Способы организации сетей спутниковой связи
Способы организации работы сетей спутниковой связи при всём их многообразии можно свести к рассмотрению линии связи между двумя земными станциями при различных вариантах использования ретранслятора. Наибольшее распространение получили следующие три варианта организации связи между двумя пунктами (рис.1.4).
Рис. 1.4. Схемы систем связи: а - непосредственная дуплексная связь; б - непосредственная дуплексная многоканальная связь; в - схема связи «каждый с, каждым»; г - асинхронная система дуплексной связи.
1. Дуплексная связь между двумя пунктами. При этом считается, что ретранслятор используется только парой станций (однократное использование ретранслятора или однократный доступ) - рис.1.4,а,б. Здесь обе станции эквивалентны.
2. Дуплексная связь между несколькими земными пунктами, при свободном доступе к ретранслятору - связь «каждый с каждым» (рис.1.4,в). Подобно первому случаю, связь между двумя станциями осуществляется непосредственно, но ретранслятор одновременно используют несколько пар (система связи с многократным или многостанционным доступом).
3. Дуплексная связь между одной центральной станцией и несколькими, периферийными - радиальная связь (рис.1.4,г). Ответы последних передаются независимо друг от друга. Система связи такого типа относится к классу циркулярных систем, так как станции с меньшим объемом информации (периферийные) устанавливают связь между собой лишь через центральную станцию – система связи с центральной станцией.
Рассмотрим эти способы организации связи и оценим их преимущества и недостатки.
Системы с однократным доступом.Возможны два случая в построении таких систем связи: 1) передача одноканальных сообщений с широким спектром - рис.1.4,а; 2) передача многоканальных сообщений с узким спектром - рис.1.4,б. На рисунке КАУ - комплекс аппаратуры уплотнения, осуществляющий уплотнение и разделение сообщений отдельных абонентов. Оба направления 1-2-3 и 3-2-1 в данном варианте являются равноинформативными. В обоих случаях могут передаваться как аналоговые, так и дискретные сообщения [1,2].
Частным случаем описанной системы дуплексной связи является сеть радио и телевидения, характеризующаяся отсутствием ответной радиолинии. Ввиду полной эквивалентности радиолиний в рассматриваемой системе дуплексной связи можно ограничиться анализом лишь одной из них, например, линии связи 1-2-3.
Обобщённую схему системы связи с однократным доступом к активному спутнику можно представить в виде, приведённом на рис.1.5.
В пункте А передаваемые абонентами 1, 2, …, N сигналы подводятся к аппаратуре уплотнения каналов АУ. Назначение последней – обеспечить передачу по одной линии связи нескольких сигналов. От АУ колебания передаются к модулятору М передающего устройства ПУ, в состав которого входит передатчик П. Затем по фидеру передатчика Фп модулированные колебания с несущей частотой f1 излучаются передающей антенной Ап в сторону ИСЗ. На борту спутника колебания с несущей частотой f1 принимаются антенной Апрб и по фидеру бортового приемника Фпрб подводятся к входу приемника Прб. После усиления и необходимых преобразований во вспомогательной ступени ВС (например, перехода с несущей частоты f1 на несущую частоту f3) эти колебания поступают на вход бортового передатчика Пб и по фидеру Фпб на бортовую передающую антенну Апб, излучающую колебания с частотой f3 в сторону Земли.
Колебания несущей частоты f3 принимаются в пунктеБ земной приемной антенной Апр и затем по фидеру Фпр подаются на вход приемника Пр, входящего в состав приемного устройства ПрУ. После прохождения детектора Д колебания подводятся к аппаратуре разделения каналов АР, а затем поступают к корреспондентам 1, 2, …, N.
Рис.1.5. Обобщённая схема системы связи через ИСЗ.
Связь от пункта Б к пункту А подобна рассмотренной, однако для предотвращения взаимных помех используются другие частоты f2 и f4. Таким образом, для дуплексной работы в системах связи между двумя станциями через ИСЗ требуется четыре частоты.
Системы с многостанционным доступом.Рассмотрим второй вариант построения системы спутниковой связи — многоканальную асинхронную систему связи со свободным доступом в систему связи всех корреспондирующих объектов (1,3,4,5). В этом случае через общий ретранслятор осуществляется независимая связь между любыми двумя точками (ретранслятор со свободным доступом) (рис. 1.4,в). В данном случае сигналы отдельных станций можно разделять по частоте, форме и времени (см. пункт 1.4). При частотном разделении на ретранслятор поступает многочастотный сигнал с большим пик-фактором, что существенно снижает эффективность использования мощности ретранслятора. Снизить потери можно применением ретранслятора с демодуляцией и последующим уплотнением (временным или частотным) сигналов отдельных направлений. При использовании дискретных сигналов для этих целей можно применять ретранслятор без демодуляции сигналов.
Системы с центральной станцией.Рассмотрим третий вариант построения системы спутниковой связи (рис.1.4,г). В этом случае в ответных радиолиниях чаще всего применяется частотное разделение отдельных направлений, хотя в принципе возможно использование и других способов многостанционного доступа. Функциональная схема системы связи этого типа представлена на рис. 1.4,г. Станция 1 на частоте f0излучает групповой сигнал, предназначенный для станций 3,4,5. Ответная информация станций 3,4,5 передается независимо друг от друга. В этой системе возможны два варианта построения ретранслятора: без демодуляции сигнала (ретрансляция на радиочастоте) и с демодуляцией сигнала (ретрансляция на низкой частоте). В ретрансляторе без демодуляции сигнала сигнал усиливается и переносится на другую несущую частоту (см. рис.1.5). На радиолиниях 2-3 и 2-1 в принципе можно использовать сигналы различной формы, возможна также реализация случая, когда в ретрансляторе демодулируются сигналы отдельных направлений с последующим уплотнением их в групповой сигнал.
В этом варианте, как и в предыдущем, возможны два типа сообщений: аналоговые и дискретные. При аналоговых сообщениях, например, многоканальная телефония, чаще всего используется частотное уплотнение с частотной модуляцией. При дискретных сообщениях может быть применено асинхронное временное уплотнение.
Характерной особенностью радиолинии 1-2-3 (1-2-4, 1-2-5) является то, что на линиях Земля-ретранслятор и ретранслятор-Земля сохраняется характер сигнала (дискретный или аналоговый). На обратной радиолинии 3-2-1 (или 4-2-1, 5-2-1) чаще всего применяется частотное разделение, когда аналоговые или дискретные сообщения различных станций передаются на разных частотах. В этом случае, если используется ретранслятор без демодуляции сигнала, на линии 2-1 существует многочастотный сигнал, имеющий большой пик-фактор, что, как известно, снижает эффективность использования мощности ретранслятора. Для борьбы с потерями принципиально возможен вариант установки на ретрансляторе индивидуальных радиопередатчиков для раздельной ретрансляции сигналов каждой ЗС (3,4,5). Но при этом возникают затруднения технического характера: трудно исключить взаимное влияние радиопередатчиков через общую антенну, так как использовать индивидуальные антенны практически невозможно из-за ограниченных габаритов ИСЗ.
Энергетически более выгодным вариантом организации таких линий связи является применение ретранслятора со сложной обработкой сигнала, включающей демодуляцию сигналов отдельных направлений и их последующее асинхронное временное уплотнение. В этом случае на радиолинии 2-1 передается дискретный сигнал, и использование мощности ретранслятора будет наилучшим. Промежуточным случаем применения частотного и временного уплотнения сигналов различных направлений является случай, когда вначале осуществляется демодуляция сигналов отдельных направлений, а затем их частотное уплотнение и передача группового сигнала по способу частотной модуляции.