5.7.2. Связь по методу активной ретрансляции

В настоящее время спутники связи (СС) работают по принципу активной ретрансляции. По этому принципу предусматривается передача сигнала определенной частоты с одного пункта на КА связи, где сигнал принимается, усиливается и ретранслируется на Землю, в другой пункт, но другой частотой (рис. 5.15). Для этого на СС устанавливаются соответствующие антенны, приемные и передающие устройства, источники питания и другие обеспечивающие системы. Установка подобной аппаратуры позволяет значительно уменьшить, по сравнению с пассивными СС связи, мощность передающих и чувствительность приемных наземных устройств, улучшить качество и надежность связи.

Рис. 5.15. Схема связи с использованием КА по методу активной ретрансляции

В связи с перемещением в пространстве СС не могут, всегда находится в зоне совместной видимости пунктов, между которыми обеспечивается связь. Для решения этой проблемы на орбитах необходимо иметь несколько спутников. Количество КА, необходимое для обеспечения непрерывной связи, зависит в первую очередь от орбиты спутника.

5.7.3. Структура спутниковых систем связи

В состав любой спутниковой системы связи входят следующие составляющие:

- космический сегмент, состоящий из нескольких спутников ретрансляторов;

- наземный сегмент, состоящий из центра управления системой, центра запуска КА, командно-измерительных станций, центра управления связью и шлюзовых станций;

- пользовательский (абонентский) сегмент, осуществляющий связь при помощи персональных спутниковых терминалов;

- наземные сети связи, с которыми через интерфейс связи сопрягаются шлюзовые станции космической связи.

Технические вопросы, связанные с использованием частот и расположением спутников-ретрансляторов на орбитах, решаются в рамках Международного консультативного комитета по радио (МККР) и Международного комитета по регистрации частот (МКРЧ). Для спутниковых систем выделены полосы частот, приведенные в табл. 2.

Таблица 2. Частоты, выделенные для спутниковых систем

Диапазон	Полоса частот ГГц
L	1,452-1,500; 1,61-1,71
S	1,93-2,7
С	3,4-5,25; 5,725-7,075
Kи	10,70-12,75; 12,75-14,80
Ka	14,40-26,50; 27,00-50,20
Kс	84,00 - 86,00

Пример использования различных диапазонов приведен на рис. 5.16.

Космический сегмент включает в себя несколько спутников ретрансляторов, которые образуют космическую группировку. В состав любого связного космического аппарата (КА) входят следующие элементы:

- центральный процессор;

- радиоэлектронное оборудование бортового радиотехнического комплекса (БРТК);

- системы ориентации и стабилизации;

- двигательная установка;

- система электропитания (аккумуляторы и солнечные батареи).

Спутниковые системы должны постоянно держать в поле зрения своих антенн всю поверхность Земли. Чтобы обеспечить связью абонентов не только в зоне видимости одного КА, но и на всей территории Земли, соседние спутники должны связываться между собой и передавать информацию по цепочке, пока она не дойдет до адресата. Эту задачу могут выполнять наземные шлюзовые станции, которые транслируют информацию с одного КА на другой.

Рис. 5.16. Состав системы спутниковой связи

Для надежного охвата всей территории Земли необходимо иметь большое количество спутников (обычно несколько десятков). С увеличением высоты орбиты уменьшается необходимое количество спутников, так как увеличивается время и зона видимости, что снижает стоимость орбитальной группировки и, соответственно, услуг связи. Однако при этом неизбежно усложняются и становятся более дорогими спутниковые терминалы (из-за увеличения дальности связи). Таким образом, число спутников в орбитальной группировке является результатом компромисса между стоимостью и желаемым объемом услуг связи с одной стороны, и простотой и ценой спутникового терминала - с другой.

Наземный сегмент представляет комплекс оборудования и сооружений, предназначенных для эксплуатации системы связи.

Центр управления системой осуществляет слежение за КА, расчет их координат, сверку и коррекцию времени, диагностику работоспособности бортовой аппаратуры, передачу служебной (командной) информации и т.д. Указанные функции управления выполняются на основе телеметрической (ТЛМ) информации, поступающей от каждого КА орбитальной группировки. Центр управления позволяет обеспечить решение следующих задач:

- контроль запуска и точность вывода КА на заданную орбиту;

- контроль состояния каждого КА;

- контроль и управление орбитой отдельных КА;

- контроль и управление КА в нештатных режимах работы;

- вывод КА из состава орбитальной группировки.

Передачу служебной информации на КА осуществляют через территориально-разнесенные основные и резервные станции командно-измерительной системы.

Центр управления связью планирует использование ресурса спутника, координируя эту операцию с центром управления системой. Он осуществляет через шлюзовые станции анализ и контроль связи.

Шлюзовая станция состоит из нескольких приемо-передающих комплексов (не менее 3-х), на каждом из которых имеется следящая параболическая антенна. Применение нескольких приемо-передающих комплексов позволяет практически без нарушения связи переходить последовательно от одного КА к другому. Для управления большим потоком информации в состав шлюзовой станции включены быстродействующие ЭВМ, в которых имеется банк данных персональных терминалов. В своем составе шлюзовые станции имеют коммутационное оборудование (интерфейсы связи) для соединения с различными наземными системами связи. Основной задачей любой шлюзовой станции является организация дуплексной телефонной связи, передача факсимильных сообщений, а также данных большого объема.

Персональный пользовательский терминал предназначен для предоставления услуг связи, в перечень которых могут входить:

- связь абонентов, имеющих персональные спутниковые терминалы между собой;

- связь абонентов, имеющих персональные спутниковые терминалы, с абонентами телефонной сети общего назначения, пейджинговых и сотовых сетей;

- определение местоположения абонентов.

Существуют следующие типы спутниковых терминалов:

- портативные терминалы (спутниковые телефоны);

- переносные терминалы;

- мобильные терминалы для автотранспортных, авиа и морских судов;

- малогабаритные пейджинговые терминалы;

- терминалы для коллективного пользования.

Персональные пользовательские терминалы работают в диапазоне 137 - 900 и 1970 - 2520 МГц. Средняя мощность излучения не велика и составляет 15 - 400 мВт. Наибольший интерес для пользователя представляют портативные и переносные спутниковые терминалы. Большое внимание уделяется использованию терминалов технологии VSAT (Very Small Aperture Terminal). Это система связи с малыми спутниковыми терминалами с диаметром антенны до 2,5 м. С использованием такого терминала можно построить корпоративную сеть, со скоростью передачи информации от 64 до 2048 Кбит/с.