Системы подвижной спутниковой связи

Рис.5.1с

Геостационарная орбита (ГО) — это экваториальная круговая орбита, для которой Н₃=35786 км. Спутник вращается с той же угловой скоростью, что и Земля, и поэтому наблюдателю на Земле кажется неподвижным. Связь через такой ИСЗ можно поддерживать с помощью неподвижных антенн ЗС (земных станций). Приходится периодически корректировать положение спутника на орбите.

Геостационарные спутники позволяют построить более дешевую и удобную в эксплуатации систему связи (достаточно одного ИСЗ, неподвижная антенна ЗС). Поэтому ГО очень часто отдают предпочтение. Такая орбита у Земли всего одна, и орбитальные позиции для ИСЗ на ней предоставляются по решению Всемирной административной конференции по радио (ВАКР). Занято более 100 позиций. Если точность поддержания по долготе геостационарного спутника не хуже ±1°, то на ГО можно разместить до 180 ИСЗ.

Через геостационарный спутник не могут работать ЗС, расположенные в высокоширотных районах, так как они не видны с ИСЗ (рис. 5.2). Для ЗС, расположенных на экваторе, геостационарный спутник находится в зените. Другими словами, угол местаb (угол между направлениями на горизонт и на ИСЗ) составляет 90°. В этом случае путь сигнала в атмосфере Земли самый короткий. Если же расположить ЗС на широте 81°, то ее антенна должна быть направлена на горизонт, т. е. b =0.

На практике рекомендует обеспечивать углы места не менее 3-5⁰ на частотах до 6 ГГц и 10-15° на частотах свыше 10 ГГц.

Территория, с которой виден ИСЗ при минимальных углах места, называется зоной видимости. Для геостационарного ИСЗ при b = 5° она располагается между 76 с. ш и 76° ю. ш, а по долготе занимает примерно третью часть экватора. Предположим, что на ИСЗ установлена общая приемопередающая антенна. Если ее максимум излучения ориентирован на центр Земли, т. е. антенна создает прямой луч, а ширина главного лепестка ДН около 17,3°, то все станции, расположенные в зоне видимости, могут поддерживать связь через ИСЗ. Если же на ИСЗ установлена узконаправленная антенна, то она освещает на Земле только часть зоны видимости, так называемую зону покрытия.

Рис.5.2

На рис. 5.2 зоны видимости и зона покрытия совпадают. Такая ССС имеет глобальную зону покрытия и глобальную антенну. Глобальные антенны предпочтительны в случаях, когда надо охватить связью большие территории, узконаправленные - при создании национальных ССС. На ИСЗ устанавливают вместе и те, и другие антенны, причем узконаправленные антенны могут иметь несколько лучей, образующих на Земле свои зоны покрытия. Они получили название многолучевых антенн (МЛА). Если зоны покрытия МЛА не перекрываются, то передачу во всех лучах можно вести на одной и той же частоте. Таким образом МЛА допускают многократное применение одной полосы частот и позволяют за счет этого повысить эффективность использования ГО.

Для ССС пригодны те частоты, сигналы которых не испытывают значительного ослабления в атмосфере и в гидрометеорах. Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами.

Название диапазона	Литерные Д-н частот СС частоты,ГГц	Применение
L	1-2 ГГц 1,5/1,6 ГГц	Подвижная спутниковая связь (INMARSAT)
S	2-4 ГГц 1,9/2,1 ГГц	Подвижная спутниковая связь(моб.,перс. связь)
С	4-8 ГГц 4/6 ГГц	Фиксированная спутниковая связь(глоб.,регион.св.)
X	8-12,5 ГГц 7/8 ГГц	Фиксированная спутниковая связь (для воен. целей)
Ku	12,5-18 ГГц 11/14, 12 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, сп-ое вещание
Ka	18-40 ГГц 20/30 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, межсп-ая связь

Частоты 1-10 ГГц наиболее подходят для ССС. По решению ВАКР указанный диапазон частот был первоначально выделен для ССС. Поскольку в этом же диапазоне работают РРЛ и ТРЛ, то полосы частот были поделены между ними и ССС на совмещенной основе. Кроме того, земной шар был поделен на три района, и для каждого из них выделены свои полосы частот для работы на участках Земля - Космос и Космос - Земля. Распространены ССС, работающие в диапазоне 6/4 ГГц ( 6 ГГц на участке Земля - Космос и 4 ГГц на участке Космос – Земля).

С развитием ССС емкость диапазона 1-10 ГГц стала недостаточной. Поэтому для ССС были выделены полосы частот в более высокочастотных диапазонах 14/11 ГГц, 30/20 ГГц и других, хотя потери при распространении сигналов в атмосфере на этих частотах уже не столь малы.

Ku -диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи.

Для передачи данных крупными пользователями (организациями) часто применяется C- диапазон. Это обеспечивает более высокое качество приема, но требует довольно больших размеров антенны.

Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. Для того, чтобы мощность сигнала была достаточной, применяют одно из двух решений:

1. 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.

2. 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.

С операторами персональной спутниковой связи конкурируют операторы сотовой связи.

В 2006 году запущен экспериментальный геостационарный спутник с рекордно большой площадью антенны, который предполагается использовать для отработки технологии работы спутниковой связи с мобильными устройствами, не превышающими по размерам сотовые телефоны.

Эффект Доплера п роявляется в том, что частота колебаний, принимаемых на движущемся ретрансляторе, отличается от частоты колебаний, передаваемых с ЗС. В общем случае

, (5.1)

где знак “минус” соответствует случаю, когда ИСЗ удаляется от ЗС, а знак “плюс” — случаю приближающегося ИСЗ. Эффект Доплера вызывает:

- сдвиг частоты всех спектральных составляющих на величину , называемый доплеровским сдвигом,

- изменение частоты модулирующих колебаний, называемое деформацией спектра.

Доплеровский сдвиг можно компенсировать, если в приемнике выбрать достаточно широкой полосу пропускания и применить АПЧ. Деформацию спектра компенсировать в приемнике практически невозможно.

Запаздывание сигналов в ССС объясняется прохождением гораздо большего расстояния, чем в РРЛ и ТРЛ. Длина пути радиосигнала . Время распространения сигнала между двумя ЗС . На линии связи с геостационарным ИСЗ км/3*10⁵ км/с=240 мс. При передаче телевизионных программ такое запаздывание практически не имеет значения. Однако при дуплексной связи абоненту приходится ожидать ответ в течение времени , т. е. 500... 600 мс. Из-за этого при разговоре по телефону через ИСЗ возникают вынужденные паузы, нарушается естественность речи.

Дата добавления: 2013-12-13