Особенности спутниковых систем передачи



Рис.6.1. Двунаправленный спутниковый Интернет

Следует сразу честно сказать, что услуги сетей Star в принципе не предназначены для провайдеров. Разве что для совсем небольших компаний в самых отдаленных районах, у которых абонентов мало, а конкурентов нет совсем. Потому что работать такое решение, конечно, будет, однако, скорости будут небольшими, а трафик - дорогим.

Двусторонний спутниковый Интернет - это услуга для конечных пользователей, у которых отдельный компьютер или небольшая сеть - из 2…20 машин. Большинство абонентов подключаются вообще без гарантированной скорости. Если общий спутниковый канал связи у оператора достаточно широк, получается вполне комфортный серфинг по Интернету и быстрое скачивание файлов. В пиковые часы скорость может временами проседать, поэтому приложения реального времени, например, IP-телефония, работают не вполне корректно. У некоторых операторов тарифными планами предусмотрено подключение с гарантированной скоростью. Однако это не выделенный, а разделяемый канал. Обозначенная тарифным планом гарантированная полоса не закрепляется за абонентом. Оператор только обещает, что она будет предоставлена абоненту тотчас, как только в ней появится потребность. Пока такой потребности нет, эта полоса делится между другими активными абонентами - чтобы не простаивала. Прогнозировать их трафик невозможно. Когда нужно будет выделить полосу под «гарантированного» абонента, вполне вероятно, что ее не удастся освободить мгновенно - надо будет закончить текущие транзакции «негарантированных» абонентов. Поэтому гарантированная минимальная скорость в сетях Star - понятие не абсолютное.

Сети Star рассчитаны на подключение самых компактных и недорогих абонентских станций. Поэтому в них используются самые помехоустойчивые схемы модуляции и помехозащитные коды, позволяющие работать с очень слабыми сигналами. Одновременно эти схемы модуляции - самые низкоинформативные, а помехозащитные коды - самые избыточные. В результате стоимость спутникового канала связи в пересчете на 1 Мбит/с в этой технологии получается самой дорогой - примерно вдвое дороже, чем в SCPC.

Достоинства:

v Малая стоимость спутникового оборудования (150…200 тысяч рублей);

v Компактная земная станция (от 1,2 м);

v Быстрое подключение. Монтаж и запуск станции занимают обычно не более одного рабочего дня.

v Наземные подключения не требуются.

v Упрощенная процедура получения разрешительных документов. Выделение частот не требуется.

Недостатки:

v Высокая стоимость услуги

v Ограниченная максимально возможная скорость (обычно до 1,5 Мбит/с «вверх» и до 2 Мбит/с «вниз»).

v Относительная гарантия скорости в канале

6.1 Однонаправленный спутниковый Интернет (канальный доступ по технологии IP-DVB)

Содержание услуги: однонаправленный высокоскоростной доступ в Интернет. В зависимости от выбранного оператора и тарифного плана, пользователь получает:

v виртуальный выделенный канал с фиксированной скоростью и фиксированной абонентской платой без учета трафика;

v доступ с минимальной гарантированной скоростью с фиксированной минимальной абонентской платой и лимитом трафика. Трафик сверх лимита оплачивается помегабайтно.

v доступ без гарантированной скорости с фиксированной минимальной абонентской платой и лимитом трафика. Трафик сверх лимита оплачивается помегабайтно.

Это решение позволяет провайдеру расширить существующий канал доступа в Интернет во входящем направлении.

Рис.6.2. однонаправленный спутниковый Интернет

Спутниковый Интернет, или IP-DVB - довольно старая и очень популярная технология однонаправленного доступа. Суть услуги: пользователь устанавливает у себя приемную спутниковую антенну и получает через нее данные Интернета с высокой скоростью от оператора, находящегося в Москве или за рубежом. Система работает только в одну сторону - от оператора к абоненту. Обратная связь - передача запросов от абонента оператору - осуществляется через традиционное «наземное» подключение (dial-up, xDSL, Ethernet, GPRS/Egde и т. п.).

Для передачи данных через спутник используются структура кадров, схемы модуляции и помехозащитные коды, разработанные для цифрового телевидения (Digital Video Broadcasting). «Спутниковый Интернет» полностью совместим с цифровым спутниковым телевидением DVB-S: данные Интернета могут передаваться в едином цифровом потоке с телевизионным сигналом, а абонентские DVB-PC карты и внешние USB приемники позволяют принимать не только данные, но и программы телевидения.

В принципе, и технология, и тарифные планы ориентированы на конечных пользователей - на частных лиц и небольшие организации. Однако стоимость трафика одностороннего спутникового Интернета у некоторых операторов очень низкая, оборудование стоит совсем недорого, и никакие разрешительные документы не требуются. Поэтому вполне возможно использовать однонаправленную спутниковую систему на региональном провайдерском узле - как дополнение к основному каналу доступа.

Например, спутниковый канал связи может принять на себя часть входящего трафика в часы пиковой загрузки основного внешнего канала. Либо к этому каналу могут быть подключены определенные категории абонентов (с безлимитными тарифами, например). Или через спутник можно направить определенные виды трафика (допустим, FTTP).

У некоторых операторов спутникового Интернета есть даже тарифные планы, предполагающие гарантированную минимальную скорость и неограниченный трафик. Однако, такой «выделенный» канал стоит в 2 и более раза дороже, чем, например, однонаправленный канал Frame Relay.

6.2 Комбинированное решение «двусторонний спутниковый Интернет» + «односторонний спутниковый Интернет»

Это совсем уж «партизанское» решение для начинающих провайдеров. Использовать его можно там, где никаких наземных каналов связи нет вообще. Подключение к двустороннему спутниковому Интернету обеспечит собственно доступ в Интернет. А подключение к одностороннему сервису позволит снизить стоимость весьма дорогого «двустороннего» трафика.

Рис.6.3. Комбинированное решение

Нужно сразу отметить, что подключать обе услуги от одного оператора бессмысленно: если используется одна технология и один спутник, логично предположить, что стоимость входящего мегабайта будет одинаковой и на выходе приемо-передающей станции, и на выходе однонаправленной приемной системы. Есть резон комбинировать двунаправленный сервис российского оператора и тарифный план с ограниченным трафиком с однонаправленным сервисом зарубежного оператора и безлимитным тарифным планом.

6.3 IPTV-Интернет-телевидение со спутника

Честно говоря, на сегодня такого решения в готовом виде нет, но есть серьезные основания полагать, что оно появится в самое ближайшее время.

В последние годы провайдеры Интернет стали конкурировать с операторами кабельного телевидения. Массовая замена «меди» на «оптику» превратила сети кабельного телевидения в универсальный транспорт, вполне пригодный как собственно для телевидения, так и для Интернет. Операторы КТВ не замедлили этим воспользоваться, тут же предложив Интернет в качестве дополнительной услуги к телевидению.

Рис.6.4. интернет-телевидение со спутника

В качестве ответного действия крупные Интернет-провайдеры предлагают IP-телевидение - телевизионные каналы. доставляемые по сетям Ethernet или ADSL. Каналы для ретрансляции принимаются со спутников. Однако региональные провайдеры сталкиваются с рядом проблем:

v Российские каналы «разбросаны» по разным спутникам, разным частотным диапазонам, разным транспондерам, используют разные системы кодирования. Чтобы «собрать» пакет интересных каналов, приходится использовать много спутниковых антенн и много приемников (демодуляторов), несколько разных декодеров (дескрипторов).

v Подавляющее большинство телевизионных спутниковых каналов транслируются в MPEG-2/DVB. Чтобы ретранслировать их в сеть IP, нужны дорогие и сложные устройства - DVB/IP-шлюзы (стримеры). Эти устройства выделяют из многоканального цифрового потока DVB данные отдельных телевизионных каналов и «упаковывают» их в IP-пакеты. Пакетам каждого канала присваивается свой групповой IP-адрес назначения.

v Компрессия MPEG-2 не позволяет эффективно использовать полосу пропускания компьютерной сети. Для перекодирования «на лету» из MPEG-2 в MPEG-4 приходится также использовать дорогостоящее оборудование.

v Оборудование, обеспечивающее услугу «видео по запросу», никак не связано с приемом со спутника. Новые фильмы и музыка загружаются на серверы с физических носителей или передаются через Интернет - т.е. через узел местного провайдера, которому надо платить за большой объем трафика.

Таким образом, каждый региональный провайдер, который решился оказывать абонентам услугу IP телевидения, вынужден самостоятельно решать массу проблем, связанных с неприспособленностью современного телевизионного вещания к транспорту в IP-сетях.

Рис.6.5. тогда провайдер IPTV

Возможно, что в ближайшее время появится российский оператор, способный предоставить со спутника «готовый» пакет IPTV в потоке «спутникового Интернета». Тогда провайдер IPTV в регионе сможет использовать для приема единственную спутниковую антенну, а его сложная и дорогая головная станция вырождается в единственный прибор - приемник-маршрутизатор (Tandberg EMR5520 или подобный). На выходе этого прибора будут присутствовать данные видео и звука телевизионных каналов, уже кодированные в MPEG-4 и упакованные в IP-пакеты. Кроме доставки онлайновых телевизионных каналов тот же самый цифровой поток может быть использован для оффлайнового обновления контента на серверах «видео по запросу». Управление доступом и биллинг можно осуществлять удаленно средствами московского оператора, для абонентов сразу во всех регионах.

7. Сети VSAT. Решения для предприятий, имеющих удаленные подразделения

Сети VSAT позволяют применять решения для организации оперативной связи офиса (управления, администрации) предприятия с постоянными или временными производственными площадками, находящимися вне населенных пунктов, там, где подключение к «наземным» сетям связи невозможно. Это могут быть, например:

v нефтяные и газовые месторождения

v газокомпрессорные и нефтеперекачивающие станции

v подстанции электросетей

v базы сейсморазведочных партий

v строительные площадки (строительство автомобильных и железных дорог, мостов и т.п.)

v АЗС

v стационарные посты ДПС, контрольно-пропускные пункты

v объекты агропромышленного комплекса

7.1. Подключение телефона и Интернет через спутник

На удаленном объекте устанавливается малая земная станция спутниковой связи (VSAT станция), подключенная к спутниковой сети «звезда» (Star). Доступ в Интернет - первичная услуга, он обеспечивается автоматически. К земной станции спутниковой связи VSAT можно подключать отдельный компьютер или компьютерную сеть непосредственно, с помощью кабеля «витая пара». На любом подключенном компьютере можно пользоваться собственно Интернетом, а также электронной почтой, коммуникаторами типа ICQ и другими сервисами Интернета.

Рис.7.1. Подключение телефона и Интернет через спутник

Через небольшое и недорогое устройство - голосовой шлюз - можно подключить один или несколько телефонных аппаратов. Пользователю могут быть выделены прямые телефонные номера Москвы, Екатеринбурга, Тюмени или Сургута. Исходящие звонки с удаленного объекта и входящие на объект будут производиться точно так же, как если бы телефон физически находился в одном из этих городов. Соответственно, если офис находится в Екатеринбурге, и на удаленном объекте установлен телефон с екатеринбургским номером, звонок из офиса на объект будет тарифицироваться, как внутригородской. Звонки с объекта в другие города оплачитваются по тарифам IP-телефонии, что существенно дешевле обычного межгорода. Таким образом, подключение к сети спутниковой связи VSAT не только решает проблему с Интернетом и телефоном, но позволяет существенно экономить на телефонных переговорах.

Рис.7.2. голосовой шлюз к спутниковой станции VSAT

Если объект достаточно большой, можно установить на нем офисную АТС и подключить ее внешние («городские») линии через голосовой шлюз к спутниковой станции VSAT. Таким образом, можно, оплатив оператору спутниковой связи 1…4 телефонных линии, подключить до нескольких десятков телефонов, каждый с выходом на город и на межгород.

8. Охрана удаленных объектов и видеонаблюдение через спутник

Организация спутниковой связи позволит эффективно охранять удаленные объекты, в том числе необслуживаемые. Особенно это актуально для предприятий, объекты которых распределены на больших территориях. Например, для сети автозаправочных станций можно организовать систему видеонаблюдения с единым пультом охраны. Один охранник, находясь в городе, сможет осуществлять мониторинг сразу нескольких бензоколонок, находящихся на автотрассах между городами.

Рис.8.1. Охрана удаленных объектов и видеонаблюдение через спутник

Самый простой вариант использования земной спутниковой станции VSAT для охраны объекта - передача сигнала тревоги по спутниковым каналам связи. Для этого не нужно почти никакого дополнительного оборудования. Если на объекте уже установлена спутниковая станция, достаточно подключить «тревожную кнопку» или шлейф охранных датчиков к свободному порту голосового шлюза. Факт размыкания шлейфа будет фиксироваться, как «снятие трубки». Этот сигнал будет передаваться через Интернет на пульт охраны - там включится звонок или сирена. Небольшая доработка - и после сигнала тревоги (или вместо него) будет включаться громкоговорящая связь с объектом: можно будет послушать, что там происходит, а при необходимости - обратиться голосом к персоналу или к незаконно проникшему на объект субъекту.



Рис.8.2. спутниковой станции VSAT для охраны объекта

Более сложная схема - видеонаблюдение за удаленными объектами. К земной станции спутниковой связи сети VSAT можно подключить IP-камеры видеонаблюдения (камеры со встроенным веб-сервером и интерфейсом Ethernet) или обычные аналоговые камеры через внешний видеосервер. На удаленном объекте можно установить одну или несколько неподвижных камер - охранник на центральном пульте сможет просматривать изображения от них одновременно или по очереди.

Рис.8.3. аналоговые камеры через внешний видеосервер

Можно организовать «патрулирование» удаленного объекта, используя одну поворотную камеру PTZ (Pan, Tilt, Zoom - поворот, наклон, приближение). Поворотом камеры может удалено управлять охранник, находящийся на пульте охраны. А можно запрограммировать камеру таким образом, чтобы она автоматически «обходила» несколько назначенных точек.



Рис.8.4.

На объекте можно установить цифровой видеорегистратор (Digital Video Recorder, DVR). Это позволит использовать спутниковые каналы связи не постоянно, а по необходимости. В нормальном режиме изображения с нескольких камер записываются на жесткий диск регистратора, а линии спутниковой связи не используются. Если в зоне обзора камеры обнаружено движение, или сработал внешний датчик, на пульт охраны поступает сигнал. Охранник может тут же через спутник получить картинку с одной или сразу с нескольких из камер, а при необходимости - просмотреть журнал тревог, просмотреть записи с камер, скачать нужные записи с жесткого диска DVR и сохранить в виде файла на своем компьютере.

8.1 Спутниковая связь в системах телеметрии и телемеханики

Спутниковую связь можно использовать для удаленного управления технологическим оборудованием. Это решение успешно используется, например, в автоматизированных системах коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) на подстанциях электросетей, тяговых подстанциях железной дороги, нефтеперекачивающих станциях и т.п. Показания счетчиков электроэнергии с множества удаленных объектов через спутник передаются на центральный диспетчерский пост. Там они анализируются специальной компьютерной программой и отображаются на рабочем месте диспетчера.



Рис.8.5. Спутниковая связь в системах телеметрии и телемеханики

1 - коммутатор Ethernet (свитч)2 - голосовой шлюз FXS3 - телефонный аппарат (опционально)4 - счетчик электроэнергии (газа, воды)5 - устройство связи со счетчиками (контроллер)6 - преобразователь последовательных интерфейсов RS-232/RS-485 в Ethernet (COM-сервер)7 - компьютер (опционально)

Более сложные системы телеметрии и телемеханики позволяют контролировать сразу несколько параметров оборудования (напряжение, ток, частота вращения двигателей, температура, расход жидкостей и газов, положение запорной арматуры, уровень заполнения емкостей и т.п.). Диспетчер может не только контролировать, но и управлять оборудованием - открыть/закрыть задвижку, пустить и остановить насос, компрессор, вентилятор. Для подобных задач используются существующие аппаратно-программные комплексы диспетчеризации (SCADA-системы).

Одновременно спутниковая станция VSAT сети обеспечивает телефонную связь. Поэтому диспетчер может при необходимости связаться с персоналом или с ремонтной бригадой.

8.2 Связь через спутник с полевыми партиями

Это решение для мобильной связи с небольшими группами сотрудников, работающих в полевых условиях - например, геофизиков или геодезистов. Обычно для мобильной связи в таких случаях используют спутниковая телефонная связь Thuraya, Iridium, Inmarsat и т.п. систем. Это удобно, но безумно дорого: минута спутниковой телефонной связи стоит примерно 1 доллар.

Если полевые партии работают на небольшом удалении от базового лагеря, в котором установлена абонентская спутниковая станция, можно организовать на ее базе беспроводную телефонную сеть. Таким образом, полевые партии могут разговаривать с базовым лагерем, вообще не выходя на спутник, а с офисом предприятия или с другими городами - по тарифам IP телефонии, то есть дешевле обычного межгорода! Вот несколько вариантов организации такой сети.

В первом варианте используются радиостанции СиБи-диапазона (27 МГц). Одна из них (более мощная) устанавливается стационарно в базовом лагере, остальные, носимые, находятся в полевых партиях. В данном решении предполагается использование современных радиостанций, которые комплектуются цифровой клавиатурой и имеют функции адресного вызова - например, Vertex VX-2500. Такая сеть обеспечивает только голосовую связь, организовать в ней передачу данных сложно. Зато она надежно работает даже на больших расстояниях. Система позволяет прямо с носимых радиостанций выходить через спутник в телефонную сеть общего пользования, и наоборот, звонить по телефону непосредственно на носимые радиостанции.

Рис.8.6. Связь через спутник с полевыми партиями

1 - коммутатор Ethernet (свитч)2 - голосовой шлюз FXS3 - стационарный телефонный аппарат4 - интерфейс телефонной линии (Zetron Model-30 или аналог)5 - СВ-радиостанция, полудуплексная (например, Vertex VX-2500)6 - гарнитура с цифровой клавиатурой и тангентой7 - компьютер8 - факс9 - ненаправленная антенна

Подключение компьютера (Интернет), телефона и факса - обычным образом через голосовой шлюз. К этому же голосовому шлюзу через специальное устройство - интерфейс телефонной линии - подключается базовая радиостанция. Радиосвязь полевых партий друг с другом и с базовым лагерем осуществляется обычным порядком. Для звонка с носимой радиостанции в офис или в другой город нужно набрать на цифровой клавиатуре код доступа к телефонной линии и телефонный номер. Интерфейс «снимет трубку», транслирует номер из радиосети в линию, подключит линию к базовой радиостанции. Для звонка из офиса или из другого города на носимую радиостанцию нужно набрать телефонный номер и затем в тоновом режиме - персональный номер радиостанции. Во время разговора говорящий по телефону не может нажимать тангенту базовой радиостанции, поэтому ей управляет интерфейс, включая передачу по звуку голоса.

Рис.8.7.

1 - коммутатор Ethernet (свитч)2 - голосовой шлюз FXS3 - стационарный телефонный аппарат4 - факс5 - компьютер6 - беспроводные точки доступа (например, DLink DWL7700AP)7 - направленные антенны8 - беспроводная точка доступа (например, DLink DWL7700AP)9 - беспроводной сетевой адаптер10 - телефон (трубка) WiFi (например, ALCATEL IP Touch 310)

Во втором варианте вокруг базового лагеря организуется беспроводная компьютерная сеть Wi-Fi. Полевые партии могут не только звонить по телефону в офис или в другие города, но и передавать данные и выходить в Интернет. Однако такая сеть надежно работает только на небольших расстояниях. Дальность связи можно увеличить, используя промежуточный ретранслятор в «мобильном» лагере - например, в автомобиле или вездеходе. Для связи базового лагеря с мобильным лагерем используются две мощных точки доступа с направленными антеннами, работающие в режиме моста. В мобильном лагере организуется промежуточная проводная сеть Ethernet. Для связи мобильного лагеря с пешими полевыми партиями устанавливается другая точка доступа, с ненаправленной антенной. Функции мобильных телефонов полевых партий выполняют Wi-Fi телефоны (например, ALCATEL IP Touch 310). Входящие и исходящие звонки с них осуществляются так же, как с обычного городского телефона (московского, екатеринбургского, тюменского…). Данные, полученные мобильными партиями (например, данные сейсморазведки), можно прямо с места работы передавать в мобильный лагерь, в базовый лагерь, или через спутник - в любую точку мира.

Рис.8.8.

1 - коммутатор Ethernet (свитч)2 - голосовой шлюз FXS3 - стационарный телефонный аппарат4 - факс5 - компьютер6 - радиотелефон дальнего радиуса действия (например, SENAO SN-568), базовый блок7 - направленные антенны8 - модем (обычный, для коммутируемых телефонных линий)9 - радиотелефон дальнего радиуса действия (например, SENAO SN-568), удаленный терминал10 - радиотелефон среднего радиуса действия (например SENAO SN-258), база11 - ненаправленная антенна12 - радиотелефон среднего радиуса действия (например SENAO SN-258), трубка13 - ноутбук со встроенным модемом и интерфейс телефонной линии (например, SENAO RCS Line-258)

В третьем варианте используются беспроводные телефоны дальнего радиуса действия, например, фирмы Senao. К земной станции спутниковой связи VSAT через свободный порт голосового шлюза подключается базовый блок радиотелефона. Он позволяет работать с удаленным терминалом как в режиме телефонной связи, так и в режиме «интерком» - для связи между мобильным и базовым лагерями. К базовому блоку подключается внешний телефонный аппарат и факс. В мобильный лагерь вынесен удаленный терминал, к которому, в свою очередь, в качестве внешнего телефонного аппарата подключена база другого радиотелефона, с ненаправленной антенной. В полевых партиях используются трубки радиотелефона. Данные можно передавать с помощью обычного модема. Для работы модема с базой радиотелефона к нему подключается специальный интерфейс телефонной линии.

9. Собственная корпоративная сеть VSAT спутниковой связи

Приведенные выше решения по для Интернет и телефонии, видеоконференцсвязи и телемеханики надежно работают, если центральный офис имеет высокоскоростное подключение к Интернет. Данные с удаленных объектов «приземляются» на центральную станцию сети VSAT в Москве или Екатеринбурге. Дальше до офиса они проходят через публичный Интернет - то есть через сети других операторов. На этом участке возможны потери и задержки. Проблемы нет, если офис можно подключить по наземным каналам связи к центральной станции оператора спутниковой связи. Однако это можно сделать наверняка, только если офис находится в Москве, Екатеринбурге, Тюмени или Сургуте.

Рис.9.1. Собственная корпоративная сеть VSAT спутниковой связи

Альтернативное решение - создание собственной сети спутниковой связи на основе технологии Mesh. Земные станции спутниковой связи VSAT монтируются не только на удаленных объектах, но и в центральном офисе. По большому счету, такая сеть не является автономной - она создается внутри уже существующей спутниковой сети VSAT и управляется центральной станцией оператора спутниковой связи. Однако пользовательские данные с удаленных объектов передаются по каналам спутниковой связи непосредственно в офис, минуя вообще какие бы то ни было наземные сети.

Достоинства такого решения:

v Можно организовать надежную связь с удаленными объектами, даже если центральный офис предприятия находится вне крупных городов и не имеет высокоскоростного подключения к Интернет

v Гарантированное качество связи. Под клиентскую сеть выделяется физическая полоса частот на спутнике, которую не может использовать никто другой, поэтому голос и видео передаются с постоянным гарантированным качеством.

v Связь происходит с минимальной временной задержкой, что очень важно для телефонии и видеоконференций.

v Все услуги получаются от одного оператора.

v Появляются дополнительные возможности по организации связи.

Например, можно присвоить телефонам на удаленных объектах не федеральные телефонные номера, а внутренние номера офисной АТС. Можно будет звонить на удаленный объект из офиса по внутреннему номеру. Такие звонки вообще не будут тарифицироваться. Телефоны на удаленных объектах будут работать так же, как и другие телефоны, подключенные к офисной АТС, для них можно будет использовать все сервисные возможности АТС: запрет выхода на город/межгород, перевод звонков, удержание, конференции и т.п.

10. Спутниковые системы

10.1. Радио интерфейс

Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI) и американская Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) совместно разрабатывают два набора спецификаций радиоинтерфейсов для региональных систем мобильной связи на базе геостационарных спутников (Geostationary Mobile Satellite Systems, GMSS). Оба эти набора основаны на стандарте GSM и создаются с целью предоставить пользователям преимущества спутниковой мобильной связи при сохранении внешнего впечатления работы в системе GSM. Разработанные в итоге стандарты будут опубликованы обеими организациями.

Эти наборы спецификаций, получившие названия Geo Mobile Radio-1 (GMR-1) и Geo Mobile Radio-2 (GMR-2), рассчитаны на использование нового поколения спутников "супер-GEO". В созданных на основе этих спецификаций системах должны использоваться малогабаритные двухрежимные (GSM/GMR) терминалы, позволяющие осуществлять роуминг между наземными GSM-сетями и спутниковыми сетями, исходя из предпочтений пользователя или географического покрытия спутниковых сетей.

Радиоинтерфейс GMR-1 был разработан для спутниковой системы Thuraya, а радиоинтерфейс GMR-2 - для работы Азиатской сотовой системы (Asia Cellular System, ACeS) и спутника Garuda 1, запущенного в 2000 г.

Сильное сходство протоколов верхнего уровня систем GMR с наземными системами GSM позволяет интегрировать в новые системы стандартные услуги GSM с максимальным использованием таких элементов сетевой инфраструктуры GSM, как центры коммутации мобильной связи (MSC), регистры перемещения (VLR), центры обслуживания коротких сообщений (SMSC) и др. Стратегия развития GMR предусматривает также возможности эволюции к спутниковой системе UMTS.

10.2 Использование стандарта GSM

В том, что радиоинтерфейсы GMR базируются на стандарте GSM, есть несомненный смысл. Это позволит предоставить пользователям богатый набор GSM-услуг и построить согласованный человеко-машинный интерфейс для двухрежимных GSM/GMR терминалов. При этом может поддерживаться SIM-роуминг между зонами охвата GSM-сетей, спутниковых сетей и всех других систем, поддерживающих стандарт GSM. Также это позволит использовать будущие усовершенствования услуг и свойств GSM, включая передачу пакетных данных. Не менее важна возможность использования многих компонентов стандарта GSM, в том числе:

v протоколов обслуживания вызовов и управления мобильностью, а также SMS и дополнительные услуги, которые упрощают интеграцию системы, ее проверку и приемочные испытания;

v готовых элементов инфраструктуры GSM-сетей;

v существующих GSM-протоколов мобильного доступа (MAP) и радиоинтерфейсов между радиооборудованием и MSC;

v принятых в GSM алгоритмов аутентификации пользователя, обеспечения конфиденциальности и управления ключами.

Система GSM фазы 2 характеризуется богатым набором услуг для сетей с коммутацией каналов, который включает в себя речевую связь, факс, услуги передачи данных (со скоростью до 9,6 кбит/с), а также дополнительные услуги - ожидание соединения, запрет вызовов, переадресация вызовов, консультации по оплате и др. Стандарты GMR все эти услуги поддерживают.

11. Соединение терминал - терминал через один спутник

Если соединение между двумя терминалами осуществляется с передачей сигнала через два спутника, задержка сигнала от одного пользователя до другого составит около 540 мс. Во многих случаях такая задержка неприемлема. Для ее уменьшения можно установить соединение с передачей сигнала только через один спутник. Одним из новшеств системы GMR как раз и является возможность осуществления соединения терминал - терминал через один спутник.

11.1 Телефоны

В двухрежимных телефонах систем ACeS (GMR-1) и Thuraya (GMR-2) используется стандартный модуль идентификации абонента (SIM) и единый номер телефона, что позволяет соединяться с пользователем независимо от того, в каком режиме он находится - спутниковом или GSM. Вне зоны охвата спутниковой системы эти телефоны могут использоваться также для роуминга по всему миру в режиме GSM. Большинство дополнительных GSM-услуг доступно и в спутниковом режиме. Телефоны стандарта GMR-2 изготавливает компания Ericsson, а телефоны стандарта GMR-1 - компании Hughes и Ascom.

GMR-1

Радиоинтерфейс GMR-1 для спутниковой системы мобильной связи Thuraya был разработан компанией Hughes Electronics. Thuraya - это телекоммуникационная компания, которая предлагает спутниковые мобильные телефоны и спутниковые таксофоны. В ее телефонах интегрированы функции спутниковой связи, сотовой связи стандарта GSM и GPS-приемника. Система должна начать действовать в начале 2001 г. Планируется постепенное развертывание ее в 99 странах Европы, Северной и Центральной Америки, Центральной Азии, Среднего Востока и Индийского субконтинента.

GMR-2

Радиоинтерфейс GMSS/GMR-2 используется в Азиатской сотовой системе (ACeS) и в спутнике Garuda 1, запущенном в 2000 г. Этот интерфейс, основанный на стандарте GSM фазы 2, был разработан компаниями Ericsson и Lokheed Martin. Будучи оптимизированным для работы с геостационарным спутником, он остается очень близким к стандарту GSM, что позволяет ему естественным образом эволюционировать к S-GPRS, S-EDGE и предоставлению некоторых услуг 3-го поколения.

Для прямого канала в нем используются несущие с шириной полосы по 200 кГц и восемью временными интервалами, причем благодаря использованию 1/4-скорости передачи и кодирования речи со скоростью 3,6кбит/с каждая несущая позволяет осуществлять 32 речевых соединения. Для обратного канала несущая делится на четыре поднесущих с шириной полосы по 50 кГц и двумя временными интервалами в каждой. В системе используется квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом (OQPSK) в прямом канале от шлюза к мобильному терминалу и гауссовская манипуляция минимальным сдвигом в обратном канале от мобильного терминала к шлюзу.

Со своего положения на 123° в. д. спутник системы ACeS покрывает площадь в 28,5 млн км2 и охватывает 60% населения Земли. Двухрежимные GSM/GMR-2 мобильные телефоны рассчитаны на работу в условиях низкого уровня сигнала и ограничения прямой видимости и предоставляют пользователям возможность работать с ними, как с обычными GSM-телефонами. Стандарт на интерфейс GMR-2 должен быть опубликован в начале 2001 г.

11.2 Дальнейшие усовершенствования

Поскольку архитектура протоколов GMR-1 тесно привязана к GSM, усовершенствования протоколов GSM могут использоваться в GMR-1. Важнейшим этапом эволюции GSM является включение в этот стандарт услуг пакетной коммутации на основе протоколов GPRS, EGPRS и протоколов 3-го поколения. Эволюционирование GMR-1 также уже началось, что позволит повысить скорость передачи данных до 144 кбит/с на первом этапе и до 432 кбит/с в дальнейшем.

11.3 Спутник Garuda 1

Спутник Garuda 1 системы ACeS, изготовленный компанией Lokheed Martin и выведенный на орбиту 12 февраля 2000 г. с космодрома Байконур ракетой "Протон", проходит окончательные испытания перед вводом в коммерческую эксплуатацию. Самый мощный из всех запущенных до сих пор коммерческих геостационарных спутников связи, Garuda 1 вырабатывает мощность 14 кВт. В отличие от систем с негеостационарными спутниками, системе ACeS требуется лишь фиксированная система лучей. Аналоговая схема формирования маломощных лучей, построенная из простых пассивных компонентов, и бортовой цифровой коммутатор (канализатор) обеспечивают динамическую маршрутизацию отдельных каналов в любой луч и в любой временной интервал. Бортовой коммутатор используется также для осуществления соединений между мобильными терминалами через один спутник. Покрытие L-диапазона обеспечивается 140 лучами, которые формируются отдельными подсистемами 12-метровых приемной и передающей антенн. ВЧ-мощность от матрицы выходных усилителей подается на фидеры матрицы из 88 дипольных излучателей L-диапазона с управляемой диаграммой направленности, которые облучают передающий отражатель так, чтобы сформировать 140 узких лучей. Такая многолучевая конфигурация позволяет довести коэффициент повторного использования частоты до 20 при 7-ячеечной схеме повторного использования. При 1/4-скорости кодирования речи (3,6 кбит/с) спутник может одновременно обслуживать более 11 тыс. телефонных каналов. Развернутые отражатели антенн, изготовленные из позолоченного молибдена, обеспечивают достаточное усиление для поддержания связи с мобильными телефонами на расстояниях до 40 000 км.

11.4 Шлюзы

Сегодня действует шесть национальных шлюзов, каждый из которых имеет 12-метровую антенну для связи со спутником в C-диапазоне. Эти шлюзы расположены в Джакарте и на острове Батам (Индонезия), в Маниле (Филиппины), Бангкоке (Таиланд), Тайбее (Тайвань) и Нью-Дели (Индия). Каждый шлюз оснащен информационной системой управления взаимоотношениями с клиентами, в функции которой входят: управление терминалами пользователей, управление номерами, генерация SIM-модулей и биллинг. Центр управления сетью и система управления спутником расположены в Индонезии и используют общую следящую антенну диаметром 15,5 м.

11.5 Дальнейшее развитие

Спутник Garuda 1 рассчитан на срок службы не менее 12 лет, и сеть ACeS будет постепенно модернизироваться, чтобы обеспечивать предоставление услуг GSM фазы 2+. Ожидается, что будет модернизирована спутниковая версия GPRS, а возможно даже и EDGE. Хотя ни SMS, ни GPS не считались необходимыми для начала коммерческого предоставления услуг в 2001 г., если спрос на эти функции в спутниковом режиме возникнет, они будут добавлены. Планируется запуск спутника Garuda 2, что расширит зону покрытия ACeS на Средний Восток, Северную Африку и Западную Европу.

12. Работы по стандартизации

С созданием рассмотренных систем связан ряд работ МСЭ и ETSI в области стандартизации:

Важнейшие требования были стандартизированы в новой версии спецификаций M.1480 МСЭ, изданных в качестве части Меморандума о взаимопонимании в области глобальной мобильной персональной спутниковой связи (Global Mobile Personal Communications by Satellite, GMPCS), утвержденного МСЭ в мае 2000 г.

Параллельно с этим соответствующие спецификации ETSI (EN 301 681) были утверждены на последнем пленуме технического комитета SES ETSI; сегодня этот стандарт проходит одноступенчатое утверждение после преобразования в гармонизированный стандарт.

При реализации этих важных стандартов спутниковые терминалы смогут свободно перемещаться в расширенных зонах покрытия обеих систем.

13. Модуляция и помехоустойчивое кодирование

Особенностью спутниковых систем связи является необходимость работать в условиях сравнительно низкого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:

v значительной удаленностью приемника от передатчика,

v ограниченной мощностью спутника (невозможностью вести передачу на большой мощности).

В связи с этим спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя, например,импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ).

Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией). Наиболее распространенными видами цифровой модуляции для приложений спутниковой связи являются фазовая манипуляция и квадратурная амплитудная модуляция. Например, в системах стандарта DVB-S2 применяются QPSK, 8-PSK, 16-APSK и 32-APSK.

Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну. Спутник принимает сигнал, усиливает, иногда регенерирует, переносит на другую частоту и с помощью определённой передающей антенны транслирует на землю.

Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты свёрточных кодов (иногда в сочетании с кодами Рида-Соломона), а также турбо-коды и LDPC-коды

14. Частотные диапазоны

Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн. Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше).

Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами. К сожалению, в различной литературе точные границы диапазонов могут не совпадать. Ориентировочные значения даны в рекомендации ITU-R V.431-6[13]:

Табл. 1.1. Ориентировочные значения даны в рекомендации ITU-R V.431-6[13]:

Название диапазона	Частоты (согласно ITU-R V.431-6)	Применение
L	1,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
S	2,5 ГГц	Подвижная спутниковая связь
С	4 ГГц, 6 ГГц	Фиксированная спутниковая связь
X	Для спутниковой связи рекомендациями ITU-R частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.	Фиксированная спутниковая связь (для военных целей)
Ku	11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
K	20 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka	30 ГГц	Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Используются и более высокие частоты, но повышение их затруднено высоким поглощением радиоволн этих частот атмосферой.Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи.

Для передачи данных крупными пользователями (организациями) часто применяется C-диапазон. Это обеспечивает более высокое качество приема, но требует довольно больших размеров антенны.

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 (резонанскислорода). 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, относятмерцание, 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.

Табл. 1.2. эффекты ослабляются с увеличением частоты.

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 250мс, а с учетом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400мс.

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.

Заключение

В ходе выполнения реферата были разработаны структурные схемы передающего и приёмного тракта наземных станций. Кроме того, было рассчитано однонаправленный спутниковый интернет, тоже расмотрили несколько вариантов для подключения спутникавой технология.

В ходе выполнения реферата я понял, что спутниковая система - это очень важная сфера телекомуникаций, потому что решаются многие проблемы связи с передачей данных, речи, видео даже там, где трудно кабель проложить.

Список литературы

1 - http://www.satcomservice.ru/hdtv.html

2 - Радиорелейные и спутниковые системы передачи под ред. А.С. Немировского. - М.: Радио и Связь, 1986.

3 - http://housea.ru/index.php/security/59799

4 - http://www.rosbo.ru/articles.php?cat_id=31&id=1015

5 - http://ru.wikipedia.org/wiki/

6 - http://www.sat-fishers.com/forum/showthread.php?t=1134

7 - http://vlobatch.narod.ru/RTC/MetRTS.htm#Oglavl

Размещено на Allbest