Pozemská stanice ( angl. Earth station ) - podle definice Mezinárodní telekomunikační unie [1] - stanice kosmické komunikační služby umístěná na povrchu Země (včetně lodí) nebo na letadle v atmosféře, pod hranice prostoru . Pozemská stanice komunikuje s vesmírnými stanicemi instalovanými na palubě kosmických lodí nebo s jinými pozemskými stanicemi prostřednictvím relé umístěných ve vesmíru . Termín „pozemská stanice“ se používá od konce 60. let 20. století [2] [3] a byl přijat k odlišení od pozemní stanice operující v pozemské rádiové síti a nepoužívající kosmické lodě [4] .
Pozemské stanice používané v kosmických komunikačních systémech lze rozdělit do dvou velkých tříd - stanice používané k řízení a řízení kosmických lodí a komunikaci s nimi ( ang. TT & C - tracking, telemetry, and command ) a stanice používaných družicových komunikačních sítí k přenosu informací mezi nimi prostřednictvím specializovaných telekomunikačních satelitů . Složení pozemské stanice ve své nejobecnější podobě zahrnuje kosmickou komunikaci ( anténu s přijímacím a/nebo vysílacím zařízením), zařízení pro tvorbu kanálů , které přenáší informace rádiovým kanálem, zařízení pro zpracování dat a zařízení rozhraní pro přenos informací přes pozemní sítě . Konkrétní složení a uspořádání vybavení pozemských stanic se mění ve velmi širokém rozmezí v závislosti na prováděných úkolech, vzdálenosti od kosmické lodi a typu její oběžné dráhy [5] .
Vesmírné komunikační stanice se objevily na konci 50. let 20. století, aby provozovaly kosmické lodě vypouštěné na oběžnou dráhu blízko Země a do hlubokého vesmíru . Zpočátku byly takové stanice součástí velitelských a měřicích komplexů , které sledují kosmické lodě, přijímají telemetrii a aplikují z nich data a přenášejí příkazy, nastavení a programy. Pro přenos televizních programů, telefonní a telegrafní spojení přes první telekomunikační družice sloužilo také vybavení a možnosti velitelských a měřících stanic [6] [7] . Od poloviny 60. let se satelitní komunikace začala aktivně rozvíjet jako samostatné odvětví. Začaly se vytvářet družicové sítě a systémy, které poskytují páteřní komunikační kanály a vysílání na globální vzdálenosti, jako například americký „ COMSAT “, sovětský „ Orbit “ [8] , mezinárodní „ Intelsat “, pro které byly vyvinuty speciální pozemské stanice a postavený. V 70. letech 20. století začala na lodích a poté na dalších mobilních objektech instalace mobilních pozemských stanic zajišťujících globální telefonní spojení. Od 80. let 20. století začal vývoj vysokofrekvenčního Ku pásma pro satelitní komunikaci , což umožnilo výrazně snížit velikost antén a náklady na pozemské stanice. V 90. letech 20. století došlo k přechodu od analogové satelitní komunikace a vysílání k digitálnímu a začalo se masové šíření pozemských stanic jak v oblasti individuálního příjmu TV , tak i přenosu dat [9] . V roce 2010 se v důsledku rozvoje ještě vyššího Ka-pásma a vzniku vysokokapacitních komunikačních satelitů ( angl. HTS ) výrazně snížily náklady na satelitní komunikaci [10] , což vedlo k prudkému zvýšení počtu účastnických pozemských stanic [11] . Další kolo masového využití satelitních pozemských stanic může být spojeno s vývojem vysokokapacitních nízkooběžných systémů, jako jsou Starlink a OneWeb [12] .
Pozemní stanice pro servisní řízení a monitorování jsou navrženy tak, aby přijímaly telemetrické informace z kosmické lodi, přenášely řídicí akce a programy do kosmické lodi, prováděly měření trajektorie (měření úhlových souřadnic vozidla a vzdálenost k němu), monitorovaly stav a provoz užitečné zatížení vozidla při letových zkouškách a během provozu [13] . Takové stanice jsou součástí Complex Command and Measurement Complex – souboru nástrojů a služeb, které řídí let nosných raket a vesmírných objektů. Body velitelsko-měřícího komplexu mohou být umístěny na zemi, na lodích nebo na palubě letadel [14] . Součástí řídících stanic vlastníků družicových konstelací a dozorových orgánů jsou i nástroje pro geolokaci pozemských stanic družicových komunikací a vyhledávání zdrojů rušení v družicových sítích [15] [16] .
Komunikační stanice hlubokého vesmíru jsou určeny pro rádiovou komunikaci mezi řídícími centry a kosmickými loděmi umístěnými ve značné vzdálenosti od Země. Aby byl zajištěn příjem slabých signálů z kosmických lodí a přenos informací na vesmírné vzdálenosti, jsou takové stanice vybaveny velkými reflektorovými anténami , které poskytují vysoký zisk signálu, výkonnými vysílači a vysoce citlivými nízkošumovými přijímači [18] [19] .
Typy satelitních pozemských stanic (ESSS) a oblasti jejich použití jsou velmi rozmanité a jejich rozsah je mimořádně široký. ZSSS je možné rozdělit podle poskytovaných služeb (přenos a příjem obrazových informací, dat, řeči atd.), podle provedení (stacionární, přenosné, mobilní, mobilní), podle role v satelitní síti (účastník, páteř, ústředna), podle způsobu organizace komunikace (příjem, vysílání, pouze vysílání), provozní frekvenční rozsah ( UHF , L-band , S-band , C-band , X-band , Ku-band , Ka-pásmo [20] ), podle typu oběžné dráhy používané pro komunikaci kosmických lodí ( geostacionární , vysoce eliptická , střední a nízká ). Pro spotřebitele komunikačních služeb jsou největšího zájmu účastnické pozemské stanice, jejichž vzhled je dán především dvěma vlastnostmi. Prvním je typ použité oběžné dráhy, a tedy i vzdálenost stanice od přenosového satelitu a nutnost doprovázet ji anténou. Druhým je, že pozemská stanice patří k jedné z hlavních satelitních služeb: pevné , vysílací nebo mobilní [21] .
Účastnické stanice vysílací služby (RSS) jsou zařízení, která přijímají televizní a rozhlasové programy šířené prostřednictvím komunikačních satelitů [22] . Moderní satelitní vysílání se uskutečňuje prostřednictvím geostacionárních vozidel, která jsou vůči pozemskému pozorovateli nehybná, což umožňuje použití relativně jednoduchých anténních systémů, které jsou na družici namířeny jednorázově a nevyžadují její následné sledování [23] . Přijímací družicové vysílací stanice působí jak v distribučních sítích, doručují programy do regionálních televizních center a dále prostřednictvím lokálních pozemních sítí spotřebitelům, tak v sítích přímého vysílání doručují obsah jednotlivým přijímačům a hlavním stanicím kabelových sítí [24] .
Mezi přijímací stanice pro satelitní vysílání patří anténa , přijímací zesilovač-konvertor , kabelová trasa a satelitní přijímač (přijímač). Při individuálním příjmu se přijímač instaluje přímo u účastníka (může být součástí TV nebo počítače ), v televizních centrech a hlavních stanicích jsou přijímače součástí jejich vybavení. Přímé stanice pro příjem vysílání pracují v pásmu Ku a jsou vybaveny anténami o velikosti od několika desítek centimetrů do jednoho a půl metru [23] . Stanice distribuční sítě využívají i nižší C pásmo, protože je odolnější vůči povětrnostním vlivům, a větší antény [25] .
Pevná družicová služba (FSS) zahrnuje pozemské stanice trvale instalované v daném místě nebo měnící své umístění v rámci dané oblasti [22] . Stanice FSS přijímají a vysílají data přes geostacionární družice v pásmech C (4/6 GHz), Ku (11/14 GHz) a Ka (20/30 GHz) a musí splňovat požadavky Radiokomunikačního řádu . Podle účelu a toků přenášených informací se pozemské stanice tohoto typu obvykle dělí na hlavní nebo centrální (CZS) a malé ( VSAT , MZS) [21] .
Páteřní pozemské stanicePáteřní pozemské stanice (používá se také název „ teleport “ [27] ) fungují v mezinárodních, páteřních a zónových komunikačních systémech a organizují multiplexní vysílání , vícekanálovou telefonní komunikaci, vysokorychlostní přenos dat a radiální kanály „centr-periferie“. Parametry a cena páteřní stanice do značné míry závisí na jejím anténním systému . Čím větší je průměr antény, tím vyšší je její cena a tím vyšší je propustnost stanice. Antény páteřních stanic jsou vybaveny sledovacími systémy , které je udržují nasměrované směrem k satelitu GSO nebo nepřetržitě míří na požadovaný negeostacionární satelit. Páteřní stanice dále zahrnují přijímací a vysílací konvertorové zesilovače, vlnovodné a kabelové trasy, kanálotvorná zařízení zajišťující přenos informací rádiovým kanálem, napájecí systémy, rozhraní s páteřními pozemními sítěmi [21] .
Malé pozemské staniceMalé pozemské stanice, také nazývané VSAT ( Very Small Aperture Terminal ) jsou široce používány jako účastnické stanice v resortních a podnikových sítích a pro připojení k satelitnímu internetu . Takové stanice mají malé antény, typicky do jednoho metru pro pásmo Ka, do jednoho a půl metru pro Ku a do 2,5 metru pro C. Nejběžnějším provozním režimem pro malé stanice je „ hvězda “, kde jsou informace vyměňovány pouze mezi účastníky a centrem , ale existují i plně propojené (mesh) sítě VSAT. Mezi stanice VSAT patří satelitní parabola , přijímací a vysílací konvertorové zesilovače, kabelové trasy a satelitní modem , který zajišťuje přenos dat z pozemních zařízení [28] .
Stanice VSAT mohou být buď stacionární, nebo součástí mobilních komplexů - přenosných nebo mobilních, pro práci ze zastávek. Existují také mobilní VSAT stanice určené pro práci na lodích , autech, letadlech, vlacích. Takové stanice jednak zajišťují komunikaci na cestách a jednak fungují ve stejných sítích jako stanice v pevné službě. Mobilní stanice VSAT používají antény schopné nepřetržitě sledovat a udržovat směr k satelitu, ať už motorizované nebo elektronicky řízené [29] .
Nepřetržité sledování satelitu anténou je také vyžadováno pro pozemské stanice slibných širokopásmových nízkooběžných sítí a je hlavním problémem při jejich vytváření [30] [31] .
Satelitní pohyblivá služba (MSS) zahrnuje stanice určené k provozu za pohybu, přenosné nebo namontované na vozidlech [22] . Typickými příklady pozemských stanic pro mobilní satelitní komunikaci jsou satelitní telefony a terminály pro přenos dat systémů Inmarsat , Iridium , Thuraya , bóje Cospas-Sarsat , terminály Gonets a Orbcomm a další [32] . Většina stanic mobilní satelitní komunikace prostřednictvím geostacionárních a kosmických lodí na nízké oběžné dráze pracuje v pásmu L , méně často v pásmu UHF a S [20] a využívá nízkosměrové antény , což umožňuje opustit naváděcí systémy a zjednodušit zařízení co nejvíce [33] . Použití nízkofrekvenčních pásem a slabě směrových antén s nízkým ziskem vede k tomu, že šířka pásma komunikačního kanálu je malá, takže takové systémy jsou zaměřeny na přenos hlasu a / nebo nízkorychlostních dat a náklady na jejich služby jsou mnohem lepší než pevné satelitní komunikace. Ale zároveň nemají žádnou alternativu při používání osobních nositelných zařízení, jako jsou satelitní telefony [32] . Pokud pohybující se objekty potřebují vysokorychlostní přenos dat , pak jsou vybaveny stanicemi VSAT pásem Ku a Ka, schopnými provozu v pevných sítích a vybaveny anténami s možností automatického sledování satelitu [34] . K tomu budou v budoucnu sloužit i stanice širokopásmových nízkooběžných systémů jako Starlink a OneWeb [12] .
Satelitní připojení | |
---|---|
Hlavní články | |
Zařízení | |
Standardy a protokoly | |
Operátoři satelitního vysílání |
|
Komunikační satelitní operátoři a služby | |
Výroba komunikačních satelitů |