земной инфраструктурой. В целом, с помощью системы Teledesic планируется реализация космической Интернет.

Прямым конкурентом проекта Teledesic является разрабатываемая фирмой Motorola новая спутниковая сеть связи Celestri. В новой системе в первую очередь планируется запустить 70 низкоорбитальных и один геостационарный спутник связи.

12.3. Особенности передачи сигналов в спутниковых системах связи

Запаздывание сигнала. Большая протяженность линий связи между ЗС и рентранслятором, находящимся на борту ИСЗ, приводит к запаздыванию сигналов. Это определяется тем, что для прохождения расстояния между ЗС сигналу требуется время

t * 2Н/с,

где Н - расстояние от спутника до поверхности Земли, с = 3 х 10 м/с -скорость света. Из данного соотношения следует, что при /-/ = 36 ООО км (случай геостационарного спутника) величина запаздывания составит приблизительно 250 мс. Запаздывание сигнала при передаче дуплексных телефонных разговоров приводит к появлению вынужденных пауз в разговоре, потере контакта между абонентами, т.е. ограничивает естественность беседы.

Эхосигналы. Запаздывание сигналов приводит к появлению заметных для абонентов эхосигналов, возникающих при переходе с че-тырехпроводных цепей связи на двухпроводные из-за неидеальности дифференциальных систем. Эхосигналы проявляются в виде прослушивания абонентом своего разговора, задержанного на время, равное удвоенному времени распространения сигнала между абонентами, т.е. t АН/с. Особенно заметны эхосигналы при больших значениях t. Для систем связи, использующих геостационарные спутники, t 500 мс. В этих случаях следует обеспечить затухание эхосигналов до величины, равной 60 дБ относительно уровня полезного сигнала. Необходимое затухание эхосигналов осуществляется с помощью эхозаградителей.

Эффект Доплера. Особенностью систем связи через ИСЗ является возникновение эффекта Доплера, вызываемого движением спутника относительно ЗС. Для примера обозначим через V, ту компоненту скорости движения ИСЗ, которая совпадает с линией радиосвязи ИСЗ-ЗС, и условимся считать величину V, отрицательной в случае уменьшения расстояния между ИСЗ и ЗС и положительной при увеличении этого расстояния. Тогда лри движении источника сигнала со скоростью частота принимаемых колебаний f связана с частотой излучаемых колебаний /q соотношением

f = f,{±v,/c),

где с - скорость света.

На практике всегда выполняется условие Vjc 1, поэтому при движении источника сигнала в сторону приемника f = ff.{ i + V,/с). Тогда изменение частоты дц, вызванное эффектом Доплера, определяется выражением:

Af,=f-f,=+f,Vjc,

Эффект Доплера в основном проявляется в системах связи, использующих эллиптические орбиты. Например, в системе Молния на рабочем участке орбиты \/,/сФ10 . В системах связи с геостационарными ИСЗ эффект Доплера может иметь место при коррекции положения спутника на орбите.

Эффект Доплера приводит не только к изменению частоты излучаемых колебаний, но вызывает деформацию спектра передаваемого сообщения, причем верхние частоты в спектре сигнала будут изменяться на большую величину.

Диапазоны рабочих частот систем связи через ИСЗ. Выбор попос частот, выделяемых для работы систем связи через ИСЗ, опредепяется следующими основными условиями:

- особенностями распространения электромагнитных колебаний через атмосферу;

- интенсивностью шумов, вызванных радиоизлучениями различных внешних источников (Солнца, Луны, планет, атмосферы Земли и др.);

- простотой аппаратурной реализации антенн и приемных установок;

- возможностью локализации сверхвьюокочастотного излучения бортовыми антеннами;

- возможностью работы систем связи через ИСЗ в выделяемых полосах частот совместно с другими радиослужбами при допустимых значениях радиопомех.

Детальное научно-техническое рассмотрение перечисленных условий, проведенное Международным Союзом Электросвязи на Всемирной административной радиоконференции в 1979 г, позволило осуществить распределение радиочастот между различными радиослужбами. Согласно этому распредепению, приведенному в Регламенте радиосвязи, для района 1 (Европа, Россия, Монголия, Африка) ФСС, к которой относятся системы связи через ИСЗ, отводятся следующие полосы частот:

- для передачи сообщений на участке ИСЗ - Земля 620...790 МГц, 2,5...2,69, 3,4..4,2, 4,5...4,8, 7,25...7,75, 10,7..11,7, 12,5...12,75, 17,7...21,2, 37,5...40,5, 40,5. .42,5, 84...86 ГГц;

-для передачи сообщений на участке Земля - ИСЗ 5,725..7,075, 7,9. 8,4, 12,5...13,75, 14...14,8, 17,3...18,1 27,5...31 ГГц.

Затраты, у.е. 90

20 /,ГГц

Рис. 12.3. Затраты на создание систем СТВ в разных диапазонах частот

Перечиспенные выше полосы частот (кроме 40,5...42,5 ГГц и 84...86 ГГц), выделенные спутниковым системам связи, одновременно используются и другими радиослужбами, например фиксированной наземной радиослужбой, к которой относится РРЛ. Для предотвращения помех, которые могут быть вызваны излучениями как спутниковых систем, так и РРЛ, в соответствии с Регламентом радиосвязи вводятся специальные ограничения (величины излучаемой мощности, введение сигналов дисперсии), обеспечивающие равномерное рассеяние мощности несущей частоты по спектру.

Особое значение придается выбору диапазона частот для спутникового ТВ вещания (СТВ), в том числе и непосредственного (НТВ),

относящегося к РВСС.

Для осуществления НТВ в полном смысле этого понятия необходимо, чтобы излучаемый с ИСЗ сигнал соответствовал параметрам сигнала, на который рассчитаны телевизоры, - диапазону волн, способу модуляции, уровню сигнала. Но в метровом и дециметровом диапазонах, в которых работает наземная ТВ передающая сеть, реализовать НТВ по техническим причинам невозможно. Например, на третьем ТВ канале пришлось бы на ИСЗ установить антенну диаметром 500 м и иметь источник питания в 1 кВт, а на 37 канале диаметр антенны можно было бы сократить до 60 м, но потребляемую мощность передатчика пришлось бы увеличить до 30 кВт. Суммируя затраты по космическому комплексу и земной сети, можно определить затраты на всю систему СТВ. Результаты подобного расчета представлены на рис. 12.3, из анализа которого видно, что наиболее выгодным с экономической точки зрения является диапазон 12 ГГц, где суммарная стоимость системы оказывается минимальной. Близким к нему по экономической эффективности является диапазон 0,7 ГГц. В остальных диапазонах стоимость создания систем СТВ оказывается на 30-40 % выше. Поэтому для НТВ в ближайшем будущем наиболее перспективным является использование диапазона 12 ГГц, а телевизоры в этом случае должны дополняться специальными преобразующими устройствами (конверторами).

12.4. Многостанционный доступ в спутниковых системах связи

Ретрансляторы сигналов, устанавливаемые на ИСЗ, представляют собой многоствольные приемопередающие устройства. Число стволов в современных спутниках связи может достигать 24 и более. Передача сигналов разных ЗС осуществляется по разным стволам ИСЗ. Если передаются сигналы различных ЗС через один ствол ретранслятора, то такое использование стволов называется многостанционным доступом (МД). МД позволяет создать сеть связи, в которой один ствол спутникового ретранслятора дает возможность одновременно организовывать как магистральные одно- и многоканальные системы передачи с центральной станцией, так и системы типа каждый с каждым . Аналогичная задача решается, например, в сети телефонной связи.

Основными требованиями к системе МД являются следующие: эффективное использование мощности ретранслятора; максимальное использование полосы частот ретранслятора; допустимый уровень переходных помех; гибкость системы.

Возможны три способа управления МД: закрепленные каналы (определенные полосы частот в полосе группового сигнала постоянно выделены для определенных ЗС); программное распределение каналов (частотные полосы представляются станциям по расписанию); незакрепленные каналы (любая ЗС может получить любой частотный канал, не занятый другой станцией). С точки зрения гибкости системы и с учетом экономических факторов предпочтительной является работа с незакрепленными каналами, несмотря на то, что при этом приходится передавать корреспондентам сведения о наличии свободных каналов.

Как и в обычных системах передачи, при МД возможны три способа уплотнения сигналов: по частоте, времени и форме. Отличие состоит в том, что групповой сигнал образуется на ретрансляторе ИСЗ, ЗС, удаленных друг от друга на большие расстояния.

При МД с частотным уплотнением сигналов каждый сигнал имеет определенный участок общего группового СВЧ спектра частот. Все они передаются одновременно, а групповой сигнал, проходящий через ствол ретранслятора спутника, может быть образован из сигналов не только отдельных каналов (например, тональной частоты), но и из групп каналов. На рис. 12.4 приведен спектр группового сигнала с МД в случае частотного уплотнения. Здесь на каждый ЗС сигнал, образованный одним или группой каналов тональной частоты, разнесенных по частоте, модулирует свою несущую f . При определенных значениях несущих на входе ретранслятора в пределах полосы ствола Afp в диапазоне СВЧ образуется групповой сигнал. Значение несущих

Рис. 12.4. Форма спектра группового сигнала системы МД с частотным уплотнением

частот и девиация частоты выбираются такими, чтобы между спектрами несущих оставались защитные интервалы Af для уменьшения взаимных помех между сигналами. При этом используются различные виды модуляции. В современных системах связи широко используется метод ЧМ, а также метод ИКМ сигналов каждого канала с последующей двукратной фазовой модуляцией.

Достоинство метода частотного уплотнения состоит в простоте аппаратуры. Кроме того, аппаратура МД в данном случае совместима с большей частью эксплуатируемой аппаратуры канального преобразования.

Недостатком способа частотного уплотнения является трудность обеспечения равномерного распределения мощности бортового передатчика между отдельными ЗС. Они удалены от ИСЗ на разные расстояния и позтому дают на входе ретранслятора сигналы с различными уровнями. Для этого метода также характерно возникновение переходных помех между сигналами различных ЗС из-за несимметрии амплитудно-фазочастотных характеристик ретранслятора. Наконец, из-за нелинейности характеристики ретранслятора 10-15 % его мощности непроизвольно тратится на нелинейные составляющие. Однако несмотря на указанные недостатки метод частотного уплотнения нашел широкое применение в спутниковых системах передачи, находящихся в эксплуатации.

Интенсивное развитие цифровых систем передачи привело к созданию систем с МД с использованием временного уплотнения. В таких системах каждой ЗС для излучения сигналов выделяется определенный, периодически повторяемый интервал времени, длительность которого определяется трафиком станции. Интервалы времени излучения всех ЗС должны быть взаимно синхронизированы, чтобы не перекрывались разные сигналы.

Интервал времени, в течение которого все ЗС сети по одному разу излучают сигнал, называется кадром, а длительность пакета импульсов, излучаемых одной станцией, называется субкадром.

Одним из важнейших элементов системы МД с временным уплотнением является тракт синхронизации, исключающий взаимное

влияние сигналов ЗС на входе ретранслятора и обеспечивающий вхождение ЗС в функционирующую систему. Для этого часть пропускной способности ствола отводится для передачи сигнапов кадровой синхронизации. В большинстве случаев применяется сигнал синхронизации в виде отдельного специализированного пакета -сигнал выделенной синхронизации. При этом синхросигналы всех ЗС передаются в кадре на фиксированных временных позициях отдельно от информационных пакетов. Структура и длительность кадровых синхросигналов постоянны, в то время как расположение и длительность информационных пакетов могут изменяться в соответствии с трафиком ЗС.

В спутниковых системах связи с МД могут найти применение также шумоподобные сигналы, которые являются широкополосными. В этом случае разделение сигналов производится по форме. Преимущества таких систем определяются высокой помехозащищенностью и скрытностью передачи информации. Однако их широкое использование ограничивается существенно меньшей, чем при временном или частотном уплотнении, пропускной способностью.

Очень перспективным представляется МД с коммутацией сигналов на борту спутника. Идея МД с коммутацией сигналов состоит в том, что на борту ИСЗ устанавливается кроме ретрансляторов коммутирующее устройство, обеспечивающее передачу полученных с ЗС сигнапов только на те станции, которым эти сигналы адресованы (в отпичие от обычных ретрансляторов, которые передают все сигналы на всю облучаемую поверхность Земли).

Сочетание этой системы с антеннами ИСЗ с узкой диаграммой направленности позволяет не только упростить и удешевить ЗС, но и многократно использовать для передачи на участке ИСЗ - Земля одни и те же частоты излучения для работы с различными районами земного шара.

12.5. Передача телевизионных сигналов по спутниковым системам связи

Создание сети центрального ТВ вещания в настоящее время возможно только с помощью связных ИСЗ. В нашей стране создано несколько систем СТВ Орбита-2 , Экран , Москва , относящихся к ФСС.

В системе спутниковой связи Орбита-2 , первые элементы которой были построены еще в 1967 г., используются как ИСЗ типа Молния , так и геостационарные ИСЗ Горизонт .

В системе Орбита-2 прием на ИСЗ осуществляется в диапазоне 6 ГГц, передача в направлении Земли - в диапазоне 4 ГГц. Мощность передатчика ЗС составляет 5... 10 кВт, ИСЗ - 8. .40 Вт. Используется