Спутниковая связь — вид радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников Земли (ИСЗ) в качестве ретрансляторов.
В 1957 году запустили первый спутник. Там стояли два передатчика на разных частотах, который передавал сигнал “БИП, БИП, БИП”. Это был первый, официальный, известный спутник, который преодолел первую космическую скорость (7 844 м/с на высоте 100 км) и вышел на орбиту сделав несколько витков. Это был шар в котором был аккумулятор, два передатчика и антенна.
Потом оказалось, что с помощью спутника можно осуществлять связь, причем связь практически не ограниченная по расстоянию в пределах Земного шара. Низкочастотные радиоволны не проходят за ионосферу, они отражаются либо огибают Земной шар.
Когда переходим в УКВ диапазон часть энергии начинает проходить через ионосферу и уходить в космическое пространство. Это ограничивает связь по дальности на Земном шаре, но позволяет связываться с космическими аппаратами, а космический аппарат может связаться с наземными станциями, которые могут передавать ему сигнал и принимать сигнал со спутника. В зависимости от системы связи, земная станция может быть стационарной и подвижной, что не ограничивает использование спутниковой связи никаким образом.
Спутники используются, как ретрансляторы. Использование ИСЗ позволяет резко увеличить дальность радиосвязи, так как ретранслятор располагается высоко над Землей, от сотен до десятков тысяч км.
Спутники связи эта та часть космической программы человечества от которой есть польза для всех людей. Вот Гагарин слетал в космос и этим было доказано, что человека можно запустить в космос и он вернется живым и с непомутненным рассудком. Хотя, когда отправили второго космонавта Титова, это на уровне слухов, у него с головой было не все в порядке, Гагарин сделал один виток, может быть испугаться не успел, а Титов 17 витков. Но теперь люди сидят год на космической станции и все нормально.
Спутниковая связь, виды, система, оборудование, средства, орбиты, диапазоны спутниковой связи.
Спутниковая связь – это один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании в качестве ретрансляторов искусственных спутников Земли, как правило, специализированных спутников связи.
Спутниковая связь. Космическая спутниковая связь. Технология спутниковой связи
Принцип спутниковой связи. Система, оборудование, средства и станции спутниковой связи
Развитие спутниковой связи. История развития в СССР
Использование спутниковой связи. Особенности эксплуатации спутников связи
Орбиты спутниковой связи. Орбиты космических спутников связи
Диапазоны частот спутниковой связи. Виды спутниковой связи
Сколько каналов может организовать один спутник связи? Система спутниковой связи
«Небо» динамичнее, а «море» выгоднее
Аналитическая компания Euroconsult прогнозировала рост количества оборудованных спутниковыми системами ШПД самолетов с 7400 штук в 2017 году до 23 000 штук в 2023-м, а проникновение услуги — с 30% до 60%. У крупных игроков рынка — Eutelsat, Inmarsat, Intelsat, SES — сектор подвижной спутниковой связи демонстрировал наилучшую динамику, хотя видеотрансляция по-прежнему приносит этим операторам основную выручку.
Морской сегмент рынка развивался медленнее, чем авиационный, но приносил больше денег. Согласно прогнозу NSAR, количество судов, оборудованных VSAT-системами, вырастет с 25 000 штук в 2021 году до 50 000 штук в 2023-м.
Спутниковая связь. Космическая спутниковая связь. Технология спутниковой связи:
Спутниковая связь знаменует собой новый этап развития передовых технологий, который неразрывно связан с освоением космического пространства.
Определение спутниковой связи достаточно убедительно звучит в следующей формулировке: спутниковую связь необходимо приравнять к разновидности космической радиосвязи, которая основана на использовании специальных ретрансляторов – искусственных спутников связи.
Спутниковая связь – это один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании в качестве ретрансляторов искусственных спутников Земли, как правило, специализированных спутников связи.
Радиосигнал ретранслируется небольшими космическими аппаратами, которые движутся вокруг Земли по определенной траектории.
Аппарат, выведенный на орбиту в интересах обеспечения ретрансляции и обработки радиосигнала, получил название искусственного спутника связи (сокращенно ИСС). На борту искусственного спутника связи монтируется сложная ретрансляционная аппаратура: блоки приема/передачи сигнала, а также узконаправленные антенны, работающие на определенных частотах. Работа искусственного спутника связи состоит в приеме сигнала, его усилении, частотной обработки и ретрансляции в направлении земных станций, пребывающих в зоне видимости аппарата. Спутник-ретранслятор – автономное устройство, способное обеспечивать свое местопребывание в заданной точке пространства и потребляющее электроэнергию от бортовых источников питания. Система стабилизации обеспечивает заданную ориентацию антенны спутниковой связи. Передачу на Землю данных о положении космического аппарата, прием управляющих команд обеспечивает телеметрическое оборудование.
Ретрансляция полученного радиосигнала может реализовываться с запоминанием и без запоминания, что обусловлено непостоянным пребыванием спутника в зоне видимости земных станций.
На сегодняшний день системы спутниковой связи являются неотъемлемой частью телекоммуникационных магистралей мира, связавших континенты и страны.
Принципы работы
Не лишним будет рассмотреть принципы работы спутниковых систем. Они имеют специальные антенны, которые находятся на объекте. Они способны при помощи своих функций и определенных технологий вычислять расстояние от этой антенны до спутника, который находится на орбите. При этом делается это с максимальной точностью. Для того, чтобы обеспечить расшифровку данных, следует использовать таблицу, которая называется альманах. При этом ее нужно сохранить в памяти самого устройства, которое получает сигналы, и указать расположение спутников. Если таблица не устарела, то вычислить, где находится прибор, будет довольно легко путем небольших геометрических расчетов. Для того чтобы их совершить, необходимо получить сигналы с, как минимум, трех спутников.
Однако что делать, если нужно получить местонахождение объекта, который расположен над поверхностью? Для этого необходима информация с четвертого спутника. Все данные обрабатываются наземными блоками, которые обеспечивают вывод нужных координат. Надо заметить, что данные обязательно требуют корректировки. Это связано с тем, что на них может влиять атмосферное давление, температура окружающей среды и так далее. К сожалению, эти факторы имеют свойство добавлять погрешности, которая может быть минимальной (30 м) или максимальной (100 метров).
Для того чтобы уменьшить неточность, можно также использовать специальный режим GPS. Он называется дифференциальным. Благодаря этому можно передать поправки, которые будут определять местонахождение объекта до 1 см. При этом любая спутниковая система сможет накапливать и обрабатывать данные, которые были получены не за один период. Именно поэтому любой ученый и работающий со спутниковыми системами может с легкостью даже через время узнать скорость объекта, а также его траекторию пути и так далее.
Принцип спутниковой связи. Система, оборудование, средства и станции спутниковой связи:
Принцип спутниковой космической связи предполагает передачу/прием радиосигнала с использованием базовых наземных или подвижных станций через спутниковый ретранслятор. Данная специфика обеспечения прохождения радиоволн обусловлена кривизной земной поверхности, препятствующей прохождению радиосигнала. Иными словами, в зоне прямой видимости радиосигнал с одной станции на другую транслируется без задержек. Однако, если стоит задача получить сигнал за многие тысячи километров от передающей станции, то требуется ретранслятор, направляющий сигнал под соответствующим углом на приемную станцию.
По своей сути, спутниковая связь через устройство-ретранслятор является типовой аналогией радиорелейной связи, только в этом случае, ретранслятор располагается на значительном расстоянии (высоте) от земной поверхности, исчисляемой тысячами километров. Если для организации радиосвязи на большие расстояния в разные места земного шара требовалось множество наземных ретрансляторов, то с появлением космических спутников их количество сократилось в разы. Теперь для трансляции радиосигнала с одной материковой части на другую требуется всего один спутник.
Спутниковая связь, в целом, обеспечивается целым комплексом взаимосвязанных элементов системы связи: спутниками-ретрансляторами; стационарными земными станциями спутниковой связи на земной поверхности; центром управления спутниковой связи (ЦУСС) и др. элементами системы.
Для эффективной передачи радиосигнала на большие расстояния аналоговый сигнал не подходит вследствие большой шумовой нагрузки, поэтому его предварительно оцифровывают (т.н. цифровая спутниковая связь), а затем передают на спутник. Для исправления ошибок используют схемы помехоустойчивого кодирования.
На сегодняшний день прием/передачу TV-сигнала и радиовещания на территории РФ обеспечивают спутниковые системы связи (ССС). Спутниковая связь, является ключевым элементом взаимоувязанной сети связи РФ. В состав спутниковой системы связи вошли два базовых компонента – наземный и космический.
Пандемия не утопила корабли, но сбила самолеты
Авиационный VSAT по темпам развития уверенно обгонял морской до февраля — марта 2021 года, а потом ситуацию резко поменяла пандемия коронавируса. Авиакомпании сократили количество полетов, и ШПД на борту им стал не нужен. У морских же перевозчиков, несмотря на аналогичное снижение активности, спрос на коммуникационные услуги, наоборот, начал расти. Согласно прогнозу NSR, морской VSAT в 2020 году потребует на 7% больше спутниковой емкости, чем в 2019-м. В отчете утверждается, что и круизные, и торговые морские суда остались в онлайне, даже если их эксплуатация сокращена или полностью прекращена. Судовладельцы внедряют облачные решения, стремясь обеспечить экипажам безопасные условия работы.
Относительно авиационного сектора NSR считает, что все планы по оснащению бортов спутниковыми системами ШПД отложены, но не отменены. После возобновления авиаперевозок пассажирам все равно потребуется интернет-доступ в полете. 2021 и 2021 годы для отрасли будут непростыми, но затем, прогнозирует NSR, к 2029 году рынок вырастет в два раза, а его годовой доход составит $5 млрд.
Правда, и морские, и авиационные перевозчики остались без перспективной системы, на которую они рассчитывали, особенно для работы в Арктическом регионе: компания OneWeb подала на процедуру банкротства, а ее спутниковый сервис должен был стартовать в начале 2021 года. Если говорить про оператора другой низкоорбитальной системы, Starlink, то компания SpaceX не отказывается от своих амбициозных планов, но морские и авиационные перевозчики пока не выражают по поводу Starlink серьезных ожиданий. Впрочем, и классические геостационарные системы высокой пропускной способности (HTS) способны придать стимул развитию связи с подвижными объектами. Несмотря на продолжающуюся пандемию, появляется информация о контрактах на аренду емкости HTS с тем, чтобы морские перевозчики (увы, не российские) могли увеличить пропускную способность каналов на своих судах. А с появлением спутников сверхвысокой пропускной способности (в частности, Viasat-3) или со сверхгибкой полезной нагрузкой (Eutelsat Quantum) эта отрасль должна выйти на новый виток развития.
Подпишитесь на канал «Телеcпутника» в Telegram: перейдите по инвайт-ссылке или в поисковой строке мессенджера введите @telesputnik, затем выберите канал «ТелеСпутник» и нажмите кнопку +Join внизу экрана.
Также читайте «Телеcпутник» во «ВКонтакте», Facebook , «Одноклассниках» и Twitter.
И подписывайтесь на канал «Телеспутника» в .
Развитие спутниковой связи. История развития в СССР:
Первый искусственный спутник Земли был выведен на орбиту в 1957 году. Вес космического аппарата составлял всего лишь 83,6 кг. Управление спутником осуществлялось через миниатюрный блок – радиопередатчик-маяк. Успешные результаты приема/передачи радиосигнала в открытом космосе позволили реализовать дальновидные планы, предусматривающие использование ИСС в качестве активного и пассивного ретранслятора радиосигнала. Однако, чтобы реализовать столь перспективные планы, необходимо было создать такие космические аппараты, которые могли нести достаточный вес (разнообразную приемо-передающую аппаратуру). Кроме того, чтобы вывести на орбиту искусственный спутник, нужны были мощные ракетные двигатели и оборудование. После того, как российскими инженерами были решены эти проблемы, появилась возможность запускать в открытый космос ИСС для проведения научных и исследовательских работ, решения навигационных, метеорологических, разведывательных задач, а также для обеспечения стойкого канала связи для передачи радиосигналов на большие расстояния. Процесс формирования спутниковой системы связи (ССС) активизировался после запуска первого искусственного спутника. В рамках реализации данной концепции на земной поверхности начали строить базовые приемо-передающие станции, оснащенные параболическими антеннами. Диаметр антенны достигал 12 метров, что позволило обеспечить стойкий прием и передачу радиосигнала. В 1965 году российскими инженерами удалось обеспечить получение телевизионных программ во Владивостоке, транслируемых из Москвы через ССС.
В 1967 году после тестирования и доведения технической мощности до требуемых параметров была введена в строй система спутниковой связи «Орбита». В 1975 году на круговую орбиту был выведен космический спутник «Радуга». Расстояние от земной поверхности до искусственного летательного аппарата составило почти 36 км. Направление вращения планеты и спутника практически совпадало, поэтому ИСС буквально «парил» над Землей, оставаясь неподвижным на протяжении суток. Данное техническое решение упрощало передачу управляющих команд на космический аппарат и гарантировало функционирование стабильного канала приема/передачи радиоволн. В последующем на орбиту был выведен более совершенный ИСС «Горизонт».
Результаты эксплуатации ИСС «Орбита» показали неэффективность обслуживания радиосигнала в интересах трансляции телепрограмм в небольших населенных пунктах, насчитывающих несколько десятков тысяч человек местных жителей. Поэтому, приоритет был предоставлен компактным наземным станциям приема-передачи сигнала, обслуживаемым ССС «Экран». Искусственный спутник данной системы спутниковой связи был выведен на околоземную орбиту в 1976 году. Теперь программы центрального телевидения могли смотреть люди даже в отдаленных местах Сибири и Дальнего Востока.
В 80-х годах прошлого века через ИСС «Горизонт» активно эксплуатировалась система спутниковой связи «Москва».
Каким будет интернет от Илона Маска?
«Пользователи могут рассчитывать на скорость передачи данных в 50-150 Мбит/с и задержку сигнала в 20-40 мс в ближайшие несколько месяцев», — говорится на сайте Starlink.
Это не максимум, который компания может предложить. По мере совершенствования инфраструктуры параметры интернета будут увеличиваться.
«По мере запуска большего количества спутников, установки новых наземных станций и улучшения сетевого программного обеспечения, скорость передачи данных, задержки и время безотказной работы значительно улучшатся», — сообщается на сайте компании.
Скорость скачивания составляет около 80 Мбит/с, и она существенно выросла с сентября. Кроме того, это в принципе достойный показатель на фоне других спутниковых провайдеров. К примеру, операторы Viasat и HugheNet обеспечивают лишь четверть от этого.
Starlink против двух спутниковых провайдеров. Скорость передачи данных многократно выше.
Задержка в среднем составляет 42 мс. Это чуть больше, чем обещала SpaceX в рамках бета-теста, и в два-три раза больше, чем у большинства наземных сетей. Только это чуть ли не в 20 раз ниже, чем у тех же спутниковых провайдеров HughesNet и Exede.
Starlink совершенствуется с каждым месяцем — скорость загрузки и выгрузки данных растет с каждым месяцем.
Использование спутниковой связи. Особенности эксплуатации спутников связи:
В начальный период освоения околоземного пространства в интересах ретрансляции радиосигнала в космос запускались простейшие спутники, содержащие минимум аппаратуры на борту (космические спутники «ЭХО» и «ЭХО-2»). В качестве ретранслятора использовалась металлическая сфера корпуса, обладающая отражающим действием. Нередко в качестве отражателя использовалась полимерная сфера с металлическим напылением. Коэффициент полезного действия подобных устройств был чрезвычайно низким, поэтому пассивные искусственные спутники должного развития не получили. Их полной противоположностью стали активные искусственные спутники, имеющие внутри сложную электронную начинку, предназначенную для приема, обработки, усиления и передачи радиосигнала в любую точку земного шара.
По способу обработки радиосигнала космические спутники классифицируются на два типа: регенеративные и нерегенеративные ИСС.
Регенеративные спутники связи осуществляют более объемный набор операций – на стадии приема сигнала производит его демодуляцию, а в момент ретрансляции осуществляет его модуляцию. Такой способ обработки радиосигнала требует дополнительного оборудования и характеризуется достаточной сложностью. Регенеративные спутники отличаются высокой стоимостью.
Нерегенеративные спутники связи обеспечивают простейший набор операций с радиосигналом. В момент приема сигнала от земной станции – искусственный спутник связи обеспечивает его усиление и перенос на другую частоту. В последующем, радиосигнал ретранслируется на другую земную станцию. Спутник может одновременно принимать и передавать множество радиосигналов по разным каналам (транспондерам). Каждому каналу отводится выделенная часть спектра. Недостатком метода является заметная задержка ретранслируемого радиосигнала, обусловленная двойным регламентом исправлением ошибок.
Орбиты спутниковой связи. Орбиты космических спутников связи:
На данный момент существует следующая классификация орбит спутниковых ретрансляторов.
Экваториальная орбита спутниковой связи. Характерной особенностью экваториальной орбиты выступает геостационарный подход, заложенный в основу предложенной технологии. Сущность подхода заключается в том, что угловая скорость спутника-ретранслятора и Земли не только совпадают, но и осуществляются в одном направлении. Иными словами, направление движения спутника и вращения нашей планеты идентичны. Главный плюс экваториальной орбиты заключается в том, что земной приемник постоянно пребывает на связи со спутником. В этом случае спутник, будто находится на одном месте, поэтому радиоволны не встречают препятствий.
К недостаткам предложенного варианта обращения спутника связи относится следующее:
– поскольку на орбиту одновременно выводится сотни и тысячи разных спутников, возрастает риск столкновения их друг с другом, поэтому приходится тщательно рассчитывать и контролировать их траектории;
– большая высота (около 36 тыс. км) вывода спутников на орбиту приводит к существенным задержкам при передаче полезной информации (эффект запаздывания радиосигнала);
– значительная высота вывода спутников на орбиту требует существенных материальных затрат;
– невозможность обслуживания земных станций в приполярных областях.
Наклонная орбита спутниковой связи представляет собой более сложный вариант движения в космическом пространстве и взаимодействия спутника с земными станциями.
В рамках предложенной схемы земные станции оборудуются специальными приборами слежения, которые облегчают поиск космического ретранслятора на околоземной орбите и обеспечивают коррекцию угла поворота антенного зеркала. Важным плюсом данного подхода является опция постоянного сопровождения спутника. Иными словами, земная станция постоянно контролирует местоположение спутника и «ведет» его по небосклону. Новшество полностью оправдывает себя в предаварийных и форс-мажорных ситуациях, когда владельцы спутников по разным причинам не контролируют их местоположение.
Полярная орбита спутниковой связи отождествляется с частным случаем наклонной орбиты и предполагает наклон к плоскости экватора в 90°.
Диапазоны частот спутниковой связи. Виды спутниковой связи:
Земные станции передают радиосигнал на спутник в определенном диапазоне. Специфика данного процесса обусловлена тем, что диапазон частот на передачу радиосигнала с земной станции отличается от частотного спектра сигнала, ретранслируемого со спутника. Иными словами, для передачи радиосигнала используется один диапазон частот, а для ретрансляции – другой. Данная особенность поясняется тем, что слои атмосферы по-разному пропускают радиосигнал, активизируя процесс затухания и поглощения сигнала. Диапазоны частот спутниковой связи определяются “Регламентом радиосвязи”, при этом принимается во внимание специфика “окон прозрачности для радиоволн” атмосферы, уровень радиопомех и влияние др. факторов.
Диапазоны частот, используемые в спутниковой связи, обозначаются специальными буквами.
Для L-диапазона выделяется полоса частот 1, 5-1,6 ГГц, сфера применения подвижная спутниковая связь (ПСС).
Для S-диапазона выделяется полоса частот 1, 9-2,2 и 2,4-2,5 ГГц, сфера использования подвижная спутниковая связь (ПСС).
Для C-диапазона выделяется полоса частот 4-6 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС).
Для Ku-диапазона выделяется полоса частот 11, 12, 14 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС), спутниковое вещание.
Для K-диапазона выделяется полоса частот 20 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС), спутниковое вещание.
Для Ka-диапазона выделяется полоса частот 30 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС), подвижная спутниковая связь (ПСС), связь между спутниками.
Для ENF-диапазона выделяется полоса частот 40-50 ГГц, сфера применения – фиксированная спутниковая связь (ФСС), перспектива.
Более высокое качество приема радиосигнала обеспечивает C-диапазон, однако для этого требуется антенна с увеличенным диаметром тарелки.
Основные элементы
Следует рассмотреть, какие элементы включают в себя спутниковые системы. Они имеют наземные системы контроля. Помимо этого, ими можно управлять с самой планеты, устанавливая координаты каждого спутника. Также довольно быстро получается информация с них. Имеется приемное оборудование, которое необходимо для максимального обеспечения получения данных. Установлены радиомаяки. Они обеспечивают работу системы, которая увеличивает точность, с которой определяются координаты. Есть радиосистема, которая позволяет передавать какие-либо поправки к ранее указанным координатам. Также создаются орбитальные группировки, которые могут включать в себя от 2 до 30 спутников, они необходимы для излучения особенных сигналов.
