Основные данные о работе

Версия шаблона	1.1
Филиал	Петрозаводский
Вид работы	Курсовая работа
Название дисциплины	Сети ЭВМ и телекоммуникации
Тема	Характеристика сетей спутниковой связи
Фамилия студента	Бельков
Имя студента	Олег
Отчество студента	Евгеньевич
№ контракта	08000070602029

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………...4

1 СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ……………………………………………...6

1.1 История спутниковой связи………………………………………………………..6

1.2 Спутниковые ретрансляторы………………………………………………………7

1.3 Орбиты спутниковых ретрансляторов……………………………………………8

1.4 Зоны покрытия……………………………………………………………………...9

1.5 Модуляция и помехоустойчивое кодирование…………………………………..10

1.6 ПРИМИНЕНИЕ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ…………………………………….11

1.6.1 Магистральная спутниковая связь…………………………………………….11

1.6.2 Система VSAT…………………………………………………………………...11

1.6.3 Глобальная спутниковая система связи Globalstar…………………………...17

1.6.4 Системы подвижной спутниковой связи………………………………………21

1.7 Спутниковый интернет…………………………………………………………...22

1.8 Недостатки спутниковой связи…………………………………………………...29

Заключение……………………………………………………………………………..32

Глоссарий………………………………………………………………………………33

Список сокращений……………………………………………………………………34

Список использованных источников………………………………………………...35

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Пассивный спутник связи «Эхо-2»

ВВЕДЕНИЕ

Спутниковая связь обладает важнейшими достоинствами, необходимыми для построения крупномасштабных телекоммуникационных сетей. Во-первых, с ее помощью можно достаточно быстро сформировать сетевую инфраструктуру, охватывающую большую территорию и не зависящую от наличия или состояния наземных каналов связи. Во-вторых, использование современных технологий доступа к ресурсу спутниковых ретрансляторов и возможность доставки информации практически неограниченному числу потребителей одновременно значительно снижают затраты на эксплуатацию сети. Эти достоинства спутниковой связи делают ее весьма привлекательной и высокоэффективной даже в регионах с хорошо развитыми наземными телекоммуникациями. Более того, в настоящее время многие компании с территориально-распределенной структурой крайне заинтересованы в снижении затрат на оплату услуг связи и все чаще отказываются от услуг сети общего пользования, предпочитая создавать собственные более экономичные спутниковые сети связи. Современный рынок услуг и систем спутниковой связи изобилует широким спектром технологических решений для построения такого рода сетей.

Предварительные прогнозы развития систем персональной спутниковой связи показывают, что в начале XXI в число их абонентов составит примерно 1 млн. , а в течении следующего десятилетия - 3млн. В настоящее время число пользователей спутниковой системы Inmarsat составляет 40тыс. По данным различных источников, в России к концу 2010 года можно будет ожидать появления 500тыс. абонентов систем спутниковой персональной связи.

В последние годы в России всё активнее внедряются современные виды и средства связи. Но, если сотовый радиотелефон уже стал привычным, то аппарат персональной спутниковой связи (спутниковый терминал)пока еще редкость. Анализ развития подобных средств связи показывает, что уже в скором будущем мы станем свидетелями повседневного применения систем персональной спутниковой связи (СПСС). Близится время объединения наземных и спутниковых систем в глобальную систему связи. Персональная связь станет возможной в глобальном масштабе, т. е. будет обеспечена досягаемость абонента в любой точке мира путем набора его телефонного номера, не зависящего от местонахождения абонента. Но прежде, чем это станет реальностью, системы спутниковой связи должны будут успешно выдержать испытания и подтвердить заявленные технические характеристики и экономические показатели и процессе коммерческой эксплуатации. Что же касается потребителей, то, чтобы сделать правильный выбор, им придется научиться хорошо ориентироваться во множестве предложений.

1 СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

1.1 История спутниковой связи

В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи. Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству. Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.

В 1957 году в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли с радиоаппаратурой на борту.

12 августа 1960 года специалистами США был выведен на орбиту высотой 1500 км надувной шар. Этот космический аппарат назывался «Эхо-1». Его металлизированная оболочка диаметром 30 м выполняла функции пассивного ретранслятора.

20 августа 1964 года 11 стран подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization), но СССР в их число не входил по политическим причинам.

6 апреля 1965 года в рамках этой программы был запущен первый коммерческий спутник связи Early Bird («ранняя пташка»), произведенный корпорацией COMSAT.

По сегодняшним меркам спутник Early Bird (INTELSAT I) обладал более чем скромными возможностями: обладая полосой пропускания 50 МГц, он мог обеспечивать до 240 телефонных каналов связи. В каждый конкретный момент времени связь могла осуществляться между земной станцией в США и только одной из трёх земных станций в Европе (в Великобритании, Франции или Германии), которые были соединены между собой кабельными линиями связи.

В дальнейшем технология шагнула вперед, и спутник INTELSAT IX уже обладал полосой пропускания 3456 МГц.

В СССР долгое время спутниковая связь развивались только в интересах Министерства Обороны СССР. В силу большей закрытости космической программы развитие спутниковой связи в социалистических странах шло иначе чем в западных странах. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами социалистического блока о создании системы связи «Интерспутник» которое было подписано только в 1971 году.

1.2 Спутниковые ретрансляторы.

Впервые годы исследований 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[1]).

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.

1.3 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 больша́я высота, а значит, и бо́льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен 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.

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.

1.4 Зоны Покрытия.

Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами: пространственное разделение — каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты, поляризационное разделение — различные антенны принимают и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации, при этом одни и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей).

Типичная карта покрытия для спутника, находящегося на геостационарной орбите, включает следующие компоненты: глобальный луч — производит связь с земными станциями по всей зоне покрытия, ему выделены частоты, не пересекающиеся с другими лучами этого спутника. Лучи западной и восточной полусфер — эти лучи поляризованы в плоскости A, причем в западной и восточной полусферах используется один и тот же диапазон частот. Зонные лучи — поляризованы в плоскости B (перпендикулярной A) и используют те же частоты, что и лучи полусфер. Таким образом, земная станция, расположенная в одной из зон, может использовать также лучи полусфер и глобальный луч.

При этом все частоты (за исключением зарезервированных за глобальным лучом) используются многократно: в западной и восточной полусферах и в каждой из зон.

1.5 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.

1.6 ПРИМИНЕНИЕ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

1.6.1 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.

1.6. 2 Система VSAT

Среди спутниковых технологий особенное внимание привлекает развитие технологий спутниковой связи типа VSAT (Very Small Aperture Terminal).
На основе VSAT оборудования возможно построение мультисервисных сетей, предоставляющих практически все современные услуги связи: доступ в Интернет; телефонную связь; объединение локальных сетей (построение VPN-сетей); передачу аудио-, видеоинформации; резервирование существующих каналов связи; сбор данных, мониторинг и удаленное управление промышленным объектами и многое другое.
Немного истории. Развитие сетей VSAT начинается с того, что был запущен первый спутник связи. В конце 60-х годов в ходе экспериментов со спутником АТС-1 была создана экспериментальная сеть, состоящая из 25 земных станций, спутниковой телефонной связи на Аляске. Фирма Linkabit, одна из первых создавшая VSAT Ku-диапазона, слилась с фирмой M/A-COM, которая в последствии стала ведущим поставщиком оборудования VSAT. Hughes Communications приобрела отделение у М/А-СОМ, преобразовав его в Hughes Network Systems. На данный момент компания Hughes Network Systems, является ведущим мировым поставщиком широкополосных сетей спутниковой связи.
Сеть спутниковой связи на базе VSAT включает в себя три ключевых элемента: центральная управляющая станция (ЦУС), спутник-ретранслятор и абонентские VSAT терминалы.

Центральная управляющая станция

В состав ЦУС входит приемо-передающая аппаратура, антенно-фидерные устройства и комплекс оборудования, осуществляющий функции контроля и управления работой всей сети, перераспределение ее ресурсов, выявление неисправностей, тарификацию услуг сети и сопряжение с наземными линиями связи. Для обеспечения надежности связи аппаратура имеет как минимум 100% резервирование. Центральная станция сопрягается с любыми наземными магистральными линиями связи и имеет возможность коммутации информационных потоков, благодаря чему поддерживается информационное взаимодействие пользователей сети между собой и с абонентами внешних сетей (Интернет, сотовые сети, ТФоП и т. д.).

Спутник-ретранслятор

Сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов. Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Стандартный ствол имеет полосу пропускания 36 МГц, что соответствует максимальной пропускной способности около 40 Мбит/с. В среднем, мощность передатчиков колеблется от 20 до 100 Ватт. В России в качестве примеров спутников-ретрансляторов можно привести спутники связи и вещания "Ямал". Они предназначены для развития космического сегмента ОАО "Газком" и были установлены в орбитальные позиции 49° в. д. и 90° в. д.

Абонентские VSAT терминалы

Абонентский VSAT терминал - это небольшая станция спутниковой связи с антенной диаметром от 0,9 до 2,4 м., предназначенная, главным образом, для надежного обмена данными по спутниковым каналам. Станция состоит из антенно-фидерного устройства, наружного внешнего радиочастотного блока и внутреннего блока (спутникового модема). Внешний блок представляет собой небольшой приемо-передатчик или только приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс и т. д.).

Технология VSAT

Можно выделить два основных вида доступа к спутниковому каналу: двусторонний (дуплексный) и односторонний (симплексный, асимметричный или комбинированный).

Односторонний доступ

При организации одностороннего доступа наряду со спутниковым оборудованием обязательно используется наземный канал связи (телефонная линия, оптоволокно, сотовые сети, радиоэзернет), который используется в качестве запросного канала (еще его называют обратным каналом). Спутниковый канал используется в качестве прямого канала для получения данных на абонентский терминал (используется стандарт DVB[2]). В качестве приемного оборудования используется стандартный комплект, состоящий из приёмной параболической антенны, конвертора и спутникового DVB приемника в виде PCI-платы, устанавливаемой в компьютер или внешнего USB блока.

Рис. 1. Схема одностороннего доступа с использованием DVB-карты и телефонной линии в качестве обратного канала.

Двусторонний доступ

При организации двустороннего доступа VSAT-оборудование может быть использовано и для прямого и для обратного канала. Наличие наземных линий в данном случае не обязательно, но они также могут быть использованы (например, с целью резервирования).

Прямой канал обычно формируется в соответствии со спецификациями стандарта DVB-S и транслируется через спутник связи всем абонентским станциям сети, расположенным в рабочей зоне. В обратном канале формируются отдельные относительно низкоскоростные потоки TDMA. При этом для повышения пропускной способности сети используется так называемая многочастотная технология ТDМА (MF-TDMA), предусматривающая скачкообразные изменения частоты при перегрузке одного из обратных каналов.

Рис.2. Схема двустороннего доступа с использованием оборудования HughesNet (компании Hughes Network Systems).

Сети VSAT могут быть организованы по следующим топологиям: полносвязная («каждый с каждым»), радиальная («звезда») и радиально-узловая (комбинированная) топология. У каждой топологии свои достоинства и недостатки, выбор той или иной топологии необходимо осуществлять с учетом индивидуальных особенностей проекта. Спутниковая связь является разновидностью радиосвязи. Спутниковые сигналы, особенно высокочастотных диапазонов Ku и Ка, подвержены ослаблению во влажной атмосфере (дождь, туман, облачность). Этот недостаток легко преодолевается при проектировании системы.

Спутниковая связь подвержена помехам от других радиосредств. Однако, для спутниковой связи выделяются полосы частот, не используемые другими радиосистемами и, кроме того, в спутниковых системах используются узконаправленные антенны, позволяющие полностью избавиться от помех. Таким образом, большинство недостатков спутниковых систем связи устраняются путем грамотного проектирования сети, выбора технологии и места установки антенн.
Технология VSAT является очень гибкой системой, которая позволяет создавать сети, отвечающие самым жестким требованиям и предоставляющие широкий спектр услуг по передаче данных. Реконфигурация сети, включая смену протоколов обмена, добавление новых терминалов или изменение их географического положения осуществляется очень быстро. Популярность VSAT в сравнении с другими видами связи при создании корпоративных сетей объясняются следующими соображениями: для сетей с большим количеством терминалов и при значительных расстояниях между абонентами эксплуатационные расходы значительно ниже, чем при использовании наземных сетей

1.6.3 Глобальная спутниковая система связи Globalstar

Система Globalstar представляет собой консорциум Globalstar L. P из международных телекоммуникационных компаний Loral Space & Telecommunications, Qualcomm, Elsag Baily, Space Systems/Loral, Daimler-Benz Aerospace, Alenia, Alcatel, Hyundai, Dacom и операторов связи - France Telecom, Vodafone Goup. Консорциум был основан в 1991 году. Система Globalstar формировалась как система, предназначенная для взаимодействия с существующими сотовыми сетями, дополняя и расширяя их возможности за счет осуществления связи за пределами зон покрытия. Кроме того, система предоставляет возможность использования ее в качестве альтернативы для стационарной связи в удаленных районах, где пользование сотовой связью или сетью общего пользования по каким-либо причинам невозможно.
В России оператором спутниковой системы связи Globalstar является закрытое акционерное общество «ГлобалТел». Как эксклюзивный поставщик услуг глобальной подвижной спутниковой связи системы Globalstar, ЗАО «ГлобалТел» предоставляет услуги связи на территории всей Российской Федерации. Благодаря созданию компании ЗАО «ГлобалТел», у жителей России появилась еще одна возможность связаться через спутник из любой точки России практически с любой точкой мира. Система Globalstar предоставляет спутниковую связь высокого качества для своих абонентов с помощью 48 рабочих и 8 запасных низкоорбитальных спутников, находящихся на высоте 1410 км. (876 миль) от поверхности Земли. Система обеспечивает глобальное покрытие практически всей поверхности земного шара между 700 Северной и Южной широты с расширением до 740. Спутники способны принимать сигналы до 80% поверхности Земли, т. е. практически из любой точки земного шара за исключением полярных областей и некоторых зон центральной части океанов. Спутники системы просты и надежны.

Наземный сегмент Globalstar

Наземный сегмент системы Globalstar состоит из центров управления космическими аппаратами, центров управления связью, сети региональных наземных узловых станций сопряжения и сети обмена данными.
Станции сопряжения предназначены для организации радиодоступа пользователей системы Globalstar к центрам коммутации системы при установлении связи между пользователями системы, а также с пользователями наземных и спутниковых сетей фиксированной и подвижной связи, с операторами которых осуществляется межсетевое взаимодействие. Станции сопряжения являются частью системы Globalstar и обеспечивают надежные телекоммуникационные услуги связи для стационарных и мобильных абонентских терминалов по всей глобальной зоне обслуживания Наземные центры управления планируют графики связи для станций сопряжения, а также контролируют выделение спутниковых ресурсов каждой станций сопряжения. Центр управления спутниковым сегментом следит за системой спутников. Вместе со средствами резервного Центра он производит контроль орбит, обработку телеметрической информации и выдачу команд на спутниковую группировку. Спутники системы Globalstar непрерывно передают данные телеметрии, контролирующие исправность системы, а также информацию об общем состоянии спутников. Центр также отслеживает запуски спутников и процесс их развертывания в космосе. Центр управления спутниковым сегментом и наземные центры управления поддерживают между собой постоянный контакт через сеть передачи данных Globalstar.

Наземный сегмент Globalstar в России

Российский наземный сегмент системы Globalstar включает 3 станции сопряжения, расположенные под Москвой, Новосибирском и Хабаровском. Они покрывают территорию России от южной границы до 74 гр. с. ш. и от западной границы до 180 меридиана, обеспечивая гарантированное качество обслуживания южнее 70 параллели. Российские станции сопряжения Globalstar подключаются к сети ТФОП через узлы автоматической коммутации, имеют соединительные линии с международными центрами коммутации, а также соединены между собой цифровыми трактами "каждая с каждой". Каждая станция сопряжения интегрирована с действующими стационарными и сотовыми сетями России. Станции сопряжения имеют статус междугородной станции национальной сети Российской Федерации. Российский сегмент спутниковой системы Globalstar при этом рассматривается как новая сеть связи на территории Российской Федерации.

Технология работы системы Globalstar

Спутники работают по архитектуре "согнутой трубы" (bent-pipe) - принимая сигнал абонента, несколько спутников, используя технологию CDMA, одновременно транслируют его на ближайшую наземную станцию сопряжения. Наземная станция сопряжения, выбирает наиболее сильный сигнал, авторизует его и маршрутизирует его до вызываемого абонента.

Рис.3. Сеть спутников-ретрансляторов

Сферы применения системы Globalstar

Система Globalstar разработана для предоставления высококачественных спутниковых услуг для широкого круга пользователей, включающих: голосовую связь, службу коротких сообщений, роуминг, позиционирование, факсимильную связь, передачу данных, мобильный Интернет.

Абонентами, пользующимися портативными и мобильными аппаратами, могут стать деловые и частные лица, работающие на территориях, которые не охвачены сотовыми сетями, либо специфика работы которых предполагает частые деловые поездки туда, где нет связи или плохое качество связи.

Система рассчитана на широкого потребителя: представители средств массовой информации, геологи, работники добычи и переработки нефти и газа, драгметаллов, инженеры-строители, энергетики. Сотрудники государственных структур России - министерств и ведомств (например, МЧС), могут активно использовать спутниковую связь в своей деятельности. Специальные комплекты для установки на транспортных средствах могут быть эффективны при использовании на коммерческом автотранспорте, на рыболовных и других видах морских и речных судов, на железнодорожном транспорте и т. д.

1.6.4 Системы подвижной спутниковой связи

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. 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[3] с рекордно большой площадью антенны, который предполагается использовать для отработки технологии работы спутниковой связи с мобильными устройствами, не превышающими по размерам сотовые телефоны.

1.7 Спутниковый Интернет

Спутниковый Интернет — способ обеспечения доступа к сети Интернет с использованием технологий спутниковой связи (как правило, в стандарте DVB-S или DVB-S2).

Варианты обеспечения доступа

Существует два способа обмена данными через спутник:

· односторонний (one-way), иногда называемый также «асимметричным» — когда для приема данных используется спутниковый канал, а для передачи — доступные наземные каналы

· двухсторонний (two-way), иногда называемый также «симметричным» — когда и для приема, и для передачи используются спутниковые каналы;

Односторонний спутниковый Интернет

Односторонний спутниковый Интернет подразумевает наличие у пользователя какого-то существующего способа подключения к Интернету. Как правило это медленный и/или дорогой канал (GPRS/EDGE, ADSL-подключение там, где услуги доступа в Интернет развиты плохо и ограничены по скорости и т. п.). Через этот канал передаются только запросы в Интернет. Эти запросы поступают на узел оператора одностороннего спутникового доступа (используются различные технологии VPN-подключения или проксирования трафика), а данные, полученные в ответ на эти запросы, передают пользователю через широкополосный спутниковый канал. Поскольку большинство пользователей в основном получает данные из Интернета, то такая технология позволяет получить более скоростной и более дешевый трафик, чем медленные и дорогие наземные подключения. Объем же исходящего трафика по наземному каналу (а значит и затраты на него) становится достаточно скромным (соотношение исходящий/входящий — примерно от 1/10 при веб-серфинге, от 1/100 и лучше при загрузке файлов).

Естественно, использовать односторонний спутниковый Интернет имеет смысл тогда, когда доступные наземные каналы слишком дорогие и/или медленные. При наличии недорого и быстрого «наземного» Интернета — спутниковый Интернет имеет смысл как резервный вариант подключения, на случай пропадания или плохой работы «наземного».

Двухсторонний спутниковый Интернет

Двухсторонний спутниковый Интернет подразумевает приём данных со спутника и отправку их обратно также через спутник. Этот способ является очень качественным, так как позволяет достигать больших скоростей при передаче и отправке, но он является достаточно дорогим и требует получения разрешения на радиопередающее оборудование (впрочем, последнее провайдер часто берет на себя). Высокая стоимость двустороннего интернета оказывается полностью оправданной за счет в первую очередь намного более надежной связи. В отличие от одностороннего доступа, двусторонний спутниковый интернет не нуждается ни в каких дополнительных ресурсах (не считая электропитания, конечно же).

Особенностью «двустороннего» спутникового доступа в Интернет является достаточная большая задержка на канале связи. Пока сигнал дойдет от абонента до спутника и от спутника до Центральной станции спутниковой связи — пройдёт около 250 мс. Столько же нужно на путешествие обратно. Плюс неизбежные задержки сигнала на обработке и на то, чтобы пройти «по Интернету». В результате время пинга на двустороннем спутниковом канале составляет около 600 мс и более. Это накладывает некоторую специфику на работу приложений через спутниковый Интернет и особенно печально для заядлых геймеров.

Ещё одна особенность состоит в том, что оборудование различных производителей практически несовместимо друг с другом. То есть, если вы выбрали одного оператора, работающего на определенном типе оборудования (например, ViaSat, Hughes, Gilat EMS, Shiron и т. п.), то перейти вы сможете только к оператору, использующему такое же оборудование. Попытка реализовать совместимость оборудования различных производителей (стандарт DVB-RCS) была поддержана очень небольшим количеством компаний, и на сегодня является скорее ещё одной из «частных» технологий, чем общепринятым стандартом.

Оборудование для одностороннего спутникового Интернета

· Спутниковая плата для приема сигнала в стандарте DVB-S или DVB-S2 (DVB-карта). Может быть с интерфейсом PCI, PCI-E или USB, выбор зависит от того, что вам удобнее подключать к компьютеру. Лучше использовать платы с поддержкой DVB-S2, поскольку все больше операторов переходят на этот стандарт ;

· Спутниковая антенна («Тарелка»), такая же, как для приема спутникового ТВ, как правило достаточно антенны диаметром 90 см (но проверьте на сайте провайдера конкретно для вашей местности).

· Устанавливаеемый на антенне усилитель-конвертер (как правило — «универсальный конвертер Ku-диапазона», работающий с линейной поляризацией, но некоторые провайдеры работают в круговой поляризации, возможно также и использование C-диапазона — проверьте на сайте провайдера)

DVB-картаъ

Ядро спутникового Интернета. Осуществляет обработку данных, полученных со спутника, и выделение полезной информации. Существует множество различных видов карт, но наиболее известны карты семейства SkyStar. Основными отличиями DVB-карт на сегодняшний день является максимальная скорость потока данных. Также к характеристикам можно отнести возможность аппаратного декодирования сигнала, программную поддержку продукта.

Антенна

Существуют два типа спутниковых антенн:

· офсетные;

· прямофокусные.

Прямофокусные антенны представляют собой «блюдце» с сечением в виде окружности; приемник расположен прямо напротив его центра. Они сложнее офсетных в настройке и требуют подъёма на угол спутника, из-за чего могут «собирать» атмосферные осадки. Офсетные антенны за счёт смещения фокуса «тарелки» (точки максимального сигнала), устанавливаются практически вертикально, и потому проще в обслуживании. Диаметр антенны выбирается в соответствии с метеоусловиями и уровнем сигнала необходимого спутника.

Конвертер (LNB)

Конвертер выполняет роль первичного преобразователя, который преобразовывает СВЧ-сигнал со спутника в сигнал промежуточной частоты. В настоящее время большинство конвертеров адаптировано к длительным воздействиям влаги и УФ-лучей. При выборе конвертера, в основном, следует обратить внимание на шумовой коэффициент. Для нормальной работы стоит выбирать конвертеры со значением этого параметра в промежутке 0.25 — 0.30dB.

Программное обеспечение

Существует два взаимодополняющих подхода к реализации ПО для спутникового интернета.

1. В первом случае DVB-карта используется как стандартное сетевое устройство (но работающие только на приём), а для передачи используется VPN-туннель (многие провайдеры используют PPTP («Windows VPN»), либо OpenVPN на выбор клиента, в некоторых случаях используется IPIP-туннель), есть и другие варианты. При этом в системе отключается контроль заголовков пакетов. Запросный пакет уходит на туннельный интерфейс, а ответ приходит со спутника (если не отключить контроль заголовков, система посчитает пакет ошибочным (в случае Windows — не так)). Данный подход позволяет использовать любые приложения, но имеет большую задержку. Большинство доступных в СНГ спутниковых провайдеров (SpaceGate (Ителсат), PlanetSky, Raduga-Internet, SpectrumSat) поддерживают данный метод.

2. Второй вариант (иногда используется совместно с первым): использование специального клиентского ПО, которое за счёт знания структуры протокола позволяет ускорять получение данных (например, запрашивается веб-страница, сервер у провайдера просматривает её и сразу, не дожидаясь запроса, посылает и картинки с этой страницы, считая, что клиент их все равно запросит; клиентская часть кеширует такие ответы и возвращает их сразу). Такое программное обеспечение со стороны клиента обычно работает как HTTP и Socks-прокси. Примеры: Globax (SpaceGate + другие по запросу), TelliNet (PlanetSky), Sprint (Raduga), Slonax (SatGate).

В обоих случаях возможно «расшаривание» трафика по сети (в первом случае иногда даже можно иметь несколько разных подписок спутникового провайдера и разделять тарелку за счёт особой настройки машины с тарелкой (требуется Linux или FreeBSD, под Windows требуется программное обеспечение сторонних производителей)). Некоторые провайдеры (SkyDSL) в обязательном порядке используют своё программное обеспечение (выполняющее роль и туннеля, и прокси), часто также выполняющие клиентский шейпинг и не дающее расшаривать спутниковый интернет между пользователями (также не дающие возможности использовать в качестве ОС, что либо отличное от Windows).

Преимущества и недостатки

Можно выделить следующие плюсы спутникового Интернета:

· стоимость трафика в часы наименьшей загрузки емкости

· независимость от наземных линий связи (при использовании GPRS или WiFi в качестве запросного канала)

· большая конечная скорость (приём)

· возможность просмотра спутникового ТВ и «рыбалки со спутника»

· возможность свободного выбора провайдера

Недостатки:

· необходимость покупки специального оборудования

· сложность установки и настройки

· в общем случае более низкая надежность по сравнению с наземным подключением (большее количество компонентов, необходимых для бесперебойной работы)

· наличие ограничений (прямая видимость спутника) по установке антенны

· высокий ping (задержка между отсылкой запроса и приходом ответа). В некоторых ситуациях это критично. при работе через некоторых операторов у вас будет не российский IP-адрес (SpaceGate — украинский, PlanetSky — кипрский,) в результате чего сервисы, которые используют для каких-то целей (например, пускаем только из РФ) определение страны пользователя, будут работать некорректно.

· программная часть — не всегда 'Plug and Play', в некоторых (редких) ситуациях могут быть сложности и тут все зависит от качества техподдержки оператора

1.8 Недостатки спутниковой связи

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.

Таблица № 1

Задержка сигнала

Эффект	100 МГц	300 МГц	1 ГГц	3 ГГц	10 ГГц
Вращение плоскости поляризации	30 оборотов	3,3 оборота	108°	12°	1,1°
Дополнительная задержка сигнала	25 мс	2,8 мс	0,25 мс	28 нс	2,5 нс
Поглощение в ионосфере (на полюсе)	5 дБ	1,1 дБ	0,05 дБ	0,006 дБ	0,0005 дБ
Поглощение в ионосфере (в средних широтах)	<1 дБ	0,1 дБ	<0,01 дБ	<0,001 дБ	<0,0001 дБ

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.

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.

Заключение

В настоящее время станции спутниковой связи объединяются в сети передачи данных. Объединение группы территориально-распределенных станций в сеть позволяет обеспечить пользователям широкий спектр услуг и возможностей, а также эффективно использовать ресурсы спутника. В таких сетях обычно имеется одна или несколько управляющих станций, которые обеспечивают работу земных станций как в обслуживаемом администратором, так и в полностью автоматическом режиме.

Преимущество спутниковой связи основано на обслуживании географически удаленных пользователей без дополнительных расходов на промежуточное хранение и коммутацию.

ССС постоянно и ревниво сравниваются с волоконно-оптическими сетями связи. Внедрение этих сетей ускоряется в связи с быстрым технологическим развитием соответствующих областей волоконной оптики, что заставляет задаться вопросом о судьбе ССС. Например, разработка и планирование, главное, внедрение конкатенирующего (составного) кодирования резко уменьшает вероятность возникновения неисправленной побитовой ошибки, что, в свою очередь, позволяет преодолеть главную проблему ССС - туман и дождь.

Глоссарий

№ п/п	Понятие	Определение
1	Интернет	глобальная телекоммуникационная сеть информационных и вычислительных ресурсов
22	Корпоративная сеть	коммуникационная система, принадлежащая и/или управляемая единой организацией в соответствии с правилами этой организации
33	Орбита	путь небесного тела в гравитационном поле другого тела
44	Передача данных	перенос данных в виде сигналов средствами электросвязи, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники
55	Система Aloha	протокол множественного доступа
66	Система Odyssey	предназначена для обеспечения глобальной радиотелефонной связи и предоставления других видов услуг персональной связи
77	Система ICO	использует для связи L - и С-диапазоны частот, поддерживая цифровую обработку сигнала на борту спутника
88	Спутник	первая серия искусственных спутников Земли
99	Спутниковая связь	один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов
110	Ширина полосы спутникового канала	характеризует количество информации, которую он может передавать в единицу времени

Список сокращений

СDМА - многостанционный доступ с кодовым разделением каналов

FCC - Federal Communications Commission, Федеральная комиссия по связи США

FDM - Frequency Division Multiplexing, мультиплексирование с разделением частот

ICO - Intermediate Circular Orbit ICONET - ICO Network промежуточная круговая орбита (новое название системы INMARSAT-Р)

ICONET - наземная сеть ICO

IMO – международная морская организация

LEO – низкоорбитальные спутниковые системы (Low Earth Orbit)

MES – Master Earth Station

NMC - центр управления наземной сетью (Network Management Centre)

OTI - Odyssey Telecommunication International

TDM – Time Division Multiplexing, мультиплексирование с временным разделением

SAN - спутниковый узловой доступ (Satellite Access Node)

SCC - центр управления спутниковой группировкой (Satellite Control Centre)

TDMA - многостанционный доступ с временным разделением каналов

VSAT - Very small aperture terminal, терминал cо сверхмалой апертурой антенны

ССС - система спутниковой связи

КА - космический аппарат

ЗС - земная станция

ПСС - подвижная спутниковая служба

Список использованных источников

1	Баранов В. И. Стечкин Б. С. Экстремальные комбинаторные задачи и их приложения, М.: Наука, 2000 г, с. 198.
2	Бертсекас Д. Галлагер Р. Сети передачи данных. М.: Мир, 2000 г, с. 295.
3	Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы, М.: Мир, 2001 г, с. 320.
4	Большова Г. "Спутниковая связь в России: "Памир", Iridium, Globalstar ..." «Сети» - 2000 - №9. – с. 20-28.
5	Ефимушкин В. А. Технические аспекты систем спутниковой связи "Сети" – 2000 - №7. - с. 19-24.
6	Невдяев Л. М. Современные технологии спутниковой связи // "Вестник Связи" - 2000 - № 12. – с. 30-39.
7	Невдяев Л. М. Одиссея на средних высотах «Сети» - 2000 - №2. – с. 13-15.
8	НПЦ "Элсов", Протокол по организации и логике работы спутниковой сети передачи данных "Банкир". – 2004, с. 235.
9	Смирнова А. А. Корпоративные системы спутниковой и КВ связи Москва, 2000 г., с. 7 - 33.
10	Смирнова А. А. Персональная спутниковая связь, Том 64, Москва, 2001г., с. 7 - 47.

Приложения

А

[1] Транспондер (англ. transponder от transmitter-responder — передатчик-ответчик) — это приёмопередающее устройство, посылающее сигнал в ответ на принятый сигнал

[2] DVB (англ. Digital Video Broadcasting) — семейство стандартов цифрового телевидения разработанных консорциумом DVB и стандартизированных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов.

Кику-8 - (англ. Engineering Test Satellite-VIII) — японский экспериментальный телекоммуникационный спутник.

Основные темы

Авиация Алгебра Анатомия Археология Банковское дело Биология Военное дело Геология Государство и право Искусство История Коммуникации и связь

Контрольные работы Математика Медицина Педагогика Психология Социология Статистика Физика Филология Философия Экология Экономика

 Курсы:

Подготовительные курсы • Дистационное образование и курсы • Подготовительные курсы • Дневные курсы • Вечерние курсы • Конкурсы профессиональные • Заочные конкурсы • Курсовые работы • Программы курсов • Курсы МЭО • Курсы лекций

Студенты: Для студентов I курса • Для студентов II курса • Для студентов III курса • Для студентов IV курса • Для студентов V курса • Для студентов VI курса

Проекты по теме списка: