Спутниктік байланыс жүйелері

Кіріспе

Қазіргі заманғы ұйымдар  өздері арқылы күн сайын өтіп отыратын әртүрлі, негізінен алғанда электроеды және телекоммуникациялық ақпараттың үлкен көлемімен сипатталады. Сондықтан да барлық маңызды коммуникациялық тораптарға шығуды қамтамасыз ететін, коммутациялық тораптарға жоғары сапалы шығар жерге ие болған маңызды. Елді мекендердің арасындағы қашықтықтар орасан зор, ал жер бетіндегі желілердің сапасы сын көтермей отырған Қазақстанда осы мәселенің оңтайлы шешімі спутниктік байланыс жүйелері болып табылады.

Бүгінгі таңда әртүрлі  спутниктік жүйелерге, әртүрлі принциптерге негізделген және әртүрлі қолданысқа арналған спутниктік байланыс жүйелерінің саны көп.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спутниктік байланыс жүйелері

Спутниктік байланыс — радио байланысының Жердің жасанды серіктерін ррлар ретінде пайдалануға негізделген түрлерінің бірі. Спутниктік байланыс стационарлы да, қозғалмалы да болуы мүмкін жер станциялары арасында іске асырылады.

Спутниктік байланыс жүйелері баяғыдан белгілі және әртүрлі сигналдарды ұзақ қашықтықтарға беру үшін қолданылады. Өзінің пайда болған сәтінен бастап спутниктік байланыс қарқынды дамып отырды және, тәжірибенің жинақталуына, аппаратураның жетілдірілуіне, сигналдарды беру әдістерінің дамуына қарай,  спутниктік байланыстың жекелеген желілерінен жергілікті және жаһандық жүйелерге көшу жүрді.

Спутниктік байланыс жүйелерінің дамуының мұндай қарқындары олар ие болып отырған бірқатар қасиеттермен түсіндіріледі. Жекелей алғанда, оларға байланыс арналарының үлкен өткізгіштік қабілеті, қамтитын шексіз кеңістіктері, жоғары сапасы және сенімділігі жатады. Спутниктік байланыстың кең мүмкіндіктерін анықтайтын бұл қасиеттер оны бірегей және тиімді байланыс құралы етіп отыр.

Спутниктік байланыстың кең мүмкіндіктерін анықтап отырған бұл қасиеттер оны бірегей және тиімді байланыс құралы етіп отыр. Қазіргі уақытта спутниктік байланыс үлкен және орта қашықтықтарға халықаралық және ұлттық байланыстың негізгі түрі болып табылады. Байланысты ұйымдастыру үшін Жердің жасанды серіктерін пайдалану байланыстың қазірде бар желілерінің дамуына қарай кеңеюін жалғастыруда. Көптеген елдер өздерінің ұлттық спутниктік байланыс желілерін жасауда. Барлық жүйелерді екі түрдегі: геостационарлы емес және геостационарлы орбиталардағы спутниктер арқылы жұмыс істейтін жүйелерге бөлуімізге болады.

Геостационарлы емес спутниктер негізінен  алғанда әскери, ғылыми және метеорологиялық  зерттеулер үшін пайдаланылады. Олардың  негізгі ерекшелігі – Жердегі  станциялармен тәулік бойы байланыс ұстап отырудың мүмкін еместігі.  Алайда, Жердің бетіне қатысты белгіленген  орбита бойынша орын ауыстыра отырып, олар жер бетінің үлкен ауданынан мәліметтер жинай алады. Геостационарлы спутниктер экватор жазықтығындағы осының кезінде бұлардың бұрыштық жылдамдығы Жердің өз осінің айналасында айналу жылдамдығымен сәйкес келетіндей орбитаға шығарылады. Осында жылдамдықтардың тұрақтылығы және орталықтан тебетін мен гравитациялық күщтердің теңдігі шарттары орындалатын, Жер бетінен биіктік 36 мың километр құрайды. Теориялық тұрғыдан алғанда, осылайша орналастырылған бір спутник жер бетінің үштен бір бөлігі үшін сапалы байланысты қамтамасыз ете алады.  Ал шындығында, қызмет көрсетілетін аумақтар анағұрлым азырақ. Геостационарлы орбиталардағы спутниктердің ерекшелігі – Жердегі станцияларнан спутникке дейінгі 36 мың км болатын қашықтықты екі рет өтумен туындайтын, спутниктік арнадағы айтарлықтай уақыттық кідіріс (шамамен 240 мс) болып табылады.

Біз орбиталарда Жердің айналуымен синхронды айналып отыратын байланыс спутниктері қолданылатын жүйелерді  қарастыратын боламыз. Бұл байланыс жүйесін елеулі қарапайым етуге  мүмкіндік береді. бұл жағдайда әрбір  жердегі станция дәл сол бір  байланыс спутнигімен үздіксіз жұмыс  істеп отырады. Бұрынырақта, синхронды  емес спутниктерді пайдаланған кезде, әр жер станциясының антенналық жүйесін  бір спутниктен екінші спутникке  оқтын-оқтын ауыстырып қосып отыру  қажеттігі бар болатын, бұл, әрине, байланыстағы үзілістерді тудырып  отыратын. Оның үстіне, Жердегі станцияларның құнының айтарлықтай бөлігін онша сенімді емес қадағалау аппаратуралары құрайтын еді. Стационарлы байланыс спутниктерін пайдалану үздіксіз байланысты қамтамасыз етеді, бірақ Жердің жасанды серігінің орбитасын сан мәрте коррекциялауды жүргізу үшін жұмыс денесінің қосымша қорын қажет етеді. Жұмыс денесінің орбитаны коррекциялауға арналған қосымша қоры жүйені пайдаланудың қарапайымдылығы және байланыстағы ұзілістердің жоқтығы үшін төленген салыстырмалы түрде шамалы ақы болып табылады деп саналады. Стационарлы спутниктерді пайдаланған кезде, Жердегі станциялар күрделі де қымбат тұратын қадағалау жүйесінен бас тартылуы есебінен оңайлана, ықшамдала түседі.

Спутниктік байланыс жүйелері сонымен қатар берілетін сигналдың осы сандық немесе аналогтық болуы мүмкін типімен де ерекшеленуі мүмкін. Ақпаратты сандық түрде беру ақпарат берудің басқа әдістерімен салыстырғанда бірқатар артықшылықтарға ие болып келеді. Осы артықшылықтарға:

• көптеген тәуелсіз сигналдарды біріктірудің және сандық хабарламаларды коммутацияның ыңғайлы болуы үшін «пакеттерге» түрлендірудің қарапайымдығы және тиімділігі;
• аналогтық сигналды берумен салыстырғанда, қуаттың аз шығындалуы;
• сандық арналардың, әдетте аналогық байланыс жүйелерінде елеулі проблема болып келетін, ретрансляциялар кезінде бұрмаланулардың жинақталу әсеріне салыстырмалы түрде сезімтал еместігі;
• қателерді табу және түзету арқылы, беру қателіктерінің өте аз ықтималдықтарын алудың және берілген мәліметтердің жаңғыртылуының жоғары дәлдігіне, растығына қол жеткізудің потенциалды мүмкіндігі;
• байланыстың конфиденциалдығы;
• микропроцессорларды, сандық коммутацияны пайдалануға және компоненттерінің интеграциясының көбірек дәрежесі бар микросхемаларды қолдануға жол беретін, сандық аппаратураның іске асуының икемділігі.

 

VSAT-спутниктік байланыс станциясы

  VSAT1-станция – шамамен 1.8 ... 2.4 м болатын шағын диаметрлі антеннасы бар спутниктік байланыс станциясы.  VSAT-станция жер бетіндегі бекеттер арасында, сондай-ақ мәліметтерді жинау және бөлу жүйелерінде ақпарат алмасу үшін қолданылады. VSAT типті Жердегі станцияларның желісі бар спутниктік байланыс жүйелері айтылған сөзді сандық жолмен беретін телефон байланысын, сондай-ақ сандық ақпаратты беруді қамтамасыз етіп отырады.

VSAT типті спутниктік байланыс станцияларына №№ 725-729 ММКР ұсыныстарында сипатталған белгілі бір сипаттамаларға ие болып келетін спутниктік байланыс станциялары жатады. .

Телефон трафигін берген кезде  спутниктік жүйелер топтық тракттар (топтық сигналдың өтуін қамтамасыз етіп отыратын техникалық құралдардың  жиынтығы, яғни бірнеше телефон арнашықтары  бір спутниктік арнаға біріктіріледі) және беру арналарын (сигналдардың бір  нүктеден екінші нүктеге дейін беруді қамтамасыз ететін құралдардың жиынтығы) құрайды. Спутниктік байланыс жүйелерінің арналары және топтық тракттары магистральды және аймақ ішіндегі телефон желілерінің учаскелерінде, бірқатар жағдайларда жергіліті байланыс желілерінде кеңінен қолданылып отыр, Спутниктік байланыс желілері: Жердің жасанды серігі қызмет көрсететін аймақта кез келген байланыс бекеттері арасында тікелей бекітілген арналарды және тракттарды ұйымдастыруға, сондай-ақ бұл режимнік кезінде спутник арналары мен тракттары желідегі трафиктің қажеттіліктері өзгерген кезде бір бағыттардан екінші бағыттарға шұғыл ауыстырыла алатын, сондай-ақ толық қол жетімді шоқтармен ең тиімді пайдаланыла алатын, бекітілмеген арналар режимінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

  Қазіргі кезде VSAT пайдаланатын бірнеше спутниктік байланыс жүйелері жасалған. Осындай түрдегі типтік жүйелердің бірі болып геостационарлы спутниктердің негізінде ұйымдастырылған жүйе табылады. Аталған жүйенің құрамында жұмыс істейтін VSAT бірқатар елдерде, оның ішінде Қазақстанда да орнатылған.

VSAT станциясының тартымды ерекшелігі болып оларды пайдаланушыларға тікелей жақын жерге орналастыру мүмкіндігі табылады, осының арқасында пайдаланушылар жер бетіндегі байланыс желілерінсіз де күн көре алады. Жалпы алғанда VSAT станциялары деп 725-729 ММКР ұсыныстарында сипатталған белгілі бір сипаттамаларға ие болып отыратын станциялар аталады.

Ақпаратты жоғары жылдамдықтарда (10 кбит/сек және одан көп) тұрақты беріп отырған кезде тиімді болып келетін, бекітілген арнасы бар жүйелерден өзге, арнаның көптеген абоненттік Жердегі станциялар арасында уақыттық, жиіліктік, кодтық немесе құрама бөлінуін пайдаланатын жүйелер де бар. Спутниктік байланыс жүйелерін классификациялауға мүмкіндік беретін тағы бір параметр болып хаттаманы пайдалану табылады. Алғашқы спутниктік жүйелер хаттамасыз болған және пайдаланушыға ашық арнаны ұсынатын еді. Мұндай жүйелердің кемшілігі болып, мысалға, пайдаланушының ақпаратын, әдетте, оның жеткізілуін қабылдаушы жақтың растауынсыз беру табылды. Басқаша айтар болсақ, мұндай жүйелерде ақпарат алмасуға қатысушылар арасындағы диалогтың ережелері келісіп шешілмеген болатын. Бұл жағдайда спутниктік байланыс жүйелерінің сапасы спутниктік арнаның сапасымен анықталады. Символға қатенің ықтималдығының 10-6..10-7 шамасындағы типтік мәндері кезінде үлкен файлдарды спутниктік жүйелер арқылы беру, тіптен әртүрлі кедергіге төзімді кодтарды пайдалана отырып та, мүмкін емес демесек те, қатты қиынға соғады. Қазіргі спутниктік байланыс жүйелері абоненттер арасындағы ақпарат алмасудың жоғары жылдамдығын сақтай отырып, байланыстың сенімділігін арттыратын хаттаманы пайдаланады. Мысалға, мәліметтерді берудің PES™ (PersonalEarthStation - персональная земная станция) типті, төменде қарастырылып отырған жүйесі үшін символға қатенің ықтималдығы 99% байланыс уақыты үшін 10-9 аспайды.

Қазіргі таңда Қазақстанда  оларды қатаң осылайша түсінгендегі VSAT типті желілер мен Жердегі станциялар әзірге аз, бірақ олардың саны өсетін болады, өйткені біздің еліміз, ұлан-байтақ жерімен қатар, әсіресе шеткері жатқан өңірлерде, байланыстың нашар дамыған инфрақұрылымына да ие.

Осындай күрделі аппаратураны таңдап алған кезде көптеген факторларға  назар аудару қажет, аса маңыздыларының бірі аталған типтегі аппаратураның  әлемде қаншалықты таралғандығы, осындай  техниканы жасап шығарумен айналысып  отырған фирманың нарықта қаншама  жыл жұмыс істеп келе жатқандығы болып табылады. Бұл жүйенің жұмысының сенімділігіне кепілдік беруге, басқа жүйелермен байланысты қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

 

SCPC жүйесі

SCPC-жүйенің жұмыс схемасы

 

Қазақстанда және Еуропада VSAT-станциялардың SCPC принципінде жұмыс істейтін желілері бар. Осында “point-to-point”(“нүкте-нүкте”) принципі бойынша байланыс пайдаланылатын SCPC байланысының стандартты варианты – бұл спутниктік арнамен байланысқан және пайдаланушыларда орналасқан екі VSAT-станциялар. Осындай арна бар болған кезде пайдаланушылар бір бірімен байланысты кез келген сәтте орната алады. Желінің Бас кеңседе (бөлімде, өкілдікте және т.с.) бір станция және алыстағы бөлімшелерде, филиалдарда бірнеше станция бар болатын «жұлдыз» («орталық – әркіммен» принципі) типті конфигурациямен жиірек істес болуға тура келеді. Аталған схеманы пайдаланған кезде сандық ақпараттың ағындарын 32 кбит/сек бастап 8 Мбит/с дейінгі жылдамдықпен ұйымдастыру және орталық пен шеткері бөлім, филиал арасындағы телефон, телефакс байланысын қамтамасыз ету мүмкін болады. Аталған жүйе спутниктік станциялар арқылы Берлиндегі халықаралық телепортқа және әрі қарай әлемнің кез келген еліне шығу мүмкіндігін ашады. Бұдан өзге, тікелей астаналық номер алу мүмкін болады және Мәскеудегі телепорт арқылы бұрынғы КСРО елдері бойынша телефон келіссөздерін жүргізу мүмкін болады. Жалпы алғанда, SCPC-жүйенің жалданған, коммутацияланбайтын арналардың, ведомстволық желілердің және т.с. өте қуатты альтернативасы болып табылатындығын атай кетуіміз керек. Ол ақпараттың үлкен көлемдерін жоғары жылдамдықпен беру құралы ретінде аса тартымды. Спутиктік сандық арналарды пайдалануына орай, ол алыс қашықтыққа осал емес және кедергіден қорғалған болып табылады.

 

TES-жүйесі

TES-жүйенің жұмыс схемасы

  TES-жүйе “mesh” (“әркім әркіммен”) принипі бойынша құрылған желілерде немесе, басқаша айтар болсақ, толық қол жетімді желілерде телефондық және сандық ақпаратпен алмасуға арналған. Бұл желінің кез келген екі абоненті арасындағы телефон байланысы мүмкін дегенді білдіреді, осыдан өзге, абоненттерге Берлиндегі телепорт (Gateway) арқылы жалпы пайдаланыстағы халықаралық желіге шығулары қамтамасыз етіледі. Қарапайым конфигурацияда бір телефон немесе факсимильді арна бойынша байланыс қамтамасыз етіледі. Абонентке сандық ақпаратты желіге кіретін екі станция арасында беруді ұйымдастырудың қосымша мүмкіндігі беріледі. Желі DAMA принципі бойынша – абонент өзіне қатаң бекітілген спутниктік арнаға ие болмайтын, ал осы арна оған бірінші талап ету бойынша, оның үстіне жоғары (99%-дан аса) ықтималдықпен берілетін принцип бойынша жұмыс істейді. Бұл тәсіл жалға алынатын спутниктік арналардың санын азайтуға және абоненттер үшін қалталары ктеретіндей бағаларды қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Жалпы алғанымызда, дәл осы TES-жүйесін пайдалану халықаралық телефон желісіне кірудің ең оперативті және пәрменді тәсілі, сондай-ақ әлде дамымай қалған байланыс инфрақұрылымына ие болып отырған, әлде мұндай инфрақұрылымы мүлдем жоқ облыстармен байланыс жасаудың жақсы құралы болып табылады.

 

PES жүйесі

  PES-жүйенің құрылымы

Дербес Жердегі станцияларның жүйесі (PersonalEarthStation) PES™ - толық дуплекс мүмкіндігі бар, «жұлдыз» типті топологиямен спутниктік байланыс жүйелері аясында телефондық және сандық ақпарат алмасуға арналған спутниктік диалогтық пакеттік-коммутацияланатын желі. Жүйе ірі және қымбат орталық станцияға (HUB station) және көптеген шағын әрі қымбат емес PES немесе remote перифериялық станцияларына ие. Көбірек тиімді шығаратын қуат және орталық станцияны қабылдаудың жоғары сапасы PES-те диаметрі 0,5-1,8 м болатын шағын антенналарды және қуаты 0,5-2 Вт болатын, қуаты шамалы бергіш құралдарды пайдалануды мүмкін етеді. Бұл абоненттік Жердегі станцияларның құнын айтарлықтай төмендетеді. Жоғарыда аталып кеткен өзге жүйелерден өзгешелігі, бұл жүйеде ақпаратты беру әрқашан HUB арқылы жүреді. Жүйенің энергетикасына және оның құнына (тиісінше, ұсынылатын қызметтердің құнына да) қатысты, орталық жер станциясын спутниктің жарықтандыру аймағының орталығына орналастыру оңтайлы болып келеді. Мысалға, INTELSAT-604 спутнигі арқылы жұмыс істейтін желіде орталық Жер станциясы Мәскеуде орналасқан.

Конструкция және техникалық мінездемелер

Антенна

Бір айналы антенна әдетте офсет (жылжыған орталығы бар) схемасы  бойынша орындалады. Офсет схемасы  жерден параллель жүретін және максималды кедергілер беретін бүйірдегі желектердің деңгейін төмендетуге мүмкіндік береді. сондай-ақ аталған схема рефлектордың бетінде атмосфералық жауын-шашынның жинақталуын болдырмауа жағдай жасайды.

    Антенна:

• рефлектордан (айнадан),
• сәулелендіру жүйесінен,
• тірек-бұрылыс негіздемесінен тұрады.

      

Сыртқы блок (антенна және қабылдағыш-бергіш)

  Қабылдағыш-бергіш блок

Негізгі терминал:

• жиіліктерді түрлендіру блогының СВЧ-нан;
• қуатты күшейткіштен (SSPA10 немесе TWT11),
• аз шу шығаратын конвертордан (LNC),
• электрмен қоректену блогынан;
• байланыстыратын кабельдерден тұрады.

Қабылдағыш-бергіштің функциясы  модулятордан кейін 

 

Функция приемопередатчика  заключается в преобразовании, после  модулятора, сигнала IF, на конверторе вверх, в RF сигнал для передачи через антенну и в преобразовании полученного RF сигнала в сигнал IF, на конверторе вниз, для блока, используемого как демодулятор.