Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Особенности систем спутниковой связи в зависимости от высоты орбиты космического аппарата






Системы мобильной спутниковой связи появились немногим более 20 лет назад, т.е. намного позднее, чем системы фиксированной связи. Причиной тому ряд факторов, в первую очередь низкая энерговооружённость подвижных объектов и более сложные условия эксплуатации (влияние рельефа местности, ограничения по весу приёмо-передающих устройств и размерам антенных систем). Первоначально мобильные земные станции разрабатывались для использования в специализированных системах (морских, воздушных, автомобильных и железнодорожных), построенных на базе геостационарных космических аппаратов (КА). Для передачи информации применялись аналоговые методы модуляции.

Революционные преобразования в области мобильной спутниковой связи произошли в начале 1990-х годов. Они были обусловлены, главным образом, тремя факторами: коммерциализацией космических программ, использованием низкоорбитальных и средневысотных КА, повсеместным переходом на цифровую связь с применением современных компьютерных технологий.

Следующий качественный скачок в развитии мобильной спутниковой связи произошёл после появления первых проектов спутниковых систем на базе КА, функционирующих на средних и низких орбитах. Это позволяло использовать сравнительно дешёвые малогабаритные терминалы и небольшие антенны. В настоящее время в мире насчитывается более 30 национальных и международных (региональных и глобальных) проектов, основанных на использовании низких и средних орбит. Наиболее известны Globalstar, Iridium, Orbkomm, ICO, Odyssey, Ellipso, Гонец, Сигнал.

Переход на цифровые способы передачи и обработки информации привёл к следующему качественному скачку в развитии систем мобильной связи. Сети, построенные на цифровой обработке информации, предоставляют одновременно услуги телефонной связи и передачи данных. Появились возможности передачи информации с различными скоростями и подключения абонентов, передающих большие объёмы информации. Кроме того, актуальными стали вопросы создания международных стандартов связи, внедрения персональной компьютерной техники и предоставления услуг сети Internet.

Остановимся более подробно на сравнительном анализе мобильных систем связи, использующих КА на геостационарных и негеостационарных орбитах (средневысотных, низких круговых и эллиптических).

Геостационарные спутники, находясь на высоте примерно 36 000 км, «зависают» над заданной точкой земной поверхности. Связь через геостационарный КА не имеет перерывов в обслуживании, обусловленных взаимным перемещением спутника и земной станции. Система из трёх спутников обеспечивает охват практически всей территории земной поверхности. К достоинствам этих систем следует также отнести отсутствие сдвига частоты за счёт доплеровского эффекта.

Ресурс геостационарных КА достаточно высок: срок эксплуатации составляет около 15 лет и может быть доведён до 25 лет.

Однако системы, базирующиеся на геостационарных КА, имеют ряд недостатков. Задержки радиосигнала в 250 мс в каждом направлении ухудшают качество телефонной связи. Суммарная величина задержки в этих системах составляет 600 мс (с учётом времени обработки и коммутации в наземных сетях), что затрудняет общение абонентов даже при современной технике эхоподавления. В случае двойного скачка задержка становится уже неприемлемой более чем для 20% пользователей. Геостационарные системы вследствие своей архитектуры имеют ограниченные возможности повторного использования выделенных полос частот и меньшую спектральную эффективность. Зона охвата геостационарных систем не позволяет обеспечить связь в высокоширотных районах, а следовательно, гарантировать истинно глобальное обслуживание.

Системы со средневысотными космическими аппаратами обеспечивают более высокие характеристики обслуживания абонентов, чем геостационарные, за счёт увеличения рабочих углов места и числа КА, находящихся одновременно в поле зрения наблюдателя. Благодаря этому не нужен дополнительный энергетический запас радиолинии на потери распространения в ближней зоне (деревья, здания и другие преграды). Средневысотные КА функционируют в диапазоне высот 5000–15 000 км. Они могут создать меньшую зону обслуживания, чем геостационарные, поэтому для глобального охвата наиболее населённых районов земного шара и судоходных акваторий необходимо 7–12 спутников. Полная задержка распространения сигналов при связи через средневысотные спутники составляет не более 130 мс, что позволяет использовать их для радиотелефонной связи.

Средневысотные спутники выигрывают у систем с более высокими орбитами по энергетическим характеристикам, хотя и проигрывают им по продолжительности сеансов связи. Для круговых орбит продолжительность обслуживания в заданном регионе составляет 1, 5–2 ч, что существенно выше, чем для низких орбит. Что же касается ресурса спутников, то он лишь незначительно меньше, чем у геостационарных КА. Период обращения вокруг Земли для средневысотных круговых орбит составляет около 6 ч, из которых лишь несколько минут КА находится в теневой от солнечного освещения области. Это значительно облегчает работу бортовой системы электропитания и, в конечном счёте, позволяет обеспечить срок службы КА 12–15 лет.

Системы, использующие спутники на низких орбитах высотой 500–2000 км, обладают существенными преимуществами по сравнению с другими в части энергетических характеристик, но проигрывают им по продолжительности сеансов связи и времени активного существования космических аппаратов. Если период обращения КА составляет 100 мин, то около 30 мин он находится на теневой стороне Земли. Поэтому аккумуляторные батареи на борту низкоорбитальных КА испытывают приблизительно 5 000 циклов зарядки/разрядки в год. Срок их службы, как правило, не превышает 5–8 лет. Выбор указанного диапазона высот для низкоорбитальных систем не случаен. На орбитах высотой менее 500 км плотность атмосферы относительно высока, что вызывает колебания эксцентриситета и деградацию орбиты (постепенное снижение высоты апогея); повышается расход топлива при маневрировании для сохранения заданной орбиты. На орбитах выше 1500 км, где расположен первый пояс Ван Аллена, длительная работа электронной аппаратуры практически невозможна без специальных методов защиты от радиационного излучения, что ведёт к существенному усложнению бортовой аппаратуры и увеличению массы КА.

Со снижением высоты орбиты уменьшается мгновенная зона обслуживания, а следовательно, одновременно в поле зрения наблюдателя может находиться большее количество спутников, что также требуется для обеспечения глобального охвата. Количество КА в орбитальной группировке зависит от высоты орбиты и рабочих углов места, при которых обеспечивается устойчивая связь. Если низкоорбитальная система должна обеспечивать глобальную связь, то число её спутников не может быть менее 48.

Учитывая возможности использования ненаправленных антенн и приемо-передатчиков малой мощности, для подвижной связи наибольший интерес представляют низкоорбитальные системы.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.