магистральных систем связи. VSAT-терминалы, работающие в C-диапазоне, обычно используют антенны диаметром 1,8-2,4 м, в Ku-диапазоне — 0,75-1,8 м. В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.
• Системы подвижной спутниковой связи: особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала.

Принципы организации  спутниковой связи VSAT: 
 
Типовая схема организации спутниковой сети VSAT выглядит следующим образом:

• спутник-ретранслятор, расположенный на орбите (спутник связи)  
  
• центр управления сетью (ЦУС) компании-оператора сети VSAT, обслуживающий оборудование всей сети через спутник связи  
  
• оборудование (спутниковые модемы или терминалы) расположенное на стороне клиента и взаимодействующие с внешним миром или между собой посредством оператора VSAT в соответствие с топологией сети  
  

 Основной элемент спутниковой сети VSAT — ЦУС. Именно Центр Управления Сетью обеспечивает доступ клиентского оборудования с сети интернет, телефонной сети общего пользования, другим терминалам сети VSAT, реализует обмен трафиком внутри корпоративной сети клиента. ЦУС имеет широкополосное подключение к магистральным каналам связи, предоставляемым магистральными операторами и обеспечивает передачу информации от удаленного VSAT-терминала во внешний мир. ЦУС оборудован мощным приемо-передающим комплексом, транслирующим все информационные потоки сети на спутник связи. В состав ЦУС входит каналообразующее оборудование (спутниковая приемо-передающая антенна, приемо-передатчики и пр) и HUB (центр обработки и коммутации всей информации в сети VSAT) 
 
На рисунке показана типовая схема организации сети VSAT 
                           Принципы организации подвижной спутниковой связи: 
 
Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего мобильного спутникового приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений:

• Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat (основной задачей которой является предоставление услуг связи морским судам) и некоторыми региональными операторами персональной спутниковой связи (Thuraya).
• Множество спутников располагается на наклонных или полярных орбитах. При этом требуемая мощность передатчика не так высока, и стоимость вывода спутника на орбиту ниже. Однако такой подход требует не только большого числа спутников, но и разветвленной сети наземных коммутаторов. Подобный метод используется операторами Iridium и Globalstar.

Спутниковая связь  Inmarsat

 Система Inmarsat - это система стационарной спутниковой связи, что само по себе уже определяет направления ее использования. Система широко используется на морских и речных судах, кроме того, пользователями системы являются транспортные компании, авиалинии, авиапассажиры и органы управления воздушным движением, работники государственных учреждений, подразделения гражданской обороны, спасательные организации и подразделения министерства по чрезвычайным ситуациям, а также главы государств.

Inmarsat - первая и проверенная временем система мобильной спутниковой связи (существует более 25 лет). Сейчас функционирует уже третье поколение системы. Четыре геостационарных спутника обеспечивают покрытие всего земного шара за исключением полюсов. Звонок с терминала Inmarsat попадает на спутник, который спускает его на наземную станцию (LES). LES отвечает за перенаправление звонков в/за телефонных сетей общего пользования и Интернет. Если в каком-либо районе наблюдается повышенная активность абонентов, спутник выделяет несколько дополнительных лучей на работу с этим регионом.

В дополнение к стандартным  телефонам система поддерживает оборудование, позволяющее отслеживать  местонахождение абонентов. Терминалы  стандарта Inmarsat-применяются как для передачи текстовых сообщений, так и для мониторинга подвижных объектов (судов, автомобилей, самолетов). Система применяется для обеспечения безопасности мореплавания (ГМССБ) и для управления воздушным движением.

Услуги, доступные для  абонентов системы спутниковой  связи Inmarsat:

• Телефон
• Факс
• Электронная почта
• Передача данных (в.т.ч. высокоскоростная)
• Телекс (для некоторых стандартов)
• GPS

Достоинства системы спутниковой  связи Inmarsat:

• Работает на всей территории земного шара, кроме полярных областей
• Является официальной системой обеспечения безопасности мореплавания
• Достаточно конфиденциальна
• Простая в использовании, есть подробные инструкции на русском языке
• Есть онлайновая биллинговая система, позволяющая из любой точки планеты посмотреть через Интернет состояние своего счета, подробную статистику телефонных звонков, распечатать ее
• Большое количество дополнительных аксессуаров, включая автомобильные комплекты, факсы и другое
• Входящие звонки - бесплатно

Недостатки системы спутниковой  связи Inmarsat:

• Относительно высокая стоимость телефонов (от $3000)
• Относительно высокая стоимость исходящих звонков ($2.80)
• Относительно большие размеры и вес терминалов (размером с ноутбук, весом около 2 кг)
• Необходимость получения разрешения на использование телефона на территории каждой конкретной страны (компания ТЕССКОМ продает телефоны с разрешением на использование на территории России, получение же разрешения на использование телефона на территории других стран может занять некоторое время из-за необходимости оформления большого количества документов, уплаты пошлин и т.д.)

Спутниковая связь  Thuraya

Система изначально рассчитана на обслуживание региона с 1,8 миллионов  потенциальных абонентов. Состоящая  из двух спутников, она рассчитана на обслуживание 13,750 телефонных каналов  одновременно. Система адаптирована под использование как спутниковых, так и сотовых каналов связи. Часто позвонить через спутник  выгоднее, чем по роумингу, более  чем в 5 раз. Доступна на 35% территории РФ.

Услуги, доступные для  абонентов системы спутниковой  связи Thuraya:

• Телефон
• Электронная почта
• Передача данных
• GPS

Достоинства системы спутниковой  связи Thuraya:

• Небольшой размер телефонов
• Относительно невысокая стоимость телефонов (от $866)
• Единый номер для спутниковой и сотовой связи
• Небольшая стоимость звонков (исходящие - от $0.25, входящие в спутниковом режиме - бесплатно)