Применение спутниковой связи в компьютерной сети центра ССУЗА

В обоих случаях возможно «расшаривание» трафика по сети (в первом случае иногда даже можно иметь несколько разных подписок спутникового провайдера и разделять тарелку за счёт особой настройки машины с тарелкой (требуется Linux или FreeBSD, под Windows требуется программное обеспечение сторонних производителей)). Некоторые провайдеры (SkyDSL) в обязательном порядке используют своё программное обеспечение (выполняющее роль и туннеля, и прокси), часто также выполняющие клиентский шейпинг и не дающее расшаривать спутниковый интернет между пользователями (также не дающие возможности использовать в качестве ОС, что либо отличное от Windows).

Преимущества и недостатки

Можно выделить следующие плюсы спутникового Интернета:

· стоимость трафика в часы наименьшей загрузки емкости

· независимость от наземных линий связи (при использовании GPRS или WiFi в качестве запросного канала)

· большая конечная скорость (приём)

· возможность просмотра спутникового ТВ и «рыбалки со спутника»

· возможность свободного выбора провайдера

Недостатки:

· необходимость покупки специального оборудования

· сложность установки и настройки

· в общем случае более низкая надежность по сравнению с наземным подключением (большее количество компонентов, необходимых для бесперебойной работы)

· наличие ограничений (прямая видимость спутника) по установке антенны

· высокий ping (задержка между отсылкой запроса и приходом ответа). В некоторых ситуациях это критично. при работе через некоторых операторов у вас будет не российский IP-адрес (SpaceGate — украинский, PlanetSky — кипрский,) в результате чего сервисы, которые используют для каких-то целей (например, пускаем только из РФ) определение страны пользователя, будут работать некорректно.

· программная часть — не всегда 'Plug and Play', в некоторых (редких) ситуациях могут быть сложности и тут все зависит от качества техподдержки оператора

2.6 Недостатки спутниковой связи

Слабая помехозащищённость

Огромные расстояния между земными станциями и спутником являются причиной того, что отношение сигнал/шум на приемнике очень невелико (гораздо меньше, чем для большинства радиорелейных линий связи). Для того, чтобы в этих условиях обеспечить приемлемую вероятность ошибки, приходится использовать большие антенны, малошумящие элементы и сложные помехоустойчивые коды. Особенно остро эта проблема стоит в системах подвижной связи, так как в них есть ограничение на размер антенны и, как правило, на мощность передатчика.

Влияние атмосферы

На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере.

Поглощение в тропосфере

Поглощение сигнала атмосферой находится в зависимости от его частоты. Максимумы поглощения приходятся на 22,3 ГГц (резонанс водяных паров) и 60 ГГц (резонанс кислорода). В целом, поглощение существенно сказывается на распространении сигналов с частотой выше 10 ГГц (то есть, начиная с Ku-диапазона). Кроме поглощения, при распространении радиоволн в атмосфере присутствует эффект замирания, причиной которому является разница в коэффициентах преломления различных слоев атмосферы.

 

Ионосферные эффекты

Эффекты в ионосфере обусловлены флуктуациями распределения свободных электронов. К ионосферным эффектам, влияющим на распространение радиоволн, относят мерцание, поглощение, задержку распространения, дисперсию, изменение частоты, вращение плоскости поляризации. Все эти эффекты ослабляются с увеличением частоты. Для сигналов с частотами, большими 10 ГГц, их влияние невелико.

Таблица № 1

Задержка сигнала

Эффект	100 МГц	300 МГц	1 ГГц	3 ГГц	10 ГГц
Вращение плоскости поляризации	30 оборотов	3,3 оборота	108°	12°	1,1°
Дополнительная задержка сигнала	25 мс	2,8 мс	0,25 мс	28 нс	2,5 нс
Поглощение в ионосфере (на полюсе)	5 дБ	1,1 дБ	0,05 дБ	0,006 дБ	0,0005 дБ
Поглощение в ионосфере (в средних широтах)	<1 дБ	0,1 дБ	<0,01 дБ	<0,001 дБ	<0,0001 дБ

Сигналы с относительно низкой частотой (L-диапазон и частично C-диапазон) страдают от ионосферного мерцания, возникающего из-за неоднородностей в ионосфере. Результатом этого мерцания является постоянно меняющаяся мощность сигнала.

Задержка распространения сигнала

Проблема задержки распространения сигнала так или иначе затрагивает все спутниковые системы связи. Наибольшей задержкой обладают системы, использующие спутниковый ретранслятор на геостационарной орбите. В этом случае задержка, обусловленная конечностью скорости распространения радиоволн, составляет примерно 250 мс, а с учетом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400 мс. Задержка распространения наиболее нежелательна в приложениях реального времени, например, в телефонной связи. При этом, если время распространения сигнала по спутниковому каналу связи составляет 250 мс, разница во времени между репликами абонентов не может быть меньше 500 мс. В некоторых системах (например, в системах VSAT, использующих топологию «звезда») сигнал дважды передается через спутниковый канал связи (от терминала к центральному узлу, и от центрального узла к другому терминалу). В этом случае общая задержка удваивается.

2.7 Система ODYSSEY

 

Система Odyssey предназначена для обеспечения глобальной радиотелефонной связи и предоставления других видов услуг персональной связи. Стоимость проекта Odyssey составляет примерно 2,5 млрд. долларов.

Головным исполнителем является международная компания Odyssey Telecommunication International (OTI), а финансирует проект группа компаний, в числе которых — его учредители (OTI), основные инвесторы (компании TRW Space & Technology Group, США и Teleglobe, Канада), а также ряд других фирм, таких как Spar Aerospace (Канада), Thomson CSF (Франция) и др. За плечами этих компаний — огромный опыт разработки и эксплуатации систем связи с геостационарными КА. Компания TRW является разработчиком более 185 спутниковых, военных и научных космических комплексов (Milstar, TDRS и др.), Teleglobe — является крупнейшим телекоммуникационным оператором в мире.

Фирма TRW должна разработать космический и наземный комплексы и сдать систему Odyssey «под ключ» компании OTI. Для предоставления услуг планируется развернуть широкую сеть национальных фирм-операторов. Имея лицензии на операторскую деятельность, эти провайдеры будут осуществлять эксплуатацию системы в различных регионах мира.

Функционирование системы Odyssey регламентируется следующими документами:

• лицензия на создание системы — выдана FCC США в январе 1995г.;

• разрешение на работу в L- и S-диапазонах. Частоты для абонентских линий были выделены в 1992 г. на Всемирной административной конференции по радиосвязи WARC-92;

• разрешение на работу в Ка-диапазоне. Частоты для фидерных линий были выделены в 1995 г. на Всемирной конференции по радиосвязи WRC-95.[8]

 

2.8 Космический сегмент и зоны обслуживания

 

Космический сегмент системы Odyssey использует средневысотные круговые орбиты для глобального покрытия Земли и состоять из 12 КА. Спутники выведены на высоту 10 354 км в три орбитальные плоскости с наклонением 50° (в каждой плоскости — 4 КА). Масса космического аппарата составляет 2500 кг, срок эксплуатации КА — 15 лет. Мощность солнечных батарей спутника в конце расчетного срока его существования составит 4,6 кВт.

На орбиту спутники (попарно) вывела ракета-носитель Atlas IIA. Период обращения спутника приблизительно 6 ч, угловая скорость — около 1 град/мин. Над большинством участков суши в зоне обслуживания одновременно находиться по 2 КА, причем хотя бы один из них — не ниже 30° над горизонтом. Система в целом обеспечивает обслуживание абонентов на территории от 70° с.ш. до 70° ю.ш. и охватывает зону протяженностью свыше 7 тыс. км (при суммарной ширине диаграммы направленности спутника 40°).

Отличительная особенность системы Odyssey — квазистатичное покрытие поверхности Земли. Все спутники оснащены многолучевыми антеннами, которые создают непрерывную сотовую структуру покрытия на поверхности Земли, охватывающую (избирательно) только сушу и наиболее судоходные акватории мирового океана. По мере движения КА по орбите система позиционирования лучей будет отслеживать формирование географически неподвижной сотовой структуры на обслуживаемой территории.

Переключение зон обслуживания проводится только тогда, когда углы видимости для связи с земными станциями становятся небольшими. Радиовидимость двух спутников обеспечивается под сравнительно высокими углами наблюдения практически с любых широт. Даже если для связи доступен лишь один спутник (а второй не используется), угол видимости КА окажется не меньшим, чем 30°, и будет гарантирован в течение 95% суточного времени. Это позволит сократить энергетический запас радиолинии, необходимый для компенсации потерь на распространение через деревья, здания и другие преграды.

Для организации связи в системе Odyssey (рис. 2.1) используется простой «прозрачный» ретранслятор с преобразованием частоты; обработка информации на борту спутника не предусмотрена. Задержка сигналов в ретрансляторе не превышает 5 мс. Маршрутизация и обработка сообщений осуществляются на наземных станциях.

Для передачи информации применяются широкополосные сигналы и многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (СDМА). Прием информации от абонентских терминалов осуществляется в L-диапазоне (1610,0— 1626,5 МГц), передача на абонентский терминал — в S-диапазоне частот (2483,5-2500 МГц). Эквивалентная изотропная мощность излучения для канала «спутник-Земля» составляет 24,2 дБ/Вт. В радиолиниях L- и S-диапазонов используется круговая поляризация.

Антенная система каждого из КА создает на земной поверхности зону, образуемую 61 узким лучом, причем одни и те же зоны могут использоваться на прием и передачу.

Рис. 2.1 Схема организации связи  в системе Odyssey.     

 

Для каждого из лучей выбирается одна пара несущих частот; коэффициент повторного использования частот — не ниже 6. Частотный план функционирования абонентских линий (рис. 2.2) предусматривает, что ширина полосы частот в приемном луче составит 11,35 МГц, а в передающем — 16,5 МГц.

Рис. 2.2 Распределение частот в системе Odyssey: а - линия "абонент - спутник", б - линия "спутник - абонент".

 

      Два спутника, одновременно обслуживающих какой-либо  из регионов, обеспечат радиотелефонную  цифровую связь 6 тыс. радиотелефонных  каналов. Для стационарных пользователей  пропускная способность одного КА — более 10 тыс. эквивалентных каналов по 4,8 кбит/с (режим передачи данных со скоростью 64 кбит/с). Фидерные линии, обеспечивающие связь между КА и узловыми станциями, работают в Ка-диапазоне, приведено в таблице 3.

Табл.3 Основные характеристики бортовой аппаратуры Ка- диапазона.

Показатель	Направление связи
	Прием	Передача
Диапазон частот, ГГц	29,1-29,4	19,3-19,6
Общая ширина полосы, МГц	300	300
Ширина полосы канала, МГц	2,5	2,5
Вид поляризации	LHCP	RHCP
Коэффициент усиления антенны, ДБи	38,5	35,7
Ширина луча по уровню 3 дБ,˚	2,20	30
Шумовая температура приемника, ˚К	780	-
Эквивалентная изотропная мощность излучения, дБВт	-	46,4

 

2.9 Наземный сегмент и организация связи

 

Система спутниковой связи Odyssey предназначена для организации радиотелефонной связи, передачи данных и коротких сообщений о местоположении подвижных объектов. Наземный сегмент Odyssey включает в себя узловые (базовые) станции и терминалы. Двухрежимный радиотелефонный терминал обеспечивает работу в сетях стандарта GSM, TDMA, CDMA, PHS. Он позволяет работать не только в системе Odyssey, но и в наземных сотовых сетях, причем доступ к наземной сотовой сети является приоритетным.

Связь регламентирована так, что после определения свободных частот вызов всегда направляется в адрес базовой станции сотовой сети. В случае невозможности соединения с базовой станцией (вызов блокирован или все частоты заняты) терминал автоматически передает запрос на спутник системы Odyssey.

Передача речи осуществляется со скоростью 4,2 кбит/с; вероятность ошибки в речевом канале — не более 10-3. Кроме речевой связи терминал Odyssey предоставляет возможность приема сообщений персонального радиовызова (пейджинг) с буквенно-цифровой индикацией, обеспечивает режим электронной почты, а также определение местоположения абонента. Скорость передачи данных составляет 2,4—64 кбит/с; вероятность ошибки на бит — не более 105. Для коррекции ошибок применяется сверточное кодирование (R = 1/2, К = 7).

Определение координат производится по собственным сигналам системы Odyssey. В связи с относительно большим (для средневысотной орбитальной группировки) числом спутников в любой точке обслуживаемой территории можно наблюдать «созвездие» из двух или трех спутников, находящихся под большими углами видимости. Это делает возможным установление местоположения объекта только по сигналам КА Odyssey Погрешность определения местоположения — не более 15 км.

В системе не предусмотрены межспутниковые связи. Весь график данного региона передается через узловые станции приведено в таблице 4, которые связаны между собой многоканальными линиями связи. В задачи узловой связи входят не только прием/передача регионального графика, но и обеспечение сопряжения с телефонной сетью общего пользования, управление межлучевой коммутацией, прием и обработка телеметрии с борта спутника.

 

 

 

 

 

Табл.4 Основные характеристики узловых станций.

Показатель	Направление связи
	Прием	Передача
Диапазон частот, ГГц	29,1-29,4	19,3-19,6
Общая ширина полосы, МГц	300	300
Ширина полосы канала, МГц	2,5	2,5
Вид поляризации	RHCP	LHCP
Коэффициент усиления антенны, ДБи	64,8	60,8
Ширина луча по уровню 3 дБ,˚	2,2	0,17
Шумовая температура приемника, ˚К	666,5	-
Эквивалентная изотропная мощность излучения, дБВт	-	85,9