Принцип организации спутниковой радиосвязи

страны огромна, имеет 11 временных поясов и многонациональный состав населения.

Использование спутниковых систем передачи для организации связи с труднодоступными районами, как правило, является более выгодным, нежели строительство радиорелейных или кабельных' линий связи. Подсчитано, что разветвленная распределительная сеть телевизионного вещания на огромной территории от Урала| до восточных границ СССР с помощью спутниковых систем^ была создана на 15 20 лет быстрее, чем если бы использовались на­ земные средства связи. Кроме того, получена значительная эко­ номия капитальных вложений.

Большие возможности у спутниковых систем при организации связи с подвижными объектами, в частности кораблями и само­ летами. Очень важной; функцией спутниковых систем является их использование в качестве надежного средства резервирования отдельных участков ЕАСС.

Внастоящее время спутниковые системы используются для передачи различных сообщений: программ телевизионного и зву­ кового вещания, изображений газетных полос, телефонных и телеграфных сообщений, данных от ЭВМ и других источников.

Взависимости от видов передаваемых сообщений различают универсальные многофункциональные системы спутниковой пере­ дачи и специализированные. В первом случае земные станции об­ мениваются различными видами сообщений, во втором — осущест­ вляется передача одного-двух видов сообщений, например прог­ рамм телевизионного и звукового вещания.

Характеристика оборудования земных и космических

станций

Земные станции осуществляют передачу и прием радиосигна­ лов на участке «Земля — ИСЗ», т. е. являются приемопереда­ ющими. Существуют только передающие и только приемные зем­ ные станции. Кроме этого, в системах спутниковой связи исполь­ зуются контрольные земные станции, осуществляющие контроль за режимом работы ретранслятора на ИСЗ и соблюдением зем­ ными станциями важных технических параметров — излучаемой мощности, частоты радиопередачи и др. Наиболее сложны при­ емопередающие земные станции многофункционального назна­ чения.

Главным фактором, определяющим требования к аппаратуре земных станций, является расстояние между этими станциями и космической станцией. Как правило, оно составляет от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч километров.

Радиопередатчики земных станций имеют номинальную мощ­ ность от нескольких до десяти киловатт. Радиоприемное устрой-

ство земных станций отличается исключительно высокой чувстви­ тельностью. Антенны имеют диаграмму направленности «иголь­

Наиболее подходящими для формирования таких диаграмм яв­ ляются зеркальные антенны диаметром 12 32 м (см. рис. 11.22), которые и применяются на земных станциях.

Земные станции располагаются на специально выбранных пло­ щадках, вынесенных из черты города во избежание взаимных радиопомех с наземными системами связи.

Чисто приемные земные станции современных спутниковых систем передачи обычно гораздо меньше по размерам, проще по конструкции, и поэтому существенно дешевле.

Основные компоненты космической станции — антенны и бор­ товой ретранслятор. В отличие от земных станций, имеющих одну антенну, на борту современных связных ИСЗ обычно устанавли­ вается несколько приемных и передающих антенн. Это объясняется необходимостью формирования различных зон обслуживания, при­ ведения в соответствие излучения антенн и пространственного размещения земных приемных станций, чтобы не рассеивать энергию бесполезно на те районы, где нет приемных станций. Высокая направленность приемных и передающих антенн косми­ ческих станций способствует также уменьшению взаимных помех с другими системами связи — спутниковыми и наземными. Электро­ питание аппаратуры космической станции обеспечивается, как правило, солнечными батареями.

Приемопередающее оборудование космической станции пол­ ностью автоматизировано и не требует обслуживания в течение всего срока эксплуатации. Поэтому оно должно быть исключи­ тельно надежным. Время надежной работы аппаратуры косми­ ческой станции должно максимально приближаться ко времени существования на орбите ИСЗ. Срок службы спутников составляет 3 7 и более лет. При отказе аппаратуры космической станции ее существование становится бесполезным и связь может быть восстановлена только выведением на орбиту нового спутникастанции.

Аппаратура космических станций работает в условиях больших перепадов температуры, радиации и др. Для защиты аппаратуры от вредных воздействий космической среды предусмотрены спе­ циальные меры: экранирование, теплозащита, выбор орбиты.

Диапазоны частот для спутниковой связи

Особенность спутниковой связи состоит в том, что радиоволны с земной станции на спутник и со спутника на Землю должны свободно проходить через атмосферу. Полоса частот, в которой передаваемые радиосигналы проходят через атмосферу без чрез-

КС — космическая станция; ЗС — земная стан­ ция; ТЦ — теленизионный центр; М ТС меж­ дугородная телефонная станция

мерного поглощения и преломления, называется атмосферным «радиоокном». Для организации спутниковой связи наилучшим считается диапазон 1 10 ГГц, в котором в соответствии с между­ народной договоренностью для служб связи и использования ИСЗ выделены определенные полосы частот. Необходимость жесткой регламентации в распределении частот вызвана тем, что к моменту появления спутниковых систем широкое развитие получили назем­ ные системы связи. Так, наиболее подходящие частоты для радио­ релейной связи находятся в диапазоне 2 8 ГГц. Отсюда возникла проблема совместного использования общих частотных полос спут­ никовыми и наземными системами передачи. Кроме определенных полос частот для спутниковой связи, существуют также специаль­ ные, принятые на международном уровне, правила использования этих полос.

Спутниковые радиосистемы «Орбита», «Экран» и «Москва»

Система спутниковой связи «Орбита» была введена в эксплуа­ тацию к 50-летию Советской власти в октябре 1967 г. Это была первая в мировой практике система спутникового телевизионного вещания. Система «Орбита» начала создаваться с 1965 г., когда впервые был осуществлен обмен телевизионными программами между Москвой и Владивостоком с использованием ИСо «Мол­ ния», запущенного на высокую эллиптическую орбиту (рис. 11.30) с апогеем 40 000 км над северным полушарием и периодом обра­ щения вокруг Земли 12 ч. На такой орбите положение ретран­ слятора относительно Земли каждые сутки дважды повторяется. На каждом витке в зону видимости попадает почти вся терри­ тория СССР, а круглосуточная работа обеспечивается несколькими

спутниками, запущенными с соответствующим сдвигом по вре­ мени. Эллиптическая орбита, выбранная для спутников «Молния», обеспечивает возможность связи между любыми точками на тер­ ритории СССР. Мощность радиопередатчика бортового ретрансля­ тора 40 Вт, в качестве источника электропитания используются солнечные батареи. Упрощенная схема организации связи по сис­ теме «Орбита» приведена на рис. 11.31.

Для приема сигналов от спутника земные приемные станции «Орбита» оснащены параболическими антеннами с диаметром зеркала 12 м. Антенна установлена на опорно-поворотном устрой­ стве. Наведение антенны на спутник с высокой точностью произ­ водится автоматически по заданной программе. Предусмотрены также полуавтоматический и ручной режимы наведения.

В процессе совершенствования земные станции системы «Ор­ бита» получили возможность работать со спутниками, «подвешен­ ными» на круговой экваториальной, или геостационарной, орбите (см. рис. 11.30). При высоте орбиты 35 786 км период обращения спутника составляет 24 ч. В СССР первый геостационарный спут­ ник «Радуга» для передачи телевизионных сигналов, запущенный в 1975 г., обеспечивал работу с земными станциями типа «Орби­ та». В последующем на геостационарной орбите появились новые ИСЗ типа «Горизонт» (в международных каталогах зарегистри­ рованы как «Стационар»). Спутник с периодом обращения 24 ч на круговой экваториальной орбите при совпадении направления его движения с направлением вращения Земли вокруг оси непод­ вижен на небосводе по отношению к поверхности Земли. Это единственный случай, когда продолжительность сеанса через спут­ ник может быть неограниченно большой.

К концу 70-х годов дальнейшее наращивание сети станций «Орбита» стало экономически неоправданным, так как строитель­ ство земных станций такого типа для обслуживания населенных пунктов с населением в несколько тысяч человек приводит к непомерно большим затратам на один телевизионный приемник.

В 1976 г. в СССР была создана новая спутниковая система связи «Экран», отличающаяся большей экономической эффектив­ ностью по сравнению с «Орбитой». Спутник «Экран» этой системы выведен на геостационарную орбиту. Система «Экран» позволяет обеспечить телевизионным вещанием как населенные пункты, так и метеостанции, вахтовые поселки, геологические экспедиции, находящиеся в Сибири, в районах Крайнего Севера, частично Дальнего Востока. В настоящее время приемные станции системы «Экран» работают более чем в 4000 населенных пунктах страны.

Земная передающая станция системы «Экран» оборудована радиопередатчиком мощностью 5 кВт и зеркальной параболической антенной диаметром 12 м. Земные приемные станции системы «Экран» рассчитаны на прием радиосигнала в диапазоне частот вблизи 700 МГц. Увеличение мощности радиопередатчика косми­

ческой станции до 200 Вт позволило упростить радиоприемное устройство земных станций, что в конечном итоге и предопреде­ лило экономическую эффективность системы. Однако повышение мощности радиопередатчика космической станции «Экран» до 200 Вт увеличило вероятность создания помех системам связи соседних государств. По этой причине нельзя зону обслуживания системы «Экран» распространить на весь Дальний Восток СССР,

Камчатку, Чукотку и Европейскую часть СССР Ограниченность зоны обслуживания — существенный недостаток системы «Экран».

Серийно выпускается несколько вариантов приемных устройств различного качества приема. Наиболее высокочастотные и надеж­ ные устройства предназначены для подачи программ цветного те­ левидения к телевизионным передатчикам большой и средней мощное и. Эти приемные устройства комплектуются антенной типа

«волновой канал» с 32 полотнами. Упрощенные приемные устрой­ ства позволяют сформировать стандартный телевизионный сигнал для его передачи через телевизионные ретрансляторы малой мощ­ ности либо через кабельную распределительную сеть. Они снабжены антенной «волновой канал» с четырьмя полотнами.

В 1980 г. начала действовать спутниковая система «Москва». Земные приемные станции этой системы работают через косми­ ческие станции на геостационарных ИСЗ «Горизонт». Передаю­ щая земная станция системы «Москва» во многом аналогична передающим станциям систем «Орбита» и «Экран». Радиопередат­ чик ретранслятора космической станции имеет мощность 40 Вт, но обеспечивает в отличие от «Орбиты» возможность приема радио­ сигналов на относительно простые приемные устройства с пара­ болической антенной диаметром 2,5 м. Достичь этого удалось бла­ годаря внедрению новейших способов обработки сигналов, а также разработке надежных высококачественных неохлаждаемых усили­ телей в приемном устройстве.

Приемные земные станции системы «Москва» просты, оборудо­ вание их имеет настолько небольшой объем, что может разме­ щаться в здании узла связи, маломощного ретранслятора, типо­ графии и т. д. Время установки, монтажа и настройки — несколько дней. Станция не требует постоянного квалифицированного обслу­ живания.

Радиосигнал, принятый земной станцией, подается на мало­ мощный телевизионный ретранслятор, с помощью которого теле­ программа доводится до абонентов. В приемном устройстве пре­ дусмотрена также возможность подачи сигнала в кабельную рас­ пределительную сеть или на радиовещательный передатчик (при передаче программ звукового вещания).

Система «Москва» позволяет организовать передачу изобра­ жения газетных полос. Благодаря применению специального ме­ тода обработки сигнала удалось снизить уровень помех, создава­ емых другие,I системами.