Типы спутниковых систем

Спутниковая связь используется для организации высокоскоростных микровол­новых протяженных линий. Так как для таких линий связи нужна прямая види­мость, которую из-за кривизны Земли невозможно обеспечить на больших рас­стояниях, то спутник как отражатель сигнала является естественным решением этой проблемы (рис. 10.10).

Рис. 10.10. Спутник как отражатель сигнала

Идея использовать искусственный спутник Земли для создания линий связи появилась задолго до запуска в 1957 году первого такого спутника Советским Союзом. Писатель-фантаст Артур Кларк продолжил дело Жюля Верна и Гербер­та Уэллса, которым удалось описать много технических изобретений до их появ­ления. Кларк в 1945 году описал геостационарный спутник, который висит над одной точкой экватора и обеспечивает связью большую территорию Земли.

Первый спутник, запущенный Советским Союзом в годы холодной войны, обла­дал очень ограниченными телекоммуникационными возможностями — он толь­ко передавал радиосигнал «бип-бип», извещая мир о своем присутствии в космо­се. Однако успех России в космосе подхлестнул усилия Америки, и в 1962 году она запустила первый телекоммуникационный спутник Telstar-1, который под­держивал 600 голосовых каналов.

Со времени запуска первого телекоммуникационного спутника прошло уже бо­лее 40 лет, и функции спутника как телекоммуникационного узла, естественно, усложнились. Сегодня спутник может играть роль узла первичной сети, а также телефонного коммутатора и коммутатора/маршрутизатора компьютерной сети. Для этого аппаратура спутников может взаимодействовать не только с наземны­ми станциями, но и между собой, образуя прямые космические беспроводные линии связи. Принципиально техника передачи микроволновых сигналов в кос­мосе и на Земле не отличается, однако у спутниковых линий связи есть и оче­видная специфика — один из узлов такой линии постоянно находится в полете, причем на большом расстоянии от других узлов.

Для спутниковой связи союз ITU выделил несколько частотных диапазонов (табл. 10.1).

Исторически первым использовался диапазон С, в котором для каждого из дуп­лексных потоков Земля-спутник (восходящая частота) и спутник-Земля (нисхо­дящая частота) выделяется по 500 МГц — достаточно для большого числа каналов. Диапазоны L и S предназначаются для организации мобильных услуг с помо­щью спутников. Они также часто используются наземными системами. Диапазо­ны Ku и Ка пока мало «населены» на Земле, их применению препятствует высо­кая стоимость оборудования, особенно для диапазона Ка.

Искусственные спутники Земли вращаются вокруг нее в соответствии с закона­ми, открытыми Йоханесом Кеплером (Johannes Kepler). Орбита вращения спут­ника в общем случае является эллиптической, но для сохранения постоянной высоты над Землей спутники могут переходить на почти круговую орбиту.

Сегодня используется три группы круговых орбит, отличающихся высотой над Землей (рис. 10.11):

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

□ средневысотная орбита (Medium Earth Orbit, MEO) — 5000-15000 км;

□ маловысотная орбита (Low Earth Orbit, LEO) — 100-1000 км.