Принципы построения систем спутниковой связи (лекция 19)

1.

ВНИМАНИЕ!
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ СВЯЗИ, ФОТО,
ВИДЕО И ЗВУКОЗАПИСИ ЗАПРЕЩЕНО!

2.

ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ А.Ф. МОЖАЙСКОГО
35 кафедра сетей и систем связи космических комплексов
Сети и телекоммуникации
Лекция
Доцент 35 кафедры
кандидат технических наук доцент
подполковник Акмолов Алексей Феликсович

3.

Контроль освоения обучающимися учебного материала
предыдущего занятия
Контрольный вопрос № 1:
Дайте понятие MAC-адрес.
MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде,
также Hardware Address) — уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице
активного оборудования телекоммуникационных сетей (постоянный – физический адрес
устройства).
Контрольный вопрос № 2:
В чем заключается задача протокола IP
Задача протокола IP – осуществление маршрутизации дейтаграмм (определение
оптимального пути следования дейтаграмм с помощью алгоритмов маршрутизации от
узла-отправителя сети к любому другому узлу сети на основании IP адреса).
Контрольный вопрос № 3
Что такое DNS и в чем его задача
Доменная система имен (Domain Name System)
Основная задача DNS в соответствие числовому Интернет-адресу компьютера ставится
уникальное доменное имя.
3

4.

Сети и телекоммуникации
4
Лекция № 19. Принципы построения систем спутниковой связи
Цель: Получить представление о принципах построения и
классификации систем спутниковой связи.
Учебные вопросы:
1.Основные понятия и определения, достоинства
недостатки спутниковой связи.
2.Принципы построения систем спутниковой связи
основные их компоненты.
3.Типы орбит систем спутниковой связи.
4.Топологии сетей спутниковой связи.
и
и

5.

Учебный вопрос № 1
Основные понятия и определения, достоинства и
недостатки спутниковой связи
5

6.

Классификация связи
по виду передаваемого сообщения
по типу среды распространения сигналов
телефонная связь
телеграфная связь
факсимильная связь
видеотелефонная связь
фельдъегерско-почтовая связь
сигнальная связь.
проводная связь
радиосвязь
оптоэлектронная связь
гидроакустическая связь
связь с подвижными средствами.
радиосвязь прямой видимости
радиорелейная связь
космическая радиосвязь
спутниковая радиосвязь
ионосферная радиосвязь
метеорная радиосвязь
тропосферная радиосвязь.
6

7.

Основные понятия
7
ГОСТ 24375-80 «Радиосвязь. Термины и определения»
Космическая радиосвязь – радиосвязь, в которой используется одна или несколько
космических радиостанций или один или несколько отражающих спутников, или другие
космические объекты.
Спутниковая радиосвязь – космическая радиосвязь между земными радиостанциями,
осуществляемая посредством ретрансляции радиосигналов через один или несколько
спутников Земли.
Космическая система связи – любая группа действующих совместно земных и/или
космических станций, использующих космическую радиосвязь для определенных целей.
Спутниковая система связи – космическая система, использующая один или несколько
искусственных спутников Земли.

8.

Спутниковая радиолиния
Спутниковая радиолиния – линия связи между земными станциями с помощью
одного ИСЗ, включает в себя участок Земля-ИСЗ (линия «вверх») и участок ИСЗЗемля (линия «вниз»).
8

9.

Диапазоны частот спутниковой связи
Наименование диапазона
Полоса частот в ГГц
L -диапазон
S - диапазон
C - диапазон
X - диапазон
Ku - диапазон
1,452-1,550 и 1,610-1,710
1,93 - 2,70
3,40 -5,25 и 5,725 - 7,075
7,25 - 8,40
10,70 - 12,75 и 12,75 - 14,80
Ka - диапазон
K - диапазон
15,40 - 26,50 и 27,00 - 30,20
84,0 - 86,0
9

10.

Особенности организации связи при управлении
10
войсками в ходе военного конфликта с применением ССС

11.

Основные достоинства спутниковой связи
-возможность обеспечения связи между абонентами на любые расстояния в зоне
радиовидимости спутника при активной мгновенной ретрансляции;
- возможность организации прямых каналов между любыми абонентами в зоне
обслуживания,
- возможность обеспечения работы в режиме незакрепленных каналов;
-возможность передачи циркулярных сообщений на большую зону обслуживания;
-незначительное влияние атмосферы и географических особенностей мест установки
земных станций на устойчивость связи;
-независимость качества каналов и их стоимости от расстояния между абонентами;
-простота реконфигурирования системы при изменении места положения абонентов;
-универсальность в отношении передаваемой информации;
- качественные показатели каналов космической связи могут соответствовать нормам
на наземные каналы связи.
11

12.

Варианты проведения радио и радиотехнической
разведки системы спутниковой связи
12

13.

Варианты воздействия помех по входу приемных
13
устройств БРТК КА связи и ЗС системы спутниковой связи

14.

Основные недостатки спутниковой связи
14
- невысокая скрытность;
- возможность организации преднамеренных помех (особенно по входу ретранслятора
связи);
- возможность физического уничтожения элементов спутниковой связи;
- низкий уровень сигнала на входе приемного устройства земной станции;
- наличие эффекта Доплера;
- большая задержка сигнала при распространении по спутниковой радиолинии;
- нарушения непрерывности связи при переходе с одного спутника на другой;
- большие первоначальные затраты при создании ССС.

15.

Учебный вопрос № 2
Принципы построения систем спутниковой связи и
основные их компоненты
15

16.

Классификация систем спутниковой связи
по типу орбит
спутников-ретрансляторов
- низкоорбитальные (LEO)
- среднеорбитальные (MEO)
- геостационарные (GEO)
- высокоэллиптические (ЕЕО)
по используемому методу
многостанцонного доступа
- с частотным разделением
-с временным разделением
- с кодовым разделением
- случайный множественный доступ и др.
16
по целевому назначению
- ведомственные (МО, МВД, МСЧ)
- гражданские (Гонец, Банкир,
Ямал, Сигнал)
- двойного назначения
по классам услуг,
предоставляемым пользователям
- моносервисные (передача
речи, данных и др.)
- мультисервисные

17.

Обобщенная структура системы спутниковой связи
17

18.

Структура системы спутниковой связи «Приморка-М»
КА связи «Ямал 200» №2
на ГСО в т.с. 49 в.д.
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ СТАНЦИИ СЕГМЕНТА «Ямал 49»
1 ГИК
2003
ЦЕНТРАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
СЕГМЕНТА «Ямал 49»
Байконур ОИП 7 ОКИК-18 АОЛЦ
2005
2006
2006
18
Об. 413
2007
2003
ЦУП ЦНИИМаш
ВОЛС
УС «ГВАРДЕЕЦ»
ЦЕНТР УПРАВЛЕНИЯ (АСУ ССС «Приморка»)
ТС ВС ЦОН ГИЦ КС
ЦЕНТРАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
СЕГМЕНТА «Глобус 1М»
КА связи «Глобус 1М» на
ГСО в т.с. 70 в.д.
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ СТАНЦИИ СЕГМЕНТА «Глобус 1М»
ШКС
ОКИК-14
ОКИК-9
2008
ОКИК-13 ОКИК-15 ОКИК-20
2006
Зеленчукская Нурек
2009
2010
2004
Углегорск
Армавир
Нарьян-Мар
2005
2010
2011
Софрино
Дунаевка
Солнечногорск
2011
2011
2011
2008
Ногинск-9 Находка
2010
2010
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ СТАНЦИИ ВОСТОЧНОГО
СЕГМЕНТА
2007
УС «ЛОТОГРАФ»
об. 370
ОКИК 4
2010
2004
ШКС
ЦЕНТРАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
ВОСТОЧНОГО СЕГМЕНТА
КА связи Восточного сегмента на
ГСО в т.с. 96,5 - 150º в.д.
ОКИК-4
2009
ОКИК-6
ОКИК-17
2011
2007
43 онис
2010

19.

Использование ССС «Приморка-М»
при взаимодействии с ПКА
19

20.

Состав оборудования земной станции
спутниковой связи
20
Земная радиостанция (ЗС) – радиостанция (приемная, передающая или приемопередающая), размещенная на земной поверхности либо в основной части земной
атмосферы и предназначенная для осуществления радиосвязи с использованием одного
или нескольких бортовых ретрансляторов искусственных спутников Земли.

21.

Земные станции Единой системы спутниковой связи
Узловая станция
«Кристалл-У» (Р-440-У)
Оконечные станции «Кристалл-АБ» (Р-440-О)
21

22.

Земные станции Единой системы спутниковой связи
Станции спутниковой связи ЕССС-2
«Ливень-У», «Ливень-О»
Станция спутниковой связи ЕССС-2
Станции спутниковой связи ЕССС-2
«Легенда-2», «Легенда-2БК»
Станция спутниковой связи
ЕССС-2 «Барьер - Т»
22

23.

Состав оборудования спутника-ретранслятора
Космический аппарат (КА) – объект, находящийся за пределами основной части
земной атмосферы и оборудованный бортовыми ретрансляторами.
Бортовой ретранслятор – радиотехническое оборудование, установленное на борту
космического аппарата и предназначенное для приема, преобразования и передачи
сигналов.
23

24.

Космические аппараты связи
Спутник-ретранслятор «Молния-3»
на высокоэллиптической орбите
Спутник-ретранслятор «Экспресс-А4»
на геостационарной орбите
Спутник-ретранслятор «Сфера»
24

25.

Принцип непосредственной ретрансляция сигналов
25
Достоинства
универсальность структуры передаваемых сигналов
относительная простота аппаратуры обеспечивает
высокую надежность.
УРЧ - усилитель радиочастоты,
СМ - смеситель,
Г - гетеродин,
УМ - усилитель мощности,
АРУ - автоматическая регулировка усиления,
РУ - регулировка усиления,
Недостаток
шумы и помехи из радиоканала «вверх»
усиливаются и переизлучаются наравне с полезным
сигналом суммируясь с помехами в линии «вниз»

26.

Ретрансляция с бортовой обработкой сигналов
ЛЧП - линейная часть приемника,
ДМ - демодулятор,
ДК - декодер,
ПВС - процессор видеосигналов,
КУ - кодирующее устройство,
М - модулятор.
Достоинство
•исключается возможность непосредственного
проникновения шумов радиоканала «вверх» в
радиолинию «вниз»,
• есть возможность независимого выбора
оптимальных структур сигналов в радиолиниях
«вверх» и «вниз».
• при использовании многолучевых бортовых
передающих антенн появляется возможность
коммутации информационных потоков между
лучами, что позволяет существенно повысить
пропускную способность сети.
Недостаток
•теряется универсальность аппаратуры,
•усложнение бортовой аппаратуры обостряет проблему
обеспечения заданного уровня надежности
26

27.

Учебный вопрос № 3
Типы орбит систем спутниковой связи
27

28.

Высокоэллиптическая орбита
28

29.

Геостационарная орбита
29

30.

Системы спутниковой связи с ретрансляторами
на геостационарных и высокоэллиптических орбитах
30
Достоинства:
-небольшое число СР (для обеспечения глобального обзора достаточно трёх-четырёх
геостационарных СР);
-низкая динамика перемещения СР относительно поверхности Земли;
-невысокая загрузка наземного сектора управления вследствие малого числа СР;
-большая зона обзора поверхности Земли и возможность организации прямой связи
между абонентами, удалёнными на значительные расстояния (глобальность связи).
Недостатки:
-низкая энергетика радиолинии вследствие большой протяжённости и ограничений на
массо-габаритные параметры абонентских терминалов;
-сложность и высокая стоимость СР - главного средства, обеспечивающего энергетику
радиолинии;
-сложность построения абонентского терминала (необходимость использования
направленных антенн, достаточно мощного передатчика и приёмника с высокой
добротностью) и его более высокие массо-габаритные параметры;
-доступность СР для радиоэлектронного воздействия практически с территории любой
страны (при использовании бортовых антенн с широкой диаграммой направленности);
-высокая стоимость вывода тяжёлых СР на геостационарную орбиту, особенно с
территории России.

31.

Зоны покрытия ретрансляторов на геостационарных
и высокоэллиптических орбитах
Зона покрытия спутника
Экспресс А6 (80 в.д.)
Зона покрытия спутника
«Экспресс-А4»
31

32.

Низкая круговая орбита
3
2

33.

Системы спутниковой связи с ретрансляторами
на низких орбитах
33
Достоинства:
-невысокие требования к энергетике радиолинии Земля-космос-Земля вследствие её
малой протяжённости;
-возможность упрощения бортовой аппаратуры;
-снижение массо-габаритных характеристик терминалов;
-дешевизна запуска СР;
-территориальная
ограниченность
зоны
возможного
противодействия ограниченной зоны радиовидимости СР.
Недостатки:
-ограниченность зоны обслуживания каждого СР;
радиоэлектронного
-необходимость большого числа СР для обеспечения оперативной связи;
-высокая подвижность СР относительно поверхности Земли, что ограничивает время
непрерывной связи через один СР;
-необходимость организации межспутниковых каналов связи для обеспечения
глобальности связи, что в значительной степени усложняет СР и процессы управления ими;
-высокая нагрузка на НКУ при решении задач по развёртыванию и поддержанию ОГ в
стабильном состоянии, особенно в случае использования межспутниковых радиолиний.

34.

Структурная схема низкоорбитальной системы
спутниковой связи Globalstar
Межспутниковые
радиолинии
отсутствуют
34

35.

Зона покрытия низкоорбитальной системы
спутниковой связи Globalstar
35

36.

Низкоорбитальная система спутниковой связи Iridium с
глобальным покрытием земной поверхности
36
Iridium всемирный оператор
спутниковой телефонной связи.
Покрытие составляет 100 %
поверхности Земли, включая оба
полюса.
Одноимённая
орбитальная
группировка
с
наличием
межспутниковых
радиолиний
насчитывает
66
спутников, расположенных на
низких орбитах с наклонением
86,5° и высотой 780 км.

37.

Структурная схема низкоорбитальной системы
спутниковой связи Iridium
3
7

38.

Состав группировки системы
спутниковой связи Starlink
38
Высота орбиты,
км
Наклонение
орбиты,
град.
Число
орбит/плоскостей
с данным
наклонением
Кол-во спутников
в каждой
плоскости
1150
53
32
50
1110
53,8
32
50
1130
74
8
50
1275
81
5
75
1325
70
6
75
72 орбитальные плоскости с
наклонением по 22 спутника в
каждой на высоте 550 км

39.

Архитектура сети
спутниковой связи Starlink
39

40.

Учебный вопрос № 4
Топологии сетей спутниковой связи
40

41.

Однонаправленная сеть непосредственного
телевизионного вещания
41
Одна центральная станция (ЦС) передает через Ртр сигналы, принимаемые множеством
периферийных ЗС (ПЗС). При этом ПЗС служат только для приёма сигналов с борта СР и
сами не могут служить источником сигналов.

42.

Сеть цифрового спутникового телевизионного вещания
42

43.

Спутниковая сеть с топологией типа «звезда»
43
Сигналы периферийной земной станции (ПЗС) принимаются только центральной ЗС (ЦС), а
ПЗС могут принимать сигналы, передаваемые только ЦС. В этом случае при необходимости
связи
между
двумя
ПЗС
потребуется
трехкратная
ретрансляция
сигнала:
ПЗС1→Ртр→ЦС→Ртр→ПЗС2, т.е. дважды через Ртр и один раз через ЦС.

44.

Полносвязная спутниковая сеть
Земные станции, входящие в состав сети, могут организовать между собой связь по
принципу «каждый с каждым».
44

45.

Задание на самостоятельную работу
Задание 1:
Изучить структуру вычислительной сети на основе Эталонной
модели взаимодействия открытых систем
Рекомендуемая литература:
Е.Н.Косяков, А.В.Родионов, К.Ю.Цветков. Сети связи и системы
коммутации: учебник. - СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2012. –
С. 23–31.
Задание 2:
Изучить функциональное назначение уровней вычислительной
сети на основе Эталонной модели взаимодействия открытых
систем
Рекомендуемая литература:
Е.Н.Косяков, А.В.Родионов, К.Ю.Цветков. Сети связи и системы
коммутации: учебник. - СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2012. –
С. 17–19.
45

46.

Контроль освоения обучающимися учебного материала
Контрольный вопрос № 1:
Дайте понятие MAC-адрес.
MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к среде,
также Hardware Address) — уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице
активного оборудования телекоммуникационных сетей (постоянный – физический адрес
устройства).
Контрольный вопрос № 2:
В чем заключается задача протокола IP
Задача протокола IP – осуществление маршрутизации дейтаграмм (определение
оптимального пути следования дейтаграмм с помощью алгоритмов маршрутизации от
узла-отправителя сети к любому другому узлу сети на основании IP адреса).
Контрольный вопрос № 3
Что такое DNS и в чем его задача
Доменная система имен (Domain Name System)
Основная задача DNS в соответствие числовому Интернет-адресу компьютера ставится
уникальное доменное имя.
4
46
6

47.

Сети и телекоммуникации
Лекция закончена!
Спасибо за внимание!
47