Характеристики на сателитната комуникация

Основни елементи, принципи на работа, приложения на сателитни комуникационни системи,

Сателитни ретранслатори

В първите години се използват пасивни сателитни транспондери (примери са сателитите Echo и Echo-2), които представляват обикновен рефлектор на радиосигнал (често метална или полимерна сфера с метално покритие), който не носи никакво приемо-предавателно оборудване на борда.

Такива сателити не са получили разпространение. Всички съвременни комуникационни спътници са активни.

Активните повторители са оборудвани с електронно оборудване за приемане, обработка, усилване и препредаване на сигнал.

Сателитните ретранслатори могат да бъдат нерегенеративни и регенеративни.

Нерегенеративен сателит, след като получи сигнал от една земна станция, го прехвърля на друга честота, усилва и го предава на друга земна станция.

Един сателит може да използва няколко независими канала за извършване на тези операции, всеки от които работи върху определена част от спектъра (тези канали за обработка се наричат транспондери).

Регенеративният сателит демодулира получения сигнал и го модулира отново.

Поради това корекцията на грешката се извършва два пъти: на спътника и на приемащата земна станция.

Недостатъкът на този метод е сложността (и оттам много по-високата цена на сателита), както и увеличеното забавяне на предаването на сигнала.

Орбити на сателитни транспондери

Орбитите, в които са разположени сателитните транспондери, са разделени на три класа:

Важна разновидност на екваториалната орбита е геостационарната орбита, при която спътникът се върти с ъглова скорост, равна на ъгловата скорост на Земята, в посока, съвпадаща с посокатавъртене на земята.

Очевидното предимство на геостационарната орбита е, че приемникът в зоната на обслужване "вижда" сателита през цялото време.

Има обаче само една геостационарна орбита и е невъзможно да поставите всички сателити в нея.

Друг недостатък е голямата му надморска височина, а оттам и високата цена за извеждане на сателит в орбита.

Освен това сателит в геостационарна орбита не е в състояние да обслужва земни станции в циркумполярния регион.

Наклонена орбита - решава тези проблеми, но поради движението на сателита спрямо наземния наблюдател е необходимо да се изстрелят поне три спътника в една орбита, за да се осигури денонощен достъп до комуникации.

Полярната орбита е граничният случай на наклонената (с наклон 90°).

Когато използват наклонени орбити, земните станции са оборудвани със системи за проследяване, които насочват антената към спътника.

Станциите, работещи със спътници в геостационарна орбита, също обикновено са оборудвани с такива системи за компенсиране на отклонения от идеалната геостационарна орбита.

Изключение правят малките антени, използвани за приемане на сателитна телевизия: тяхната диаграма на излъчване е достатъчно широка, за да не усещат сателитни вибрации близо до идеалната точка.

Честотни ленти

Изборът на честота за предаване на данни от земна станция към сателит и от сателит към земна станция не е произволен. Честотата влияе например върху поглъщането на радиовълните в атмосферата, както и върху необходимите размери на предавателната и приемната антена. Честотите, на които се извършват предаванията от земна станция към спътник, са различни от тези, използвани за предавания от сателит към земна станция (обикновено първото е по-високо). Честотите, използвани всателитните комуникации са разделени на ленти, обозначени с букви. За съжаление в различни литератури точните граници на диапазоните може да не съвпадат.

Таблица 1: Ориентировъчни стойности в препоръка ITU-R V.431-6Име на честотната лента (съгласно ITU-R V.431-6) Приложение

Л	1,5 GHz	Мобилни сателитни комуникации
С	2,5 GHz	Мобилни сателитни комуникации
СЪС	4 GHz, 6 GHz	Фиксирани сателитни комуникации
х	За сателитни комуникации препоръките на ITU–R не определят честотите. За радарни приложения е определен обхват 8-12 GHz.	Фиксирани сателитни комуникации (за военни цели)
Ку	11 GHz, 12 GHz, 14 GHz	Фиксирана сателитна комуникация, сателитно излъчване
К	20 GHz	Фиксирана сателитна комуникация, сателитно излъчване
Ка	30 GHz	Фиксирани сателитни комуникации, междусателитни комуникации

Използват се и по-високи честоти, но тяхното повишаване е възпрепятствано от силното поглъщане на радиовълните на тези честоти от атмосферата.

Ku-обхватът позволява приемане със сравнително малки антени и затова се използва в сателитната телевизия (DVB), въпреки факта, че метеорологичните условия оказват значително влияние върху качеството на предаване в тази лента.

За предаване на данни от големи потребители (организации) често се използва C-обхватът.

Това осигурява по-добро качество на приемане, но изисква доста голяма антена.

Кодиране с модулация и коригиране на шума

Характеристика на сателитните комуникационни системи е необходимостта от работа вусловия на относително ниско съотношение сигнал/шум, причинено от няколко фактора:

– Значителна отдалеченост на приемника от предавателя;
– Ограничена сателитна мощност (невъзможност за предаване с висока мощност).

В това отношение сателитните комуникации не са подходящи за предаване на аналогови сигнали.

Следователно, за да се предаде реч, тя е предварително дигитализирана, като се използва например импулсна кодова модулация (PCM)

За да се предадат цифрови данни по сателитен комуникационен канал, те трябва първо да бъдат преобразувани в радиосигнал, заемащ определен честотен диапазон.

За да направите това, се използва модулация (цифровата модулация се нарича още манипулация).

Най-често срещаните видове цифрова модулация за сателитни комуникационни приложения са фазова манипулация и квадратурна амплитудна модулация.

Например DVB-S2 системите използват QPSK, 8-PSK, 16-APSK и 32-APSK.

Модулацията се извършва на земната станция.

Модулираният сигнал се усилва, прехвърля на желаната честота и се подава към предавателната антена.

Сателитът получава сигнал, усилва, понякога регенерира, прехвърля на друга честота и с помощта на определена предавателна антена излъчва към земята.

Поради ниската сила на сигнала има нужда от системи за коригиране на грешки.

За това се използват различни схеми за коригиране на шума, най-често различни варианти на конволюционни кодове (понякога в комбинация с кодове на Рийд-Соломон), както и турбо кодове и LDPC кодове.

Множествен достъп

За да се осигури възможността за едновременно използване на сателитен транспондер от няколко потребители, се използват системи за множествен достъп:

– Честотен множествен достъп Това дава на всеки потребител отделна честотна лента.
– Множествен достъп с време Всеки потребител получава определен времеви интервал (timeslot), през който той предава и получава данни.
– Множествен достъп с код В този случай на всеки потребител се дава кодова последователност, ортогонална на кодовите последователности на други потребители. Потребителските данни се наслагват върху кодовата последователност по такъв начин, че предаваните сигнали на различни потребители да не си пречат, въпреки че се предават на едни и същи честоти.

В допълнение, много потребители не се нуждаят от постоянен достъп до сателитни комуникации. За тези потребители комуникационен канал (времеви интервал) се разпределя при поискване с помощта на технологията DAMA (Demand Assigned Multiple Access).

– Слаба устойчивост на шум Огромните разстояния между земните станции и сателита причиняват много ниско съотношение сигнал/шум в приемника (много по-малко, отколкото при повечето микровълнови връзки). За да се осигури приемлива вероятност за грешка при тези условия, е необходимо да се използват големи антени, елементи с нисък шум и сложни кодове за коригиране на грешки. Този проблем е особено остър в мобилните комуникационни системи, тъй като те имат ограничение за размера на антената и, като правило, за мощността на предавателя.
– Влияние на атмосферата Качеството на сателитните комуникации е силно повлияно от ефектите в тропосферата и йоносферата.

Абсорбция в тропосферата

Поглъщането на сигнала от атмосферата зависи от неговата честота. Абсорбционните максимуми сапри 22,3 GHz (резонанс на водна пара) и 60 GHz (кислороден резонанс). Като цяло, абсорбцията значително влияе върху разпространението на сигнали над 10 GHz (т.е. започвайки от Ku-лентата). В допълнение към поглъщането, по време на разпространението на радиовълните в атмосферата има ефект на затихване, причината за което е разликата в показателите на пречупване на различните слоеве на атмосферата.

Йоносферни ефекти

Ефектите в йоносферата се дължат на колебания в разпределението на свободните електрони. Йоносферните ефекти, които влияят на разпространението на радиовълните, включват трептене, поглъщане, забавяне на разпространението, дисперсия, промяна на честотата, въртене на поляризационната равнина. Всички тези ефекти се отслабват с нарастваща честота. За сигнали с честоти над 10 GHz влиянието им е малко.

Този раздел беше частично използван Материал от Wikipedia - свободната енциклопедия