Спутниковая связь и проблема геостационарной орбиты (стр. 3 )

Добротность космической станции — отношение усиления приемной антенны G к суммарным шумам приемного траки Тш — составляет для приемных трактов ИСЗ обычно —20 ... +3 дБ/К, что объясняется применением сравнительно небольших приемных антенн и высокой шумовой температурой приемника (2000К), поскольку применение малошумящих усилителей (осо­бенно параметрических) на ИСЗ не получило распространения как из-за требований высокой надежности при минимальных мас­се и габаритных размерах, так и из-за воздействия радиошумового излучения Земли, обычно полностью закрывающей весь луч ДН приемной антенны ЗС (так что вносимый Землей шум соот­ветствует ТШ до 270 К).

Излучаемый ИСЗ сигнал характеризуется создаваемой спутни­ком у поверхности Земли плотностью потока мощности (Вт/м2)

где Рпер —мощность передатчика ИСЗ; — КПД передающего фидерного тракта ИСЗ; d — наклонная дальность; Lдоп— дополнительные потери, обусловленные затуханием радиосигналов в атмосфере Земли, неточностью наведения антенны и т. п.; - ЭИИМ ИСЗ. При Lдоп = 0 формуле (2.1) можно придать вид

W = EИСЗ, дБВт— 163,5 (дБВт/м). (2.2)

Излучаемый ИСЗ сигнал характеризуется также (особенно для
расчетов взаимных помех) спектральной плотностью потока, мощ­ности, создаваемой ИСЗ у поверхности Земли. Эта величина определяется ЭИИМ спутника и характером спектра излучаемого им сигнала; существуют нормативы на спектральную плотность потока мощности, создаваемую ИСЗ у поверхности Земли в совмещен­ных с наземными службами полосах частот. Так, в полосе 4 ГГц
эта величина не должна превышать —152 дБ/Вт-м2-4 кГц (для углов прихода менее 5°, см. об этом в гл. 3). Для соблюдения этой
нормы часто приходится использовать искусственную дисперсию
(рассеяние энергии по спектру) сигналов [11].

Надежность связи и экономические показатели систему в боль­шой степени зависят, от срока службы ИСЗ —времени наработки до полного отказа одного (или нескольких, в зависимости от тех­нических требований) стволов космической станции, гарантиру­емого с высокой вероятностью — 0,9 и более. В современных ИСЗ достигается срок службы 3—7 лет и более благодаря высокой на­дежности радиоэлементов и систем жизнеобеспечения ИСЗ, гиб­кой системе резервирования.

С целью максимальной экономии массы и габаритных разме­ров космической станции и повышения ее надежности бортовой ретранслятор чаще всего состоит из совокупно:™ нескольких ст­волов, каждый из которых представляет собой простейший по схе­ме приемо-передатчик, осуществляющий усиление высокочастот­ного сигнала и сдвиг его частоты в соответствующую (для линии вниз) полосу частот; на ИСЗ не происходит демодуляция сигна­ла, поэтому невозможна и его регенерация, не меняются парамет­ры модуляции.

По мере развития космической техники начинают появляться ИСЗ с обработкой сигнала на борту. Это прежде всего связано с применением узконаправленных («точечных») бортовых антенн, что дает существенный (на порядок и более) энергетический вы­игрыш, но при этой становится необходимым направить информа­цию из одного луча в другой соответствующий луч. В состав бор­тового ретранслятора вводят коммутатор сигналов, фиксирован­ный или управляемый, а вместе с ним — разделитель и объедини­тель сигналов. Разделение и объединение сигналов можно выпол­нять как по высокой частоте без демодуляции сигналов, так и по низкой частоте. В последнем случае появляется возможность ре­генерации дискретных сообщений, что почти исключает накопле­ние шумов на участках вверх и вниз и улучшает энергетику линии связи [12].

Земные станции систем связи с геостационарными ИСЗ не име­ют жестких ограничений по массе и габаритным размерам, и на ЗС находят применение большие антенны, мощные передатчики, малошумящие усилители, совершенное оборудование модуляции и демодуляции, кодирования, каналообразования (в том числе аналого-цифрового преобразования).

Диаметр антенны ЗС для станций систем связи (ФСС) обычно составляет 7 м, достигая 32 м на станциях стандарта А меж­дународной системы связи «Интелсат». Лишь на малоканальных направлениях связи в ФСС применяют антенны 3 ... 5 м, посколь­ку уменьшение диаметра антенны для удешевления ЗС уменьша­ет пропускную способность ствола ретранслятора и тем самым увеличивает стоимость каждого канала. Малые антенны ЗС (1,5,5 м и даже ,0 м) применяют в распределительных сетях ВСС, при большом числе ЗС, принимающих одну и ту же прог­рамму, а также на ЗС подвижных служб, обладающих малой про­пускной способностью.

Большинство антенн ЗС выполнено по классической осесимметричной схеме с параболическим отражателем, чаще всего двух-зеркальной, хотя для улучшения формы диаграммы направленно­сти сейчас все чаще применяют неосесимметричные антенны с вы­несенным облучателем [2].

Для вновь сооружаемых антенн МККР рекомендует, чтобы уровень боковых лепестков ( в области г<<48°, г=15,85(D/)-0,6) не превышал 29—25lg. Уже сейчас многие ЗС ( в том числе ЗС системы «Интерспутник») отвечают этому требованию. Коэффициент использования поверхности зеркала антенны на сов­ременных ЗС достигает 0,7 ... 0,75.

Работа через геостационарные ИСЗ позволяет резко упро­стить и удешевить антенны ЗС благодаря упрощению устройств наведения на ИСЗ. Для малых антенн диаметром до 2... 3 м (циф­ра ориентировочная, так как этот показатель зависит от диапазо­на рабочих частот и нестабильности конкретного ИСЗ) удается вообще отказаться от слежения за ИСЗ, поскольку геостационар­ный ИСЗ будет постоянно находиться вблизи максимума основно­го луча антенны. Такие антенны следует лишь снабдить механиз­мом первоначальной установки, управляемым обычно вручную. Антенны большого диаметра приходится снабжать устройствами наведения и автоматического сопровождения ИСЗ, во избежание больших энергетических потерь из-за перемещения ИСЗ в преде­лах луча антенны. Однако по сравнению с работой через негеоста­ционарные ИСЗ (например, на эллиптической орбите «Молния») можно существенно уменьшить требуемый диапазон перемещения антенны и скорость ее движения, что позволит облегчить механиз­мы наведения антенны и уменьшить на порядок потребляемую при­водами мощность [2, 13].

Важным показателем антенны ЗС, с точки зрения эффектив­ного использования ГО, является ее способность ослаблять сиг­налы противоположной поляризации. Это ослабление в перспективных антеннах должно быть не менее 30 дБ, чтобы было воз­можно повторное использование общей полосы частот в той же зоне покрытия.

Шумовая температура входных малошумящих усилителей (параметрических, а теперь чаще транзисторных) составляет 60…200 К, достигая в наилучших случаях 30 К, в наиболее деше­вых станциях — 800К. При этом суммарная шумовая тем­пература станции обычно К.

Добротность ЗС G/T достигает 40,7 ...42 дБ для самых боль­ших применяемых на практике антенн диаметром 32 м; 20... 31,7 дБ для большинства национальных, региональных, между­народных систем ФСС; 6дБ для приемных ЗС систем ВСС.

Мощность передатчиков ЗС обычно от Вт на ствол до 2... 3 кВт, редко 5 кВт. При этом ЭИИМ ЗС 50дБ.

Система связи в целом характеризуется также некоторыми об­щесистемными показателями. К ним относятся число ИСЗ в сис­теме, их размещение на орбите, зоны обслуживания (рассмотрены в гл. 1).

Пропускная способность системы — один из важнейших ее по­казателей— определяется числом входящих в систему ИСЗ, чи­слом стволов на ИСЗ, энергетикой радиолиний (т. е. выходной мощностью бортовых передатчиков, усилением бортовых и зем­ных антенн, шумовой температурой приемников земных станций) полосой пропускания стволов. Пропускная способность в большой степени зависит от применяемого метода модуляции и параметров модуляции; они должны быть выбраны таким образом, чтобы в полной мере использовать имеющуюся энергетику и полосу про­пускания. Получили распространение частотная модуляция (ЧМ) при передаче сообщений в аналоговой форме и фазовая манипу­ляция (ФМ) при передаче сообщений в дискретной форме. Из па­раметров модуляции важнейшее значение имеет при ЧМ девиа­ция частоты, при ФМ число фаз несущей.

Большое влияние на пропускную способность и прочие свой­ства систем фазы оказывает метод многостанционного доступа — метод совмещения сигналов, излучаемых различными земными станциями, при их прохождении через общий ствол бортового ре­транслятора космической станции. Многостанционный доступ (МД) применяют потому, что обычно невозможно либо нецелесо­образно иметь в системе отдельные стволы на ИСЗ для сигналов, излучаемых каждой ЗС. Применяют МД с разделением сигналов по частоте (МДЧР), по времени (МДВР) и по форме [2]. Много-станционный доступ всегда - приводит к некоторому уменьшению пропускной способности ствола по сравнению с режимом усиления сигнала одной станции, но в наиболее совершенных системах (с временным многостанционным доступом) эти потери могут не пре­вышать 1—2 дБ.

Система связи характеризуется также классом качества организуемых в системе каналов связи; выбор класса качества тесно связан с назначением системы и влияет на ее пропускную способность и стоимость. Как правило, ССС используют для создания международных либо междугородных (магистральных) каналов связи большой протяженности, и тогда качество каналов полностью соответствует требованиям, сформулированным для таки; каналов в рекомендациях МККР. Однако в некоторых система; создают каналы более высокого или более низкого качества. Так спутниковые системы вещания представляют возможность создать сети распределения телевизионных программ высокой четкости — либо с помощью передачи программ в более широкой полосе частот, либо с помощью более совершенных методов совмещение сигналов яркости и цветности, исключающих их взаимные помехи. В системах телевизионного вещания с приемом сигналов m простые коллективные или индивидуальные приемные станции до пускается более низкое отношение сигнала к шуму. Подобное решение оправдывается не только желанием удешевить станцию но и возможностью сохранить у абонента достаточно высокое ка­чество изображения: например, при коллективном приеме с рас­пределением сигнала по кабельной сети и при индивидуальном приеме отсутствует участок наземного вещания по эфиру, внося­щий обычно заметное ухудшение качества.

Другой интересный пример варьирования качеством канала — применение в каналах телефонной связи шумоподавителей— ком­пандеров. Шумоподавители позволяют получить субъективно вы­сокое качество при использовании каналов пониженного качества и существенно выиграть в пропускной способности системы, но де­лают каналы неуневерсальными, поскольку выигрыш компандера не реализуется при передаче дискретных сообщений.

2.3. СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ГЕОСТАЦИОНАРНЫМИ ИСЗ

НАЦИОНАЛЬНАЯ ССС СССР

Первая в мире национальная система пропускной связи СССР начала создаваться в 1965 г., когда впервые была осуществлена связь и обмен телевизионными программами между Москвой и Владивостоком через ИСЗ «Молния». В 1967 г. была введена в действие сеть из 20 станций «Орбита», предназначенных первона­чально для распределения телевизионных программ. К настояще­му времени число таких станций с антеннами диаметром 32 м со­ставляет примерно 100. Однако распределение основной (первой) программы Центрального телевидения (ЦТ) СССР сейчас обес­печивается системами «Москва» и «Экран» (см. ниже), а система «Орбита» используется для распределения второй программы ЦТ по пяти поясам вещания, но главным образом — для создания сети связи. Для этой цели ряд станций «Орбита» оборудован пере­дающими устройствами, аппаратурой многостационарного доступа, каналообразующим оборудованием; используется как частотный, так и временной доступ (с аппаратурой соответственно «Группа» и МДВУ-40 [2]. Во всех случаях передача сигналов связи ведет­ся после их преобразования в дискретную форму.

В национальной сети спутниковой связи СССР используют ИСЗ «Молния». «Радуга», «Горизонт», «Луч». ИСЗ «Молния-3» имеет три ствола, используемых для передачи телевизионных прог­рамм и для телефонной связи. Этот ИСЗ выводят на высокую син­хронную эллиптическую орбиту (см. гл. 1).

Геостационарный ИСЗ «Радуга» имеет ствол, используемый для распределения телевизионных программ, и несколько стволов связи. Геостационарный ИСЗ «Горизонт» имеет шесть стволов в диапазоне 6/4 ГГц: на некоторых ИСЗ этого типа может разме­щаться ствол подвижной связи системы «Волна», работающий в диапазонах 1,5... 1,6 ГГц. Один из стволов диапазона 6/4 ГГц име­ет высокую модность (к антенне подводится 40 Вт), суженную ДН (5x5°) и используется для создания распределительной теле­визионной сети «Москва». Другие стволы этого диапазона могут работать на антенны с шириной основного лепестка ДН 17x17° (глобальная зона), 6x12° (зона, близкая к территории СССР), 9x18° (удобна для связи стран—участниц системы «Интерспут­ник»). Геостационарные ИСЗ СССР зарегистрированы в МКРЧ под индексом <Стационар». Их размещают в ряде точек ГО (И, 14° з. д., 53, 80 85,° в. д. и др.). В одном стволе ИСЗ «Го­ризонт» с антенной 6x12° (или 9x18°) достигается скорость пе­редачи 40 Мбит/с (при временном доступе, аппаратура МДВУ-40), что позволяет передать, в зависимости от способа аналого-цифро­вого преобразования, 480—960 каналов симплексных телефонных каналов (группами по 8, 12, 60 каналов). Предусмотрено совме­щение в одном стволе системы дуплексной телефонной связи и си­стем распределения программ звукового вещания «Орбита-РВ»[2].

В национальной системе связи СССР, а также в эксперимен­тальной системе, созданной по программе «Интеркосмос», исполь­зуют спутники «Луч», работающие «в диапазоне 11/14 ГГц.

Для распределения программ телевизионного вещания, звуко­вого вещания, изображений газетных полос широко применяют небольшие приемные станции системы «Москва» (антенна диамет­ром 2,5 м), работающие в диапазоне ФСС 4/6 ГГц через специ­альный ствол повышенной мощности ИСЗ «Горизонт». Для телевизионного вещания широкое развитие в СССР полу­чила система «Экран» [11] со специализированным ИСЗ высокой мощности (к антенне подводится 200 Вт), расположенным в точ­ке 99° в. д. (регистрационный индекс «Стационар-Т»); работает на линии «вниз» на частоте 714 МГц, разрешенной для систем БСС, с 1987 г. начала использоваться также частота 754 МГц.

Применение геостационарного ИСЗ, низкочастотного диапазо­на, мощного передатчика и направленной антенны на ИСЗ позво­лило применять в системе простые и недорогие приемные земные станции с транзисторным входным усилителем, антенной «вол­новой канал». Система «Экран» обслуживает территорию Сибири с некоторыми прилегающими районами, и из-за действующих в этой полосе ограничений плотности потока не может быть исполь­зована в других частях СССР.

МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА «ИНТЕРСПУТНИК»

Система была создана в 1971 г. В 1987 г. в системе действова­ло 20 ЗС с антеннами диаметром 12 м: В Болгарии, Венгрии, ГДР,. Польше, СССР (две станции), Чехословакии, Афганистане, Вьет­наме (две станции), Лаосе, Кампучии, Алжире, Монголии, Ника­рагуа, на Кубе, в Народной Демократической Республике Йемен, Сирии, Ираке, США; членами организации «Интерспутник» явля­лись все перечисленные страны, за исключением Алжира, Сирии, Ирака и США, а также Румыния, КЙДР. Создаются новые ЗС в КНДР и ЧССР. В 1984—1987 годах станции в ряде стран капи­тально реконструированы. В соответствии с Уставом Организации земные станции являются собственностью стран-участниц. Косми­ческий сегмент (стволы или части стволов) арендуются на ИСЗ Советского Союза типа «Горизонт» (регистрационные «индексы «Стационар-4» и «Стационар-5», точки стояния соответственно 14° з. д. и 53° в. д.). В системе осуществляется широкий обмен телевизионными программами, а также телефонная связь.

При передаче программ телевидения применяется частотная модуляция с пиковой девиацией частоты 4:13 МГц, звуковое соп­ровождение телевизионных передач на поднесущей частоте 7,5 МГц с девиацией ±150 кГц.

Телефонные сообщения большими группами (по 60 или 12 ка­налов) передают с помощью МДВР в дискретной форме (аппара­тура МВДУ-40). При малом числе каналов используют аппара­туру «Градиент-Н» с частотным доступом и передачей каждого канала на отдельной несущей (ОКН) в аналоговой форме с по­мощью частотной модуляции. С 1986 г. начато внедрение нового поколения аппаратуры с МДЧР и ОКН «Интерчат» с передачей сигналов в дискретной форме.

Земные станции системы «Интерспутник» должны иметь доб­ротность G/T не менее 31 дБ/К, рабочий диапазон частот не ме­нее 6МГц на передачу, 3МГц на прием, ЭИИМ на передачу в режиме телевидения 84,6 дБВт, в режиме те­лефонии по методу ОКН 51,8 дБВт на один канал.

Уровень боковых лепестков антенн ЗС при углах 10<<480 соответствует рекомендуемому сейчас МККР: 29—25 lg.

МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА «ИНТЕЛСАТ»

Система «Интелсат» основана в 1964 г., в начале 1985 г. ее членами были 109 стран, ЗС имелись более чем в 150 странах. Как и в системе «Интерспутник», ЗС являются собственностью стран-участниц, Консорциум «Интелсат» несет ответственность за состояние и эксплуатацию космического сегмента системы, в том числе за земные станции, осуществляющие управление ИСЗ.

В рамках системы принято три основных стандарта, которым должны отвечать земные станции: А и В для диапазона 6/4 ГГц с диаметром антенны 26м и 11м соответственно и С для диапазона 14/11 ГГц с диаметром антенны 18 м. В последнее время появились станции с антенной меньшего размера (стандарт, D, VISTA и др.). Чем меньше размер антенны ЗС, тем, ес­тественно, ЗС дешевле, но тариф за использование каналом кос­мического сегмента при этом растет. Поэтому малые станции ис­пользуют в случае малого числа каналов.

На ИСЗ «Интелсат», кроме диапазона 6/4 ГГц, используется диапазон 14/11 ГГц; применено повторное использование полосы частот как с помощью поляризационного, так и пространственного разделения.

В системе эксплуатируют ИСЗ «Интелсат IV, IVA» «Интелсат V, VA». Максимальная пропускная способность (при полной оп­тимальной загрузке) одного ИСЗ типа «Интелсат IVA» составля­ет около 6000 дуплексных телефонных каналов и две ТВ програм­мы, «Интелсат V»— 11000 телефонных каналов и две ТВ програм­мы, «Интелсат VA»— 15000 телефонных каналов и две ТВ про­граммы. ИСЗ системы «Интелсат» располагаются группами в трех областях геостационарной орбиты: над Атлантическим океаном (18,5е з. д., 21,5° з. д., 24,5е з. д., 31.5° з. д., 34,5° з. д.), над Индий­ским океаном (57° в. д., 63° в. д.), и над Тихим океаном (174° в. д., 179° в. д.). Между соседними ИСЗ системы «Интелсат» номиналь­ный угловой разнос должен быть не менее 3°.

Для передачи телефонных сообщений в системе «Интелсат» применяют в основном МДЧР в двух вариантах — передача на каждой несущей стандартных групп телефонных каналов, разде­ленных по частоте, и передача каждого канала на отдельной несу­щей (метод ОКН). В первом случае каждому отдельному сигна­лу, в зависимости от числа каналов (от 24 до 432—612), выделяют различную часть полосы ствола (от 2,5 доМГц) и различ­ную ЭИИМ, передача ведется в аналоговой форме, с частотной модуляцией; при числе каналов 972 или 1872 для группы выделя­ют целый ствол. Во втором случае осуществляется аналого-циф­ровое преобразование сигнала телефонного канала методом ИКМ (7-разрядное кодирование, информационная скорость 56 кбит/с при общей скорости в канале 64 кбит/с) с последующей фазовой манипуляцией несущей (ФМ-4). Несущие расставлены в стволе через 45 кГц. Такая система передачи имеет кодовое название SPADE; ее особенностью является также автоматическое предоставление каналов по требованию (так называемая система с незакрепленными каналами) с повременной оплатой за минуто-занятие канала, что дает экономические преимущества для ЗС c малым трафиком.

Телевизионные программы могут передаваться в режимах «од­на программа в стволе», либо «две программы в стволе». Во втором случае каждая программа располагается в половине полосы ствола и имеет уменьшенную девиацию частоты. При таком простом способе уплотнения ствола отношение сигнал-шум в каждом канале падает до 49 дБ, что не соответствует рекомендациям МККР, но признается удовлетворительным для передачи актуаль­ных ТВ программ.

Широко практикуется аренда стволов на ИСЗ «Интелсат» для создания национальных систем спутниковой связи (Нигерия, Ал-жир, Судан, Мексика Саудовская Аравия и др.) [9].

МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА «ИНМАРСАТ»

В системе «Инмарсат», предназначенной для связи с морски­ми судами в любой точке мирового океана, создаются телефон­ные (с компандированием речи) и телеграфные каналы. Первона­чально использовались ИСЗ «Марисат», разработанные для воен­но-морских сил США осуществляется переход на ИСЗ «Марекс» и специальные ретрансляторы, размещенные на IIC3 «Интелсат». В системе «Инмарсат» на линии корабль-ИСЗ используют ди­апазоны 1,6/1,5 ГГц, выделенные Регламентом радиосвязи для мор­ской подвижной спутниковой службы. На линии ИСЗ — береговая земная станция используют диапазоны 6/4 ГГц, выделенные фик­сированной спутниковой службе. В стволе ретранслятора осуще­ствляется частотное преобразование 6... 1,5 ГГц (для передачи информации в направлении берег — корабль) и ГГц (корабль— берег). На береговых ЗС предусмотрены антенны диаметром 13 м, на кораблях — антенны небольшого размера (установ­лено четыре стандарте, с антенной 0,5 ... 3 м).

При передаче телефонных сигналов используется частотная модуляция, полоса одного канала (по высокой частоте) составля­ет 28 кГц. Для передачи телексной информации применяют вре­менное разделение, причем на линии берег—корабль передается цифровой поток с общей скоростью 1,2 кбит/с. на линии ко­рабль— берег — со скоростью 4,8 кбит/с.

Полоса пропускания ствола ИСЗ системы «Инмарсат» сравни­тельно небольшая — о: 4 МГц (Марисат) до 7,5 МГц (ИСЗ «Ин­телсат»), емкость ствола в речевых каналах составляет соответ­ственно 8—30 в направлении берег — корабль, 14—100 в направ­лении корабль— берег

НАЦИОНАЛЬНАЯ ССС КАНАДЫ

KaHaza была второй (после СССР) страной, создавшей наци­ональную ССС (в 1972 г.). Это объясняется большой территорией страны, ее северным расположением, вследствие чего имеется ряд удаленных, изолированных населенных пунктов.

Система использует ИСЗ типа <Anik-A», «Anik-B», «Anik-C> (см. таб. т. 2.1). Перспективный ИСЗ носит название «Anik-D> (24 ствола, ЭИИМ ствола — 35 дБВт), в нем применено многократное использование частоты с помощью пространственного и поляризационного разделения. Для национальной сети Канады характер­но, больное разнообразие типов земных станций. Линии связи ма­гистрального типа большой емкости организуются с помощью ЗС, оборудованных антенной диаметром 30-м. При этом осуществля­ется передача на одной несущей 960 канальной группы с помощью частотной модуляции (т. е., без многостанционного доступа).

Для линий связи средней емкости применяют частотный многостанционного доступ и частотную модуляцию (МДЧР—ЧМ), hi каждой несущей передаются стандартные 12-канальные или 60-каналькые группы. Для таких линии обычно применяют ЗС с 10-метровой антенной. В некоторых случаях применяется временной многостационный доступ.

Линия малой емкости организуются также с помощью МДЧР по методу ОКН с дельта-модуляцией и фазовой манипуляцией несущей На этих линиях работают ЗС с антеннами 8 и 4,6 м, а также перевозимые станции с антенной диаметром 3,5 м. На спут­нике «Anik-C» (диапазон 14/11 ГГц) предусмотрена передача цифровых сообщений с общей скоростью в стволе 91 Мбит/с, соответ­ствующие ЗС должны иметь добротность G/Т35 дБ/К.

В Кгнаде с 1976 г. некоторое время успешно функционировал экспериментальный ИСЗ «Гермес» для непосредственного ТВ ве­щания е диапазоне 12 ГГц (выходная мощность ствола 200 Вт) [11]-. После окончания экспериментальной работы эксплуатация подобной системы не была начата, а прием телевизионных прог­рамм нг сравнительно малых станциях (диаметром до 2,5... 1,5 м) •осуществляется с пониженным качеством через ИСЗ «Anik-C» я «Anik-D» в суженной полосе (во избежание наступления поро­га ЧМ).

НАЦИОНАЛЬНЫЕ ССС США

США сравнительно поздно приступили к освоению спутниковой связи для национальных задач. Фирма RCA начала с аренды двух стволов на канадском ИСЗ «Anik-E» для телефонной связи и Те­левизионных передач между основной территорией США и Аля­ской. Однако по мере развития техники спутниковой связи стало очевидным, что и на основной территории США, несмотря на вы­сокую степень развития наземных; средств связи, спутниковое средств: связи могут быть экономически эффективными.

Сейчас создано несколько систем, принадлежащих различным фирмам. Фирма RCA использует три ИСЗ Satcom; 3C расположены на основной территории США, на Аляске и на Гавайских островах; ис­пользованы антенны диаметром 10 м для телефонной связи и об­мена ТВ программами (более 20 ЗС), а также большое число не­больших ЗС для приема ТВ программ. Фирма Western Union ис­пользует ИСЗ «Westar». Создается усовершенствованный ИСЗ «Westar»; сеть использует более 100 ЗС с антеннами 13 и 5,7 м. Интерес представляет система SBS (Satellite Business Sys­tem)—система спутниковой деловой связи, основное назначение которой — широкополосная высокоскоростная передача данных между ЭВМ; в основном имеются в виду ЭВМ систем управления производством. Земная сеть этой системы должна содержать несколько сотен ЗС с антенной 5,7 м. Всего в 1984 г. функциониро­вало более 20 ИСЗ, принадлежащих США, большинство из них относились к фиксированной службе. Кроме перечисленных выше, действуют ИСЗ «Comstar», DSCS (военный), GTE и др. ИСЗ США занимают позиции в западном полушарии, а размещаются чаще всего через 3е (например, «Comstar» D-b—128° з. д., SBC-C—125° з. д., SBS-A—122° з. д., SBS-B—119° з. д.).

В последние годы очень большое развитие в США получили сети малых ЗС (с диаметром антенн 3—5 м) для приема ТВ программ, работающие в полосах частот, выделенных ФСС.

НАЦИОНАЛЬНАЯ ССС ЯПОНИИ

В Японии запускают спутники фиксированной службы серии CS и вещательной службы серии BS. Япония — первая страна, создавшая эксплуатационную систему ТВ вещания на основе ИСЗ BS-2 в диапазоне 12/18 ГГц. Передаются две программы телеви­дения. Прием на основной части территории Японии осуществляется на малые приемные \ станции с антенной диа­метром 0,6... 1 м, а на удаленных островах — на увеличенные антенны 1,5 ...3 м. Зона покрытия системы на линии вниз максимально приближена к зоне обслуживания: с помощью многолучевой антенны на ИСЗ сформи­рована зона покрытия, описывающая территорию страны и обладающая быстрым спадом за ее пределами (рис. 2.3). Система спутниковой связи работает через ИСЗ CS-2a и CS-2b, в диапазонах 4/6 ГГц, 11/14 ГГц и 20/30 ГГц. В настоящее время разрабатывается си­стема CS-3.

При создании спутниковых систем связи в Японии использован принцип автономной спутниковой сети с выходом на общенаци­ональную сеть связи через центральную ЗС спутниковой сети. Для образования каналов связи широко применяют метод ОКН с компандированием речи, разработаны также системы с временным доступом.

РЕГИОНАЛЬНАЯ ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКАЯ ССС

Созданием спутниковых систем связи западноевропейских го­сударств занимается-организация ESA (European Space Agency), эксплуатацией —организация Eutelsat (в зону обслуживания вхо­дит также Северная Африка). Длительное время в этой системе работал экспериментальный ИСЗ OTS. Сейчас на его основе соз­дан и эксплуатируется многоствольный спутник ECS-2 (12 ство­лов, 4 антенны) [10], принципиальная особенность которого—ис­пользование только диапазона 14/11 ГГц; это объясняется боль­шой насыщенностью территории Западной Европы наземными РРЛ, работающими в диапазоне 6/4 ГГц, что затрудняет выбор площадок для размещения ЗС спутниковых систем, работающих в этом диапазоне. На ИСЗ ECS-2 применено разделение сигналов по поляризации, зона обслуживания покрывается одним широким (Европейским) и тремя узкими лучами — атлантическим (Испа­ния, Зап. Африка), центрально-европейским (заладный луч) л во­сточным. Особенностью системы является применение б приемни­ке ИСЗ параметрического усилителя, что уменьшает необходимую мощность передатчика ЗС. Имеется возможность коммутации ство­лов на различные антенны.

На территории стран-участниц системы предусматривается со­оружение по одной большой ЗС с антенной диаметром 17 м (па­раметры близки к ЗС стандарта С «Интелсата») и ряда малых станций с антенной диаметром 3 ... 5 м. Система предназначается для обмена телевизионными программами между странами-участницами Европейского Вещательного Союза, а также для созда­ния магистральных линий между центрами коммутации стран-членов Европейской конференции администраций почт и дальней связи (СЕРТ).

2.4. О ТЕНДЕНЦИЯХ ОСВОЕНИЯ ГЕОСТАЦИОНАРНОЙ

ОРБИТЫ, ПЛАНАХ СОЗДАНИЯ НОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

С ГЕОСТАЦИОНАРНЫМИ ИСЗ

Прежде всего следует отметить тенденцию к увеличению числа стволов на ИСЗ при многократном использовании полосы частот и эффективном использовании геостационарной орбиты [14].

Так, ИСЗ «Интелсат VI» имеет 48 стволов, работающих в диапазонах 6/4 и 14/11 ГГц. Благодаря разделению сигналов по пространству и поляризации одна и та же полоса будет использоваться шестикратно. Несмотря на глобальный характер системы, соз­дается «точечный» луч, направляемый в район наибольшего тра­фика.

В оборудовании земных станций заслуживает внимания уже начавшееся применение аппаратуры временного многостанционного доступа с большой скоростью передачи— 120 Мбит/с в стволе сов­местно с аппаратурой цифровой интерполяции речи, позволяющей практически удвоить пропускную способность системы связи. В связи с применением узких лучей бортовой ретранслятор должен быть оборудован элементами коммутации потоков сообщений.

Увеличение мощности бортовых передатчиков, направленности бортовых антенн позволяет создавать станции с антенной малого размера (стандарт Z — антенны 4,5 м, служба VISTA — антен­ны 3м с пропускной способностью ЗС от одного — двух до шести каналов). Применение малых антенн в системах дуплексной свя­зи неизбежно ведет к уменьшению пропускной способности борто­вого ретранслятора и, следовательно, к увеличению расходов на космический сегмент системы [15]. Поэтому системы спутниковой связи с малыми антеннами ЗС могут быть экономически эффектив­ными только при высокой ЭИИМ ствола ИСЗ и малых затратах на ствол, для чего ИСЗ должен быть оборудован большим числом стволов, антеннами с узким лучом, иметь большой срок службы. Можно ожидать, что в ближайшие годы развитие национальных систем спутниковой связи будет более быстрым, чем развитие ме­ждународных систем. Предполагается, что к 1987 г. будет функци­онировать около 75 национальных систем [40].

Передовые решения закладываются в японской системе связи,, где, как уже указывалось, освоен диапазон 30/20 ГГц. Разрабаты­вают новый ИСЗ CS-3, с многими узкими лучами, коммутацией на борту, передачей информации в дискретной форме; предпола­гаемый срок запуска— 1988 г. Новый вещательный спутник BS-3 кроме всех функций BS-2, должен осуществлять передачу телевизионных программ высокой четкости, программ высококачественного звукового вещания, неподвижных изображений.

Европейское космическое агентство (ESA) планирует создание нового ИСЗ «Olympus», на котором будет использоваться диапа­зон частот 30/20 ГГц и многолучевые антенны. Этот ИСЗ должен иметь рекордную мощность первичного источника питания (7,7 кВт), предназначен для больших потоков телефонных сооб­щений, передачи данных, распределения ТВ программ. Эквива­лентная емкость ИСЗ должна составить до 100000 дуплексных те­лефонных каналов при сравнительно небольших размерах антенн ЗС — 5 м в диаметре. Предусматривается предоставление каналов связи для передачи данных от ЭВМ, видеоконференций и видео­телефона с малых перевозимых станций. Этот же ИСЗ будет иметь стволы для непосредственного телевизионного вещания на приемные ЗС с антенной диаметром 0,7... 1 м, а также для подвижных служб (морской, воздушной, сухопутной). ИСЗ предполагается выводить на геостационарную орбиту с использованием космиче­ского корабля многоразового пользования.

Франция и ФРГ, завершая создание спутников непосредствен­ного телевизионного вещания TDF (TV4Sat), а также спутника связи «Telecom-1» (Франция), приступили к созданию нового по­коления ИСЗ связи — семейства ИСЗ «Space bus» для выполнения разнообразных функций — связи с фиксированными и подвижны­ми объектами, телевизионного вещания и пр. Масса ИСЗ этого семейства на орбите составит 1200кг, мощность источника питания— 1... 6 кВт. В ФРГ создается ИСЗ «Kopernikus», кото­рый будет использовать как диапазон 14/11 ГГц, так и 30/20 ГГц. В Италии создается экспериментальный ИСЗ «Италсат», работа­ющий в полосе 30/20 ГГц, с узкими лучами, коммутацией на борту.

Новые ИСЗ создают фирмы США. Так, фирма Хьюз создала ИСЗ модели HS-393, который может содержать либо 12 стволов высокой мощности (ЭИИМ более 50 дБВт) для телевизионного вещания, либо 48 стволов малой мощности (для связи), и при этом его масса составляет лишь 1/4 возможной полезной нагруз­ки корабля многоразового использования.

Усовершенствованный Satcom («Satcom V») фирмы RCA от­личается применением твердотельного выходного усилителя (вме­сто обычной ЛБВ) с высокой линейностью, что позволяет этой фирме создавать линии высокой емкости (до 7000 каналов в од­ном стволе) с использованием однополосной AM вместо обычных

ЧМ или ФМ.

Таким образом, в качестве основных тенденций развития сис­тем спутниковой связи с геостационарными ИСЗ следует указать следующие:

1. Число систем связи с ИСЗ на геостационарной орбите быстро возрастает. Такие системы доказали свою экономическую эф­фективность и практичность, космическая техника освоена многи­ми странами. Для систем связи почти исключительно используют геостационарные ИСЗ. В некоторых диапазонах частот, в первую очередь в диапазонах 6/4 ГГц и частично 14/11 ГГц фиксированной спутниковой службы, отдельные участки геостационарной орбиты близки к насыщению (при современных параметрах техни­ческих средств).

2.  Возрастает масса, габаритные размеры, мощность источни­ков питания, срок службы спутников, выводимых на геостационар­ную орбиту, точность их удержания и ориентации бортовых ан­тенн. Вследствие этого на ИСЗ устанавливают антенны больших размеров, все более многоствольные, мощные, многофункциональные ретрансляторы, обеспечивающие высокую пропускную способность систем связи.