4.1 Охарактеризуйте способы реализации систем спутниковой связи для организации телерадиовещания на территории России, поясните методику энергетического расчета спутниковой радиолинии.

Спу́тниковая свя́зь — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь используется для организации высокоскоростных микроволновых протяженных линий.

Для спутниковой связи союз ITU выделил несколько частотных диапазонов.

Диапазон	Нисходящая частота, ГГц	Восходящая частота,	ГГц
L	1,5	1,6
S	1,9	2,2
С	3,7-4,2	5,925-6,425
Ки	11,7-12,2	14,0-14,5
Ка	17,7-21,7	27,5-30,5

• геостационарная орбита (Geostationary Orbit, GEO) — 35 863 км;

• средневысотная орбита (Medium Earth Orbit, MEO) — 5000-15 000 км;

• Маловысотная орбита (Low Earth Orbit, LEO) — 100-1000 км.

Геостационарные спутники обычно поддерживают большое количество каналов за счет наличия нескольких антенн.

Принципиальным недостатком геостационарного спутника с его круговой орбитой является также плохая связь для районов, близких к Северному и Южному полюсам. Сигналы для таких районов проходят большие расстояния.

Наиболее известной услугой, предоставляемой спутниками среднеорбитальными, является глобальная система навигации (Global Positioning System, GPS). GPS — это всеобщая система определения текущих координат пользователя на поверхности Земли или в околоземном пространстве. GPS состоит из 24 спутников, сети наземных станций слежения за ними и неограниченного количества пользовательских приемников-вычислителей.

Главное достоинство низкоорбитальных спутников — близость к Земле, а значит, пониженная мощность передатчиков, малые размеры антенн и небольшое время распространения сигнала (около 20-25 мс). Основной недостаток — малая площадь покрытия.

Система спутниковой связи (ССС) включает в себя космическую станцию (спутник) и совокупность земных станций. При этом под земной станцией (ЗС) подразумевают станцию радиосвязи, расположенную на земной поверхности или в основной части земной атмосферы (например, на самолете) и предназначенную для работы в составе какой-либо ССС.

Согласно Регламенту радиосвязи все ССС используют в составе следующих служб радиосвязи:

• фиксированной спутниковой службы

• подвижной спутниковой службы

• радиовещательной спутниковой службы

Существуют следующие ССС:

Система спутниковой связи Globalstar. Система предназначена для обеспечения потребителей в широком спектре услуг связи в глобальном масштабе 70⁰ ю.ш. … 70⁰ с.ш. В системе предлагается 2 типа услуг: связь (телефон, передача данных, факсимильная, пейджинг и т.д.); местоопределение объектов. Система Globalstar включает три основных сегмента (рис. 20.27): космический (космические аппараты), наземный (земные станции контроля, управления и сопряжения) и сегмент пользователя (терминальные устройства).

Основные преимущества спутниковых сетей связи на базе VSAT следующие:

• большая зона охвата (покрытия) территории

• почти треть земной поверхности

• высокое качество передачи цифровых данных в сети

• высокая скорость передачи данных

• высокая надежность

• хорошая управляемость сетью передачи данных

• информационная безопасность, в сети VSAT можно применять эффективные алгоритмы криптозащиты данных

К недостаткам отнести:

• высокую стоимость оборудования VSAT терминала

• существенные задержки при распространении сигнала

зависимость качества передачи сигналов от погодных условий

Расчет энергетических характеристик радиолинии Спутник-Земная станция

Ослабление сигнала на линии спутник-земная станция условно можно разделить на две составляющие: в свободном пространстве и за счет прохождения радиоволн в тропосфере. Потери сигнала при распространении в свободном пространстве зависят от частоты связи и протяженности радиолинии и их можно рассчитать при изотропных (ненаправленных) антеннах по формуле

A_CB=(47PiL_f/C)²

где L - длина пути радиосигнала от спутника до антенны земной станции; С = 3.10¹⁰ см/с - скорость распространения радиоволн; f - частота связи, Гц.

Это соотношение можно выразить в децибелах;

а_св = 10 log А_св =22 + 20 log L - 20 log (c/f) (здесь предполагается, что логарифмическая мера -десятичная).

Мощность сигнала на входе приемника земной станции с учетом потерь в антенно-фидерных трактах, выраженная в дБВт;

РпрЮ log Р_п + G_n + G_np - b_n - b_np - а_св,

где Р_п - мощность передатчика спутника, Вт; Ь_п, Ь_пр - потери сигнала в фидерах передатчика на спутнике и приемнике земной станции, дБ; G_n, G_np - коэффициенты усиления антенн спутника и приемника, дБ.

Вторая составляющая потерь сигнала в тропосфере является случайной, так как зависит не только до длины пути в этой среде и угла места, но и от поглощения сигнала в газах и осадках, которые зависят от частоты, причем поглощение в осадках зависит от их характера и интенсивности. В тропосфере основные потери в газах вызываются кислородом Ог и водяными парами Н₂О. К осадкам относятся дождь, снег, туман, гололед и т.п.

Усредненные, рекомендованные Международным Консультативным Комитетом по Радио (МККР) значения коэффициента поглощения в дожде при различной интенсивности осадков г мм/час приведены на соотв. Диаграмме.