Геостационарные спутники позволяют построить более  дешевую и удобную в эксплуатации в сравнении с другими ИСЗ систему связи (достаточно одного ИСЗ, нужна неподвижная антенна ЗС и другие причины). Поэтому ГО очень часто отдают предпочтение. Такая орбита у Земли всего одна, и орбитальные позиции для ИСЗ на ней предоставляются по решению Всемирной административной конференции по радио (ВАКР). Занято более 100 позиций. Если точность поддержания по долготе геостационарного спутника не хуже ±1°, то на ГО можно разместить до 180 ИСЗ. По мере развития спутниковых систем связи требования к точности поддержания по долготе ужесточаются. У существующих ИСЗ она составляет от ±1° до ±0,1°.

      Через геостационарный спутник не могут  работать ЗС, расположенные в высокоширотных районах, так как они не видны с ИСЗ (рис. 2).

      Для ЗС, расположенных на экваторе, геостационарный спутник находится в зените. Другими словами, угол места β (угол между направлениями на горизонт и на ИСЗ) составляет 90°. В этом случае путь сигнала в атмосфере Земли самый короткий. Если же расположить ЗС на широте 81°, то ее антенна должна быть направлена на горизонт, т. е. β –0. С уменьшением β путь сигнала в атмосфере становится длиннее. При этом увеличивается ослабление сигнала при распространении в свободном пространстве. Возрастает также ослабление сигнала в атмосферной влаге и шумовая температура антенны за счет шумового излучения атмосферы. Если же β <5°, то резко увеличивается влияние шумового излучения Земли. Поэтому на практике МККР рекомендует обеспечивать углы места не менее 3...5° на частотах до 6 ГГц и 10... 15° на частотах свыше 10 ГГц.

      Территория, с которой виден ИСЗ при  минимальных углах места, называется зоной видимости. Для геостационарного ИСЗ при β = 5° она располагается между 76° с.ш. и 76° ю.ш, а по долготе занимает примерно третью часть экватора (заштрихованная область на рис.2). Предположим, что на ИСЗ установлена общая приемопередающая антенна. Если ее максимум излучения ориентирован на центр Земли, т. е. антенна создает прямой луч, а ширина главного лепестка ДН около 173° (под таким углом видна Земля с геостационарного ИСЗ), то все станции, расположенные в зоне видимости, могут поддерживать связь через ИСЗ. Если же на ИСЗ установлена узконаправленная антенна, то она освещает на Земле только часть зоны видимости, так называемую зону покрытия (рис.3). Теперь связь через спутник может быть установлена только между ЗС, находящимися в зоне покрытия.

      На  рис. 12.2 была рассмотрена КС, у которой зоны видимости и зона покрытия совпадают. Такая КС имеет глобальную зону покрытия и глобальную антенну. Глобальные антенны предпочтительны в случаях, когда надо охватить связью большие территории, например в международных ССС, узконаправленные – при создании национальных ССС. Во втором случае антенна ИСЗ прицелена в определенную точку на земной поверхности, а не на центр Земли, т. е. она дает наклонный луч. Зона покрытия имеет форму, максимально приближенную к границам государства, района и т. п. На современных многофункциональных ИСЗ устанавливают вместе и те, и другие антенны, причем узконаправленные антенны могут иметь несколько лучей, образующих на Земле свои зоны покрытия. Они получили название многолучевых антенн (МЛА). Если зоны покрытия МЛА не перекрываются, то передачу во всех лучах можно вести на одной и той же частоте. Таким образом, МЛА допускают многократное применение одной полосы частот и позволяют за счет этого повысить эффективность использования ГО.

      Часть зоны покрытия, на которой действительно  предусмотрена установка ЗС, называют зоной обслуживания. Наиболее эффективны ССС, в которых зоны покрытия и обслуживания совпадают. 

                       3.Тенденции технологии

     Последние достижения технологии в области спутниковой связи говорят о больших потенциальных возможностях ССС в расширении пропускной способности каналов передачи, разработке и внедрении новых служб связи. Будущее ССС за широкополосными широковещательными приложениями и спутниковыми системами подвижной связи.

     В ряды крупных консорциумов и организаций, ориентированных на геосинхронные  спутники, активно вливаются новые  участники, предлагающие услуги сетей  подвижной связи и использующие низкоорбитальные спутниковые системы (LEO – Low Earth Orbit). Системы LEO, разрабатываемые рядом американских фирм, используют большое число легких спутников на орбитах ниже 2 тыс. км для организации услуг по передаче сообщений и речи, определению местонахождения и срочных коммуникаций между мобильными терминалами. В отличие от наземных сотовых сетей подвижной связи, в которых абонент последовательно перемещается через смежные соты небольшого размера, в системе LEO подобная «сота» ограничена лишь горизонтом Земли. Низкая орбита спутника резко сокращает задержку по сравнению с системами, ориентированными на геосинхронные орбиты спутников

     В заключение отметим, что ССС постоянно  и ревниво сравниваются с волоконно–оптическими  сетями связи. Внедрение этих сетей  ускоряется в связи с быстрым  технологическим развитием соответствующих областей волоконной оптики, что заставляет задаться вопросом о судьбе ССС. Например, разработка и, главное, внедрение конкатенирующего (составного) кодирования резко уменьшает вероятность возникновения неисправленной побитовой ошибки, что, в свою очередь, позволяет преодолеть главную проблему ССС– туман и дождь.

                               4. КОСМИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

      Космическая станция содержит ретранслятор и  системы обеспечения: источники энергоснабжения, системы ориентации антенн (на Землю) и солнечных батарей (на Солнце), системы коррекции положения ИСЗ на орбите и др.

      Аппаратура  КС должна иметь минимальную массу  и габариты, высокую надежность и потреблять малую мощность. Ретрансляторы КС, как правило, многоствольные. Они состоят из приемопередающей аппаратуры и антенн. Структурные схемы стволов ретранслятора подобны применяемым на ПРС РРЛ. В зависимости от схемы ствола различают ретрансляторы гетеродинного типа, ретрансляторы с одним преобразованием частоты и ретрансляторы с обработкой сигнала на борту. Кроме демодуляции и модуляции, на КС применяют и другие многообразные способы обработки сигнала. Например, при МДВР после демодуляции на КС может быть предусмотрено разделение каналов с последующим объединением их на новой основе. При этом сообщения, адресованные станции i всеми другими ЗС, объединяют и передают по линии «вниз» в одном пучке. В системах МДВР-КБ на борту происходит коммутация сигналов.

      В мощном ретрансляторе  гетеродинного типа (рис. 4) частота входного сигнала понижается в смесителе UZ1, а затем после усиления в УПЧ А2 вновь повышается в смесителе UZ2. Гетеродинные тракты ГТ1 и ГТ2 выполнены по аналогичным схемам. Для усиления СВЧ сигнала служат предварительный A3 и выходной А4 усилители мощности. Выходная мощность достигает 200... 300 Вт. Подобную схему имеет ретранслятор на спутнике «Экран». В нем А4 выполнен на пролетном клистроне. В схеме принято «холодное» резервирование всех блоков. Переключатели К1– КЗ по команде с Земли выбирают рабочий комплект. Одновременно на него начинает поступать питающее напряжение.

      Современные многоствольные ретрансляторы выполняют так, чтобы получить максимальную пропускную способность. В полосе 500 МГц, отводимой на один ИСЗ, можно разместить спектры сигналов 12 стволов. Обычно полоса ствола –36 МГц, а ЗЧИ между стволами – 4 МГц. Чтобы увеличить вдвое емкость ретрансляторов, вдвое уменьшают разнос между несущими соседних стволов, а необходимую развязку между перекрывающимися по спектру сигналами получают за счет поляризации. Для всех нечетных стволов (рис 5,а) берут, например, вертикальную поляризацию (ВП), а для четных – горизонтальную (ГП). Напомним, что применение линейной поляризации возможно в ИСЗ с жесткой стабилизацией на орбите. В той же полосе частот передают сигналы телеметрии (ТМ). Ретранслятор (рис. 5,6) имеет шесть антенн, причем WA1, WA2 и WA6 работают с волнами вертикальной поляризации, WA3, WA4 и WA5 – горизонтальной, где антенны WA1, WA3, WA5, WA6 –глобальные; WA2, WA4 –узконаправленные. Устройства совмещения (УС) служат для разделения волн приема и передачи. Итак, на ПФ Z1 приходят сигналы нечетных стволов. Оттуда они поступают в приемник Пр1, а затем через разветвитель A3 в передающие комплекты Ш и П2 и в антенны. Сигналы четных стволов проходят через ПФ Z2, приемник Пр2, передающие комплекты ПЗ и П4 и поступают в антенны. Минимальный частотный разнос между сигналами передатчиков, подключенных к одной антенне, составляет 80 МГц. Приемник содержит МШУ А1, смеситель UZ, ГТ и УСВЧ А2.   В ретрансляторе применено однократное преобразование частоты. Переключатели К1 и К2 позволяют выбрать в качестве рабочих любые два приемника. Такое резервирование надежнее поблочного, показанного на рис. 4. Передающий комплект (рис. 5,е) содержит фильтр разделения стволов ФРС, коммутаторы входной Км 1 и выходной Км 2, усилители мощности рабочие (по одному на каждый ствол) и резервные, фильтры объединения стволов ФОС и фильтр гармоник ФГ. Кроме того, на рис. 5,в показано устройство 2, предназначенное для введения сигналов телеметрии. 

      б)

      Первые  ИСЗ с полностью полупроводниковой  электронной аппаратурой появились в начале 80-х годов. Применение транзисторных УМ позволяет существенно улучшить электрические характеристики и надежность передающего тракта ствола, уменьшить массу и энергопотребление. Напомним, что во многих существующих ретрансляторах с выходной мощностью до нескольких десятков ватт УМ выполнены на ЛБВ, а число стволов в таких ретрансляторах составляет 6–12.

      На  рис. 5,6 показано шесть антенн. Практически их можно реализовать в виде двух МЛА, каждая из которых имеет три (или более) разные диаграммы направленности. Для волн ВП и ГП применяют отдельные антенны. На рис. 5,6 антенны закреплены за передатчиками и приемниками. В усовершенствованном варианте КС между антеннами и приемопередающей аппаратурой устанавливают антенные коммутаторы, которые позволяют по команде с Земли выбирать любую антенну (в МЛА – любую ДН) для приема и передачи, конечно, с учетом поляризации.

                                 5. ЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ

      Земные  станции подразделяют на передающие, приемные систем спутникового вещания, а также приемопередающие, предназначенные для организации дуплексной телефонной связи и для работы в сети обмена ТВ программами. Приемопередающие ЗС обычно являются многоствольными. 

      Типовая приемопередающая ЗС, работающая в национальной ССС СССР или в ССС «Интерспутник» (рис. 6) содержит антенну WA1, УС, приемные и передающие устройства стволов, аппаратуру «Градиент-Н» и др. В схеме установлены приемные устройства типа «Орбита-2». Их комплектуют широкополосными ПФ Z1, волноводными переключателями К1 и К2, МШУ А1 и А4, стойками типа В (Ст В1 и Ст В2), стойками типа П (Ст П) и стойками типа PC (Ст PC). Фильтр Z1 пропускает сигналы всех рабочих стволов и служит для защиты широкополосных МШУ от возможных внеполосных помех. Разделение сигналов стволов выполняют ПФ Z2 и Z3, установленные на входе стоек типа В и настроенные на центральную частоту СВЧ сигнала своего ствола. Здесь стойки В1 предназначены для преобразования СВЧ сигналов ТВ ствола с центральной частотой f₁ в сигнал ПЧ. Стойки В2 – для подобного преобразования СВЧ сигналов ТФ ствола с центральной частотой f₂. В каждом стволе установлены рабочая и резервная стойки типа В. Кроме ПФ в составе стойки В показаны преобразователь частоты U1 и ПУПЧ А2. Стойка П содержит основной УПЧ A3 и демодулятор сигнала UR, на выходе которого получают ГС ТВ ствола. Разделение этого сигнала выполняет стойка PC. На выходе приемной части стойки PC получают ПТВС и СЗС.

      Выбор рабочего комплекта МШУ выполняет  К1, а рабочей стойки В–К2. Переключение с одного комплекта на другой происходит автоматически при получении АС от стойки контроля приемника (на схеме не показана).

      Сигналы в ТФ ств.оле передаются методом  ОКН-ЧМ-МДЧР. Центральная частота этого сигнала на выходе стойки В f_пр= 70 МГц. В приемной части аппаратуры «Градиент-Н» происходит усиление сигнала ПЧ, разделение 200 ЧМ сигналов, каждый из которых передается на своей несущей, и их демодуляция. На выходе приемного устройства «Градиент-Н» получают ТФ сигналы.

      Телефонные  сигналы поступают на вход передающей части аппаратуры «Градиент-Н», в которой формируется сигнал ОКН-ЧМ-МДЧР в полосе частот 70±17 МГц. Этот сигнал поступает на передатчик ТФ ствола ЗС. В составе передатчика делитель мощности ПЧ А8, волноводные переключатели КЗ и К4, два блока преобразователя частоты и два блока УМ. Вторые блоки – резервные. Блок преобразователя частоты содержит МУПЧ А7, преобразователь частоты U2 и предварительный УМ А6. Блок УМ содержит выходной УМ А5 и фильтр гармоник Z4. Работой переключателей КЗ и К4 управляют АС, поступающие от блока контроля передатчика (на рис. не показан). Таким образом, между входом передающей части аппаратуры «Градиент-Н» на передающей ЗС и выходом приемной части аппаратуры «Градиент-Н» приемной ЗС организован канал ТЧ.

      Групповой сигнал ТВ ствола формирует передающая аппаратура стойки PC. Передатчик ТВ ствола содержит модулятор UB. В остальном схемы передатчиков ТВ и ТФ стволов аналогичны. Для подачи передаваемых СВЧ сигналов нескольких стволов в общий АФТ служит блок РФ. На ЗС работают передающие устройства типа «Градиент», «Геликон», «Грунт».

      Приемная  ЗС «Москва» (рис. 7) содержит антенну WA, АФТ, МШУ А4 и приемную стойку Пр. Ст. В составе приемной стойки показан блок ПЧ и блок ТВ, фильтры для разделения ЧМ сигналов, передаваемых на поднесущих частотах 7 и 7,5 МГц, блок Зв для выделения СЗС и блок Рв для выделения СЗВ. Блок ПЧ предназначен для преобразования частоты входного сигнала в смесителе UZ1, который конструктивно совмещен с ПУПЧ А1. Блок ТВ содержит главный УПЧ А2, частотный демодулятор, состоящий из АО ZL и ЧД UR1, и выходной усилитель A3. В схему A3 включены режекторные фильтры для подавления сигналов, передаваемых на поднесущих частотах 7 и 7,5 МГц. На выходе выделяют ПТВС.

      В блоке Зв (рис. 7,6) и Рв применены  порогопонижающие демодуляторы. Они  содержат частотный демодулятор  СЗС UR2, вспомогательный преобразователь частоты, состоящий из смесителя UZ2, генератора G2, ФБП Z4, и цепь обратной связи по частоте ОСЧ. В составе цепи ОСЧ – частотный модулятор UB и фазовый корректор А7. Кроме того, в составе блока – выходной усилитель А5 и ВК А6. Частота ЧМ сигнала на входе блока звука