Наша продукция

Спутниковая связь

Спутниковые ретрансляторы

В первые годы использовались пассивные спутниковые ретрансляторы (примеры – спутники «Эхо» и «Эхо–2»), 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 оборудованы 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 спутниковых ретрансляторов

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


Экваториальные;

Наклонные;

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 не способен 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 – предельный случай наклонной (с наклонением 90°).

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.

Частотные диапазоны

Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн. Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше). Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами. К сожалению, в различной литературе точные границы диапазонов могут не совпадать.

Таблица 1: Ориентировочные значения в рекомендации ITU-R V.431–6
Название диапазона Частоты (согласно ITU-R V.431–6)Применение
L1,5 ГГцПодвижная спутниковая связь
S2,5 ГГцПодвижная спутниковая связь
С4 ГГц, 6 ГГцФиксированная спутниковая связь
XДля спутниковой связи рекомендациями ITU–R частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8–12 ГГц.Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)
Ku11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГцФиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
K 20 ГГцФиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka 30 ГГцФиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

 

Используются и более высокие частоты, но повышение их затруднено высоким поглощением радиоволн этих частот атмосферой.

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.

Модуляция и помехоустойчивое кодирование

Особенностью спутниковых систем связи является необходимость работать в условиях сравнительно низкого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:

  • – Значительной удаленностью приемника от передатчика;
  • – Ограниченной мощностью спутника (невозможностью вести передачу на большой мощности).

В связи с этим спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов.

Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя, например, импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ)

Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон.

Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией).

Наиболее распространенными видами цифровой модуляции для приложений спутниковой связи являются фазовая манипуляция и квадратурная амплитудная модуляция.

Например, в системах стандарта DVB-S2 применяются QPSK, 8-PSK, 16–APSK и 32–APSK.

Модуляция производится на земной станции.

Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну.

Спутник принимает сигнал, усиливает, иногда регенерирует, переносит на другую частоту и с помощью определённой передающей антенны транслирует на землю.

Из–за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок.

Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты свёрточных кодов (иногда в сочетании с кодами Рида-Соломона), а также турбо-коды и LDPC-коды.

Множественный доступ

Для обеспечения возможности одновременного использования спутникового ретранслятора несколькими пользователями применяют системы множественного доступа:

  • Множественный доступ с частотным При этом каждому пользователю предоставляется отдельный диапазон частот.
  • Множественный доступ с временным Каждому пользователю предоставляется определенный временной интервал (таймслот), в течение которого он производит передачу и прием данных.
  • Множественный доступ с кодовым При этом каждому пользователю выдается кодовая последовательность, ортогональная кодовым последовательностям других пользователей. Данные пользователя накладываются на кодовую последовательность таким образом, что передаваемые сигналы различных пользователей не мешают друг другу, хотя и передаются на одних и тех же частотах.

Кроме того, многим пользователям не требуется постоянный доступ к спутниковой связи. Этим пользователям канал связи (таймслот) выделяется по требованию с помощью технологии DAMA (Demand Assigned Multiple Access – множественный доступ с предоставлением каналов по требованию).

  • 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.
  • Влияние атмосферы На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере.

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). 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.

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.

В данном разделе частично использовался Материал из Википедии – свободной энциклопедии

 

В начало страницы