Области 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. VSAT (Very Small Aperture Terminal)- малая спутниковая наземная станция, то есть терминал с маленькой антенной, используется в спутниковой связи с начала 90-х годов. Системы VSAT 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.

Рисунок 3.14 – Система VSAT

Потребителей российского рынка VSAT можно разделить на четыре сегмента:

1. Государственные учреждения 2. Крупные корпорации с разветвленной сетью филиалов и представительств. 3. Средний и малый региональный бизнес. 4. Частные пользователи.

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. Антенна показана на рис. 3.9.

В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.

Сеть спутниковой связи на базе VSAT включает в себя три основных элемента: центральная земная станция (при необходимости), спутник-ретранслятор и абонентские VSAT терминалы (рис.3.14).

Центральная земная станция в сети спутниковой связи выполняет функции центрального узла и обеспечивает управление работой всей сети, перераспределение ее ресурсов, выявление неисправностей, тарификацию услуг сети и сопряжение с наземными линиями связи. Обычно ЦЗС устанавливается в узле сети, на который приходится наибольший трафик. Это может быть, например, главный офис или вычислительный центр компании в корпоративных сетях, или же крупный город в региональной сети.

Типы управления. При централизованном управлении такой сетью центр управления сетью (ЦУС) выполняет служебные функции контроля и управления, необходимые для установления соединения между абонентами сети, но не участвует в передаче трафика. Обычно ЦУС устанавливается на одной из абонентских станций сети, на которую приходится наибольший трафик.

В децентрализованном варианте управления сетью ЦУС отсутствует, а элементы системы управления входят в состав каждой VSAT станции. Подобные сети с распределенной системой управления отличаются повышенной "живучестью" и гибкостью за счет усложнения оборудования, расширения его функциональных возможностей и удорожания VSAT терминалов. Эта схема управления целесообразна лишь при создании небольших сетей (до 30 терминалов) с высоким трафиком между абонентами.

Абонентская станция VSAT Абонентский VSAT терминал обычно включает в себя антенно-фидерное устройство, наружный внешний радиочастотный блок и внутренний блок (модем). Внешний блок представляет собой небольшой приемопередатчик или приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс УАТС и т.д.).

Спутники ретрансляторы сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов. Это позволяет максимально упрощать конструкцию абонентских терминалов и снабжать их простыми фиксированными антеннами без системы слежения за спутником. Спутник принимает сигнал от земной станции, усиливает его и направляет назад на Землю. Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Для обеспечения работы через малогабаритные абонентские станции типа VSAT требуются передатчики с выходной мощностью около 40 Вт. Современные VSAT работают как правило в Ku диапазоне частот 11/14 ГГц (одно значение частоты на прием, другое на передачу), также есть системы использующие С диапазон 4/6 ГГц, также сейчас осваивается Ка диапазон 18/30 ГГц.

Современные VSAT имеют один и более портов Ethernet и встроенные функции маршрутизатора. Некоторые модели, посредством расширения могут оснащаться 1-4 телефонными портами.

Спутниковый модем. DVB-карта — компьютерная плата расширения, предназначенная для приёма данных со спутника, своеобразный «спутниковый модем». Он может быть с интерфейсом PCI, PCI-E или USB, выбор зависит от того, что вам удобнее подключать к компьютеру

DVB-карта устанавливается в свободный PCI-слот или USB-порт компьютера и подключается коаксиальным кабелем к конвертеру спутниковой антенны, то есть выполняет функции классического спутникового ресивера и передаёт полученные данные другим узлам компьютера. В целом, процесс установки и настройки DVB-карты ничем не отличается от установки любого другого устройства.

Основные производители VSAT в мире:

Codan (Австралия);

Hughes Network System (США) — HughesNet (DirecWay), HX;

Gilat (Израиль) - SkyEdge;

ViaSat (США);

iDirect(США);

NDSatCom (Германия).

Типичная стоимость VSAT для конечного клиента около 2500..3000 долларов США.

Краткий список VSAT-сервисов:

Интернет через спутник

Дистанционное обучение

Сельская связь

Телемедицина

Служба чрезвычайных ситуаций

Закрытые группы пользователей государственных служб

Национальные и многонациональные сети

Широкополосная передача данных

Широковещательные службы

Службы правительственных и корпоративных организаций

Службы расширения инфраструктуры ТфОП

Службы рассылки новостей

Коллективный доступ в Интернет

Мультикастинг (циркулярная рассылка информации)

Рисунок 3.15 - DVB-карта (PCI) TT-budget S-1401

Системы подвижной спутниковой связи. Владельцы мобильных телефонов при всех их возможностях могут звонить лишь там, где оборудованы станции мобильной связи. А что делать там, где таких станций нет? Выход только один – использовать телефоны спутниковой связи, дающие возможность звонить практически из любой точки мира. Как понятно из названия связи, соединение происходит не через наземные станции, а через спутники, находящиеся на околоземной орбите.

Спу́тниковый телефо́н — мобильный телефон, передающий информацию напрямую через специальный коммуникационный спутник. В зависимости от оператора связи, областью охвата может быть или вся Земля, или только отдельные регионы. Связано это с тем, что используются либо низколетящие спутники, которые при достаточном количестве покрывают зоной охвата всю Землю, либо спутники на геостационарной орбите, где они не двигаются относительно Земли и не «видят» её полностью.

По размеру спутниковый телефон сравним с обычным мобильным телефоном, выпущенным в 1980х-1990х годах, но обычно имеет дополнительную антенну. Существуют также спутниковые телефоны в стационарном исполнении. Такие телефоны используются для связи в зонах, где отсутствует сотовая связь.

Номера спутниковых телефонов обычно имеют специальный код страны. Так, в системе Inmarsat используются коды с +870 по +874, в Iridium +8816 и +8817. На сегодняшний день спутниковая связь представлена в мире различными системами со своими достоинствами и недостатками. Что же касается России, то пока на ее территории доступными являются системы Инмарсат, Турайя, Глобалстар и Иридиум.

Инмарсат (Inmarsat) - первый и пока единственный оператор мобильной спутниковой связи, предлагающий все услуги современной спутниковой связи на водных пространствах, на земле и в воздухе.

Рисунок 3.16- Телефон системы Inmarsat

Турайя (Thuraya) - мобильная спутниковая связь, покрывающая одну треть земного шара и предлагающая недорогие звонки своим абонентам с ценой от $0,25 за минуту исходящего звонка и бесплатные входящие (по спутнику).

Рисунок 3.17 - Спутниковые телефоны Thuraya

Спутниковые телефоны Турайя совмещены с сотовыми, в которых есть приемник GPS, определяющий местонахождение с точностью до 100 метров. Связь доступна на 1/3 территории России.

Глобалстар (Globalstar) – это спутниковая связь нового поколения.

Рисунок 3.18 - Спутниковые телефоны Globalstar

Глобалстар предоставляет телефонную связь в тех районах Зземли, где раньше ее не было вообще или были серьезные ограничения в ее использовании и дает возможность звонить или обмениваться данными в практически любом районе планеты.

Иридиум (Iridium) – предоставляет беспроводную спутниковую сеть, обеспечивающую телефоннию везде и всегда. Связь от Иридиума покрывает всю поверхность Земли. В России сеть Иридиум доступна на всей территории, однако пока на обладает лицензией предоставлять услуги на территории РФ.

Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала.

Для того чтобы мощность сигнала, достигающего приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений. Спутники располагаются на геостационарной орбите.

Рисунок 3.19 - Спутниковые телефоны Iridium

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 (например, 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.

С операторами персональной спутниковой связи конкурируют операторы сотовой связи. Характерно, что как Globalstar, так и Iridium испытывали серьёзные финансовые затруднения, которые довели Iridium до реорганизационного банкротства в 1999 г.

В декабре 2006 года был запущен экспериментальный геостационарный спутник Кику-8 с рекордно большой площадью антенны, который предполагается использовать для отработки технологии работы спутниковой связи с мобильными устройствами, не превышающими по размерам сотовые телефоны.

Рисунок 3.20 – Схема мобильной связи

Принципы организации подвижной спутниковой связи. Для того чтобы мощность сигнала, достигающего мобильного спутникового приемника, 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.

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.

Оборудование клиента (мобильные спутниковые терминалы, спутниковые телефоны) взаимодействует с внешним миром или друг с другом посредством спутника-ретранслятора и станций сопряжения оператора услуг мобильной спутниковой связи, обеспечивающих подключение к внешним наземным каналам связи (телефонной сети общего пользования, сети интернет и пр.)

Спутниковый Интернет. Спутниковая связь находит применение в организации «последней мили» (канала связи между интернет-провайдером и клиентом), особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.

Особенностями такого вида доступа являются:

- Разделение входящего и исходящего трафика и привлечение дополнительных технологий для их совмещения. Поэтому такие соединения называют асимметричными.

- Одновременное использование входящего спутникового канала несколькими (например 200-ми) пользователями: через спутник одновременно передаются данные для всех клиентов «вперемешку», фильтрацией ненужных данных занимается клиентский терминал (по этой причине возможна «Рыбалка со спутника»).

По типу исходящего канала различают:

- Терминалы, работающие только на прием сигнала (наиболее дешевый вариант подключения). В этом случае для исходящего трафика необходимо иметь другое подключение к Интернету, поставщика которого называют наземным провайдером. Для работы в такой схеме привлекается туннелирующее программное обеспечение, обычно входящее в поставку терминала. Несмотря на сложность (в том числе сложность в настройке), такая технология привлекательна большой скоростью по сравнению с dial-up за сравнительно небольшую цену.

- Приемо-передающие терминалы. Исходящий канал организуется узким (по сравнению с входящим). Оба направления обеспечивает одно и то же устройство, и поэтому такая система значительно проще в настройке (особенно если терминал внешний и подключается к компьютеру через интерфейс Ethernet). Такая схема требует установки на антенну более сложного (приемо-передающего) конвертера.

И в том, и в другом случае данные от провайдера к клиенту передаются, как правило, в соответствии со стандартом цифрового вещания DVB, что позволяет использовать одно и то же оборудование как для доступа в сеть, так и для приема спутникового телевидения.

Недостатки спутниковой связи:

1. Слабая помехозащищённость. Огромные расстояния между земными станциями и спутником являются причиной того, что отношение сигнал/шум на приемнике очень невелико (гораздо меньше, чем для большинства радиорелейных линий связи). Для того, чтобы в этих условиях обеспечить приемлемую вероятность ошибки, приходится использовать большие антенны, малошумящие элементы и сложные помехоустойчивые коды. Особенно остро эта проблема стоит в системах подвижной связи, так как в них есть ограничение на размер антенны и, как правило, на мощность передатчика.

2. Влияние атмосферы. На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере[25].

3. Поглощение в тропосфере.Поглощение сигнала атмосферой находится в зависимости от его частоты. Максимумы поглощения приходятся на 22,3 ГГц (резонанс водяных паров) и 60 ГГц (резонанс кислорода)[26]. В целом, поглощение существенно сказывается на распространении сигналов с частотой выше 10 ГГц (то есть, начиная с Ku-диапазона). Кроме поглощения, при распространении радиоволн в атмосфере присутствует эффект замирания, причиной которому является разница в коэффициентах преломления различных слоев атмосферы.

4. Ионосферные эффекты. Эффекты в ионосфере обусловлены флуктуациями распределения свободных электронов. К ионосферным эффектам, влияющим на распространение радиоволн, относят мерцание, поглощение, задержку распространения, дисперсию, изменение частоты, вращение плоскости поляризации. Все эти эффекты ослабляются с увеличением частоты. Для сигналов с частотами, большими 10 ГГц, их влияние невелико. Сигналы с относительно низкой частотой (L-диапазон и частично C-диапазон) страдают от ионосферного мерцания, возникающего из-за неоднородностей в ионосфере. Результатом этого мерцания является постоянно меняющаяся мощность сигнала.

5. Задержка распространения сигнала. Проблема задержки распространения сигнала так или иначе затрагивает все спутниковые системы связи. Наибольшей задержкой обладают системы, использующие спутниковый ретранслятор на геостационарной орбите. В этом случае задержка, обусловленная конечностью скорости распространения радиоволн, составляет примерно 250 мс, а с учетом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400 мс. Задержка распространения наиболее нежелательна в приложениях реального времени, например, в телефонной связи. При этом, если время распространения сигнала по спутниковому каналу связи составляет 250 мс, разница во времени между репликами абонентов не может быть меньше 500 мс. В некоторых системах (например, в системах VSAT, использующих топологию «звезда») сигнал дважды передается через спутниковый канал связи (от терминала к центральному узлу, и от центрального узла к другому терминалу). В этом случае общая задержка удваивается.

6. Влияние солнечной интерференции. При приближении Солнца к оси спутника - наземная станция радиосигнал, принимаемый со спутника наземной станцией, искажается в результате интерференции.

Дата добавления: 2013-12-13