«А.П. Дятлов СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ Таганрог 1997 УДК 621.396.931 Дятлов А.П. Системы спутниковой связи с подвижными объектами: Учебное пособие. Ч.1. Таганрог. ТРТУ. 1997. 95 с. Учебное пособие ...»

3) абонентские терминалы, предназначенные для экологического мониторинга Четвертый тип ЗС — региональные станции (РС), являются стационарными и устанавливаются в районах с развитой инфраструктурой связи.

Основные характеристики ЗС приведены в табл. 3.1.

Диапазон частот, З-К: 312…315; З-К: 312…315; З-К: 312…315; З-К: 1642,5…1643,5;

МГц Скорость передачи, Кбит/с датчика, Вт Шумовая температура, К Вероятность ошибки на бит Питание РС решают следующие задачи:

– сбор и распределение по наземным линиям связи информации (функции «концентратора» и «коммутатора» информации);

– обмен большими объемами информации с СР, включая базы данных;

– переретрансляция информации, снятой с СР с целью ускорения ее доставки (маршрутизация сообщений);

– обмен с центром управления системой технологической информацией.

С целью ускорения доставки информации путем выбора более коротких маршрутов передачи сообщений используются центры управления ретрансляцией сообщений (ЦУР), в качестве которых используется часть РС.

Центр управления системой (ЦУС) предназначен для обеспечения эксплуатации ССС и решает следующие задачи:

– осуществляет планирование и координацию работ по развертыванию системы и восполнению орбитальной группировки СР;

– проводит планирование элементов системы связи (СР, ЦУР, РС командноизмерительная система);

– формирует отчетную информацию о сеансах связи, включая информацию по оплате за предоставленные услуги;

– передает планы и необходимую технологическую информацию для обеспечения – проводит сбор, накопление, обработку и передачу в заинтересованные организации информации об окружающей среде, стихийных бедствиях и других чрезвычайных ситуациях;

– проводит траекторные измерения и определяет параметры орбиты ИСЗ;

– принимает и анализирует телеметрическую информацию с СР;

– формирует и передает командно-программную информацию на СР для управления связью и обеспечивающими системами ИСЗ;

– оценивает качество каналов связи и работоспособность элементов системы связи.

Для решения указанных задач в состав ЦУС входят: вычислительный центр (ВЦ), командно-измерительная система (КИС) и центральная станция (ЦС). ЦС обеспечивает связь с наземными станциями в обоих частотных диапазонах (300/400 МГц и 1,5/1,6 ГГц), а также используется для координации работы системы «Гонец». Управление системой может осуществляться по однопунктовой системе, однако для повышения надежности функционирования системы предполагается задействовать два ЦУСа, расположенных в окрестностях г. Москвы и г. Красноярска. Для обеспечения функционирования в системе «Гонец» 1 млн. абонентов необходимо использовать более 100 РС.

Система «Гонец» является многоспутниковой системой связи с многостанционным доступом на основе частотного (ЧРК) и временного (ВРК) разделения каналов. Каналы предоставляются по требованию абонентов (ПКТ). Все вышеупомянутые особенности организации связи по своим принципам не отличаются от организации связи в системе «Инмарсат». Каждый ИСЗ системы обеспечивает работу по четырем функциональным каналам. В системе «Гонец» для передачи сообщений используются ФМсигналы, а для повышения надежности связи — сверточное кодирование с декодированием по Витерби.

Маркерный канал предназначен для определения присутствия ИСЗ в зоне радиовидимости и синхронизации работ бортовых и наземных средств системы, работает в радиолинии «Космос-Земля» (К-З) в диапазоне 400 МГц со скоростью 4,8 Кбит/с. Частота маркерного канала для всех ИСЗ системы одинакова. Используется временное разделение маркерных каналов различных ИСЗ.

Канал сигнализации предназначен для организации доступа в систему, по нему передаются сигналы запроса от абонента и сигналы предоставления информационного канала, формируемые СР. Двусторонний канал работает в диапазоне 300/400 МГц со скоростью 4,8 Кбит/с. Структура запросного сигнала гарантирует защиту системы от несанкционированного доступа. Канал сигнализации используется центральной станцией для управления рабочими системами ИСЗ.

Высокоскоростной информационный канал предназначен для передачи любой информации в цифровом виде со скоростью 64 Кбит/с. Двусторонний канал работает в диапазоне 1,5/1,6 ГГц через РС и ЦУР.

Все каналы системы на одном ИСЗ и каналы различных ИСЗ разделены по частоте (ЧРК). В системе из 5 «колец» по 6 ИСЗ в каждом «кольце» будет одновременно функционировать: 36 маркерных каналов; 36 каналов сигнализации; 36 низкоскоростных информационных каналов; 36 высокоскоростных информационных каналов.

Каналы сигнализации уплотнены 300 каналами с временным разделением (ВРК).

Эти каналы распределены между абонентами одного региона, так что каждый канал является общим каналом сигнализации (ОКС) для группы абонентов с протоколом многостанционного доступа — синхронная АЛОХА.

Пропускная способность системы: в частотном диапазоне 1,5/1,6 ГГц составляет 2,510 Мбит в сутки, а в частотном диапазоне 300/400 МГц составляет 1,8510 Мбит в сутки. В выделенном для системы диапазоне частот организовано 60 частотных каналов в диапазоне 300/400 МГц и 3 частотных канала в диапазоне 1,5/1,6 ГГц. 60 частотных каналов в диапазоне 300/400 МГц распределены между 72 каналами сигнализации и информационными каналами 36 ИСЗ с учетом повторного использования частот за счет пространственного разнесения ИСЗ. Распределение исключает одновременное присутствие в зоне радиовидимости любого абонента ИСЗ с одинаковыми частотными каналами. Частоты каналов диапазона 300/400 МГц устанавливаются при вводе ИСЗ в эксплуатацию и в процессе эксплуатации могут изменяться ЦС. Частота канала сигнализации сообщается в маркерном сигнале, частота информационного канала сообщается абоненту при предоставлении канала. Наземные станции диапазона 1,5/1,6 ГГц работают по расписанию, которое составляется ЦС и сообщается ЗС по каналам системы. В расписании, наряду с разрешенным временем работы, номером ИСЗ, указывается также частота информационного канала. Эта частота передается ЗС на ИСЗ при запросе канала.

В зависимости от взаимного расположения ЗС, ЦУР и ИСЗ организация сеансов связи в системе «Гонец» осуществляется с различным временем ожидания.

Для случая, когда отправитель (ЗСо) и получатель информации (ЗСп) одновременно находятся в зоне радиовидимости одного ИСЗ (рис. 3.3), они могут обменяться сообщениями в реальном масштабе времени.

В том случае, если отправитель (ЗСо) не находится в зоне радиовидимости ИСЗ, то ЗСо должен ожидать появления ИСЗ в зоне радиовидимости, что устанавливается на основе приема сигнала маркерного канала. После этого ЗСо по каналу сигнализации передает сигнал запроса нужного информационного канала, соответствующего параметрам получателя (ЗСп). В результате бортовой обработки СР формирует сигнал вызова получателя и предоставляет информационный канал. Время доставки сообщения при этом определяется временем ожидания сеанса, которое в ССС «Гонец» не превышает 20 мин. с вероятностью 0,8.

Если ЗСо и ЗСп находятся на большом расстоянии в одной из орбитальных плоскостей космического сегмента системы «Гонец», то для обеспечения сеанса связи используется перенос сообщения в запоминающем устройстве (ЗУ) СР (рис. 3.4). Специфика данного случая состоит в том, что после демодуляции и декодирования сигналов информация записывается в ЗУ. ЗСп осуществляет съем информации при появлении ИСЗ в зоне радиовидимости. При этом время доставки сообщения складывается из времени ожидания сеанса и времени переноса сообщения.

Для случая, когда ЗСо и ЗСп находятся на большом расстоянии и могут быть обслужены ИСЗ, находящимися в разных орбитальных плоскостях космического сегмента, организация сеансов связи может быть обеспечена на основе использования ЦУР (рис. 3.5) или на основе использования межспутниковых каналов связи (МКС) для ретрансляции (рис. 3.6).

В случае использования для ретрансляции ЦУР так же, как и при переносе информации в ЗУ СР, время доставки сообщения определяется временем его переноса и в зависимости от количества используемых в системе «Гонец» ИСЗ может составлять от 3 до 6 часов.

Рис. 3.4.

Рис. 3.5.

Существенным достоинством использования МКС для ретрансляции является возможность предоставления обмена сообщениями в реальном масштабе времени. Однако в связи с большой стоимостью реализация МКС планируется на последующих этапах развития ССС «Гонец».

3.2. Глобальная система спутниковой персональной связи ССС «Иридиум», разрабатываемая фирмой «Моторола» (США), является глобальной системой персональной радиосвязи с использованием портативных абонентских терминалов типа «трубка в руке». Система «Иридиум» предназначена для автономной работы в районах мира, не имеющих развитых и надежных сетей связи, а также обслуживания морских судов и самолетов, пользователей, находящихся в экстремальных ситуациях и т.п. Для районов с развитой инфраструктурой связи система «Иридиум» может дополнить наземные сети, в том числе и сотовые.

ССС «Иридиум» обеспечивает следующие виды услуг связи:

– подвижную радиотелефонную связь с использованием персональных радиотелефонов в непрерывном режиме и в реальном масштабе времени, в том числе с возможностью выхода на телефонные сети общего пользования;

– передачу данных по типу электронной почты;

– обмен деловой информацией;

– персональный радиовызов;

– определение местонахождения и передачи информации о местонахождении подвижных объектов.

Построение системы «Иридиум» основано на следующих принципах /12, 13/:

– глобальность обслуживания: система предоставляет возможность связи для любых двух абонентов, в том числе для мобильных, расположенных в произвольных регионах Земли;

– открытость: система обеспечивает соответствие коммуникационных протоколов требованиям международных стандартов и совместимость с существующими коммуникационными сетями;

– универсальность: система поддерживает наиболее распространенные прикладные коммуникационные службы (телекс, телефакс, «электронная почта» и др.);

– адаптивность: система обладает свойством перенастройки ресурсов системы под потребности пользователей в зависимости от интенсивности трафика;

– пользовательская доступность: реализация широкого класса дешевых малогабаритных ЗС и терминальных устройств, обеспечивающих широкий круг потребностей различных пользователей;

– простота использования: полная автоматизация процесса связи в реальном времени, простота и доступность услуг пользователю любой квалификации.

Отличительными особенностями ССС «Иридиум» являются: использование межспутниковых каналов связи (МКС) и спутниковых ретрансляторов (СР) со сложной обработкой сигналов. При этом в ССС «Иридиум» обеспечивается возможность соединения абонентов системы без участия наземных линий связи. Однако для достижения независимости системы «Иридиум» от наземных сетей приходится использовать достаточно сложные и дорогие ИСЗ. Принципы управления связью в ССС «Иридиум» используются те же, что и в сотовых системах радиосвязи.

Однако в отличие от наземных сотовых систем, где базовые станции связи устанавливаются стационарно, а абоненты подвижны относительно базовой станции, в системе «Иридиум» подвижна сама базовая станция, установленная на ИСЗ, и подвижны проектируемые антеннами ИСЗ на землю ячейки зоны обслуживания относительно стационарных или малоподвижных абонентов системы.

Связь с подвижным абонентом осуществляется в диапазоне подвижной спутниковой службы (ПСС), а со шлюзовыми станциями, осуществляющими сопряжение с коммутируемой сетью общего пользования, — в диапазоне фиксированной спутниковой службы (ФСС).

Связь в направлениях Земля-Космос и Космос-Земля обеспечивается в L-диапазоне в полосе 1616…1626,5 МГц, однако если линия Земля-Космос будет работать на первичной основе, то линия Космос-Земля — на вторичной.

Фидерные линии, обеспечивающие связь между спутником и станциями сопряжения сети, а также станциями управления, будут работать в Ка-диапазоне ФСС в полосах частот 19,4…19,6 ГГц на линии Космос-Земля и 29,1…29,3 ГГц на линии ЗемляКосмос.

Для маршрутизации вызовов предусмотрена межспутниковая связь, которая также будет осуществляться в Ка-диапазоне в полосе 23,18…23,38 ГГц, специально выделенной для межспутниковых связей.

Скорость передачи речевых сообщений — 4800 бит/с.

Наряду с телефонной связью «Иридиум» способен обеспечить передачу данных и факсимильных сообщений между любыми точками планеты. Для этого абонентам системы достаточно оборудовать речевой терминал модемом. Скорость передачи данных — 7400 бит/с.

Кроме того, система обеспечивает передачу сообщений о координатах абонента, опредедяемых как средствами речевой связи, так и специальными абонентскими устройствами радиоопределения.

Пропускная способность системы «Иридиум» составит 56000 дуплексных телефонных каналов.

Система «Иридиум», структура которой приведена на рис. 3.7, включает четыре сегмента:

– космический сегмент;

– сегмент управления, состоящий из центра управления системы (ЦУС), включающего в себя вычислительный центр (ВЦ) и станцию управления (СУ);

– шлюзовые земные станции (ШС), осуществляющие быструю и эффективную связь ССС с телефонными сетями общего пользования (ТФОП).

Космический комплекс «Иридиум» состоит из 66 космических аппаратов (КА), размещенных на круговых приполярных орбитах с наклонением 86 град. и высотой 780 км. Спутники размещаются в 6 орбитальных плоскостях, в каждой из которых одновременно находятся 11 ИСЗ. Угловое расстояние между соседними орбитальными плоскостями составляет 31,6 град., за исключением 1 и 6 плоскостей, угловой разнос между которыми составляет около 22 град.

Каждый спутник имеет вес до 450 кг и содержит по три СР, предназначенных для реализации пользовательского (абонентского) канала, канала управления и сопряжения и канала межспутниковой связи.

Каждый из ИСЗ имеет по три комплекта антенн:

– основного назначения;

– перекрестной межспутниковой связи;

– управляющего канала.

Антенны основного назначения служат для связи с абонентскими устройствами. В комплект антенн основного назначения спутника включены семь антенн с фазированными решетками, каждая из которых содержит набор локальных модулей приема и передачи. Шесть идентичных антенн образуют тело спутника в форме шестиугольного цилиндра, а седьмая, размещаемая в его нижней части, принимает сигналы по единичному лучу и излучает сигналы от спутника.

Связь с Землей осуществляется через точно сфокусированные антенные лучи. Зона, засвечиваемая единичным лучом антенны, представляется как ячейка. Лучи антенны облучают комбинированную зону обслуживания, образованную одинаковыми по размерам ячейками, сконцентрированными вокруг центральной ячейки. Один спутник обеспечивает зону обслуживания диаметром 4000 км.

Ячейка, формируемая антенным лучом спутника «Иридиум», будет перемещаться относительно земных устройств со скоростью до 7400 м/с, а абоненты при этом кажутся относительно неподвижными независимо от степени их мобильности.

Антенны перекрестной межспутниковой связи предназначены для связи в пределах спутникового созвездия системы «Иридиум». На каждом спутнике установлены четыре антенны перекрестной межспутниковой связи, направленные в продольной и поперечной плоскостях, соответственно для связи с двумя смежными спутниками и двумя на соседних орбитах.

Использование межспутниковых каналов связи обеспечивает системе «Иридиум»

следующие преимущества:

– система не будет нуждаться непрерывно в наличии шлюзовых станций (ШС) в пределах видимости каждого спутника;

– спутники созвездия могут организовать связь с использованием ТФОП и выходить на них через ближайшие ШС;

– система получит возможность организации обходных маршрутов для связи, если потерпит неудачу при установлении соединения на какой-либо ШС или в случае занятости ТФОП;

– центр управления системой (ЦУС) сможет осуществлять контроль и управлять всем созвездием системы, передавая команды и установки о статусе или принимая информацию о состоянии любого спутника через промежуточные межспутниковые канала.

Антенны управляющего канала обеспечивают связь со станцией управления ЦУС и шлюзовыми станциями. Каждый спутник одновременно может обслужить до четырех шлюзовых станций (ШС).

Сегмент управления предназначен для обеспечения мониторинга и отображения состояния системы, а также для контроля и управления коммуникационной сетью «Иридиум» и отдельных спутников в созвездии. В его состав входят основной и дублирующий ЦУС.

К числу основных задач, решаемых ЦУС относятся:

– оценка работоспособности и состояния каждого спутника созвездия;

– разработка и распределение маршрутных таблиц пользователей для сети спутников, шлюзовых станций по основным направлениям трафика сети, управление образованием ячеек спутниковыми антеннами основного назначения;

– поддержка работы сегмента управления, а при перераспределении функций управления на шлюзовые станции — контроль потока информации и данных между основным и дублирующим ЦУС.

Станция управления сегмента содержит параболическую антенну, отслеживающую траекторию спутника, находящегося в зоне радиовидимости, и поддерживает связь со спутниками через канал управления на основе обмена передачами, включающими в себя до пяти телеметрических сообщений и команд между ЦУС и спутниками созвездия. Управляющие сообщения могут направляться к нужному спутнику или ШС через сеть межспутниковых каналов созвездия.

В системе «Иридиум» должно использоваться как минимум две станции управления, поскольку сегмент управления должен организовать коммуникационные каналы с «восходящим» спутником до перерыва связи с «заходящим» спутником.

С целью обеспечения нормального функционирования системы в различных ситуациях — при неудачной работе или авариях земных станций и даже при катастрофических отказах каких-либо звеньев земного или космического сегмента, скажем, из-за нарушений некоторых межспутниковых каналов сети созвездия, отсутствия по тем или иным причинам спутника на своей «рабочей» орбите и т.д., в ССС «Иридиум»

предусмотрено использование около десяти станций управления, рассредоточенных по различным континентам.

Сегмент шлюзовых станций (ШС) осуществляет связь созвездия спутников «Иридиум» с национальными, региональными или местными телефонными сетями общего пользования. В его задачи входят предоставление сервисных услуг пользователям и выполнение функций, задаваемых с помощью клавиатуры абонентского устройства. В состав ШС входит земная станция, подобная станция управления ЦУС с контроллером сопряжения, обеспечивающим соединения ИСЗ с ТФОП.

Чтобы управлять функциями, задаваемыми с абонентского устройства, каждая ШС должна иметь базу данных об абонентах, быть способной выполнить процедуру подтверждения принадлежности абонента к системе и вести абонентские счета на услуги связи.

Абонентские терминалы (АТ) представляют собой 1) портативные и мобильные средства;

2) телефонные будки с питающими солнечными батареями;

3) специализированное авиационное и морское пользовательское оборудование;

4) алфавитно-цифровые радиовызывные устройства, с помощью которых система «Иридиум» будет обеспечивать своих пользователей по крайней мере одной из следующих услуг: телефонная и факсимильная связь, передача цифровых данных, передача информации о местонахождении.

Для поддержки все расширяющегося рынка средств передачи данных и факсимильных сообщений в абонентских устройствах системы «Иридиум» предусмотрены порты ввода для подключения компьютера или факс-аппарата. Такое абонентское устройство будет иметь еще и внешний модем, который позволит автоматически принимать и запоминать факсимильный массив, пока пользователь готовится к его распечатке.

Учитывая конъюнктуру рынка вызывных устройств, фирма «Моторола» (США) планирует начать выпуск компактных и легких устройств глобального радиовызова для системы «Иридиум». При этом устройство глобального вызова будет иметь несколько увеличенные размеры по сравнению с алфивитно-цифровыми вызывными устройствами из-за расширения зоны действия. Основные характеристики портативных АТ системы «Иридиум» приведены в табл. 3.2.

Абонентский терминал устанавливает связь с одним из ИСЗ, находящимся в зоне радиовидимости.

Антенная система каждого ИСЗ формирует 48 узких лучей в L-диапазоне. Использование 66 ИСЗ обеспечивает глобальное покрытие Земли с помощью приблизительно 2100 активных лучей из 3168 их общего количества. Следует учитывать тот факт, что не все лучи активны, поскольку соседние ИСЗ могут формировать сильно перекрывающиеся зоны, которые должны обслуживаться только одним ИСЗ.

В системе применяется многократное использование частот. Необходимая развязка обеспечивается за счет пространственного разнесения лучей. Повторное использование частоты допускается в каждом седьмом луче.

Пропускная способность каждого спутника в L-диапазоне составляет 3840 каналов.

Имеющиеся возможности по перераспределению емкости между лучами на одном ИСЗ позволяют передавать в одном активном луче от 4 до 960 каналов. Сигналы в Lдиапазоне передаются методом четырехпозиционной ФМ при использовании техники многостанционного доступа с комбинированным временным и частотным разделением. Частотный доступ реализуется путем разделения всей выделенной полосы частот шириной 10,5 МГц на 250 частотных полос, шириной 41,67 кГц каждая, в которой может передаваться отдельная несущая со скоростью 50 Кбит/с. Временной доступ реализуется путем уплотнения по времени каждой несущей четырьмя каналами со скоростью 4,8 Кбит/с (суммарная скорость передачи данных на каждой несущей составляет 50 Кбит/с). При этом в одном временном кадре передаются сигналы как линии «вверх», так и линии «вниз». Длительность кадра МДВР — 90 мс, длительность субкадра для передачи одного канала — 8,28 мс. Требуемое отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума в абонентском канале L-диапазона составляет 6,1 дБ. Вероятность ошибки в наихудшем случае при неблагоприятном расположении абонента относительно обслуживающего его спутника составляет 10-2, средняя величина вероятности ошибки составляет 10-4…10-5.

Скорость передачи, Кбит/с Вероятность ошибки на бит Сигналы в Ка диапазоне на линии между спутником и станцией сопряжения передаются, как и в L-диапазоне, методом четырехпозиционной ФМ при использовании техники многостанционного доступа с комбинированным временным и частотным разделением. Частотный доступ реализуется разделением всей выделенной полосы частот шириной 200 МГц на 12 частотных полос шириной 15 МГц каждая с отдельной несущей и скоростью передачи данных 6,25 Мбит/с. Передача осуществляется с кодированием со скоростью 1/2, т.е. скорость передачи информации составляет 3, Мбит/с. Каждый спутник одновременно может передавать две несущие общей пропускной способностью около 3000 каналов. Требуемое отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума в фидерной линии Ка-диапазона составляет 7,9 дБ, вероятность ошибки 10-7.

Межспутниковые каналы связи каждого ИСЗ организуются с четырьмя соседними спутниками, два из которых расположены в той же орбитальной плоскости, а два других — в соседних орбитальных плоскостях. Сигналы в Ка-диапазоне на межспутниковых линиях передаются методом четырехпозиционной ФМ со скоростью 25 Мбит/с.

Вся выделенная полоса шириной 200 МГц делится на 8 частотных полос шириной МГц каждая. В каждой из этих частотных полос может передаваться отдельная несущая. Передача осуществляется с кодированием со скоростью 1/2, т.е. скорость передачи информации составляет 12,5 Мбит/с. Спутник одновременно может передавать четыре несущие, по одной на каждый из соседних ИСЗ, с общей пропускной способностью около 6000 каналов. Требуемое отношение энергии сигнала к спектральной плотности шума в межспутниковой линии Ка-диапазона составляет 7,9 дБ, вероятность ошибки 10-7.

«Иридиум» подавляющее число соединений устанавливает с использованием межспутниковых каналов связи, если только абоненты не находятся в зоне, обслуживаемой одним лучом. Поэтому для соединения с наземными средствами связи планируется иметь всего несколько десятков ШС. Каждая станция может обслуживать много стран или даже целый материк. В России планируется установить две ШС. Такое построение системы может приводить к неоправданному увеличению длины используемых наземных линий связи и к соответствующему увеличению стоимости соединения.

На спутнике «Иридиум» производится сложная обработка сигналов, заключающаяся в разделении поступающих уплотненных сигналов на отдельные цифровые последовательности и последующее их объединение в соответствии с требуемой адресацией в высокоскоростной цифровой поток для передачи по межспутниковому каналу и радиолинии КС-ШС.

Абонент системы «Иридиум» имеет индивидуальный номер, который сохраняется за ним вне зависимости от его места нахождения. Информация о местонахождении абонента всегда содержится в памяти ШС, к которой приписан абонент. Для обновления информации о местонахождении абоненту достаточно воспользоваться своим терминалом. При организации связи ССС «Иридиум» автоматически регистрирует и координаты абонента.

В России планируется создать наземный сегмент системы «Иридиум», включающий в себя 2 ШС, обеспечивающий услугами глобальной спутниковой связи до 300000 абонентов как на основе использования портативных АТ, так и через ТФОП.

3.3. Глобальная система спутниковой связи «Глобалстар»

ССС «Глобалстар», разрабатываемая рядом фирм США и Западной Европы (Квалком, Алкатель и др.), так же, как и ССС «Иридиум», предназначена для организации глобальной радиосвязи с использованием абонентских терминалов типа «трубка в руке». Однако в отличие от ССС «Иридиум» ССС «Глобалстар» не претендует на автономность от наземных телекоммуникационных сетей. Система «Глобалстар» должна дополнять наземные сотовые сети в регионах с развитой инфраструктурой связи, а также автономно предоставлять услуги связи в малонаселенных и труднодоступных районах во всем мире. Сопряжение системы «Глобалстар» с ТФОП будет осуществляться через ШС.

Связь через систему «Глобалстар» будет осуществляться только в тех случаях, когда доступ к ТФОП невозможен или затруднен.

Система «Глобалстар», обеспечивая одинаковый с системой «Иридиум» перечень услуг и качество связи, имеет вместе с тем более высокие экономические показатели.

С целью повышения экономической эффективности при построении системы «Глобалстар» используются принципы, позволяющие существенно снизить затраты на разработку и эксплуатацию космического сегмента, а именно/12, 14/:

– снижено количество ИСЗ, используемых в созвездии;

– упрощена бортовая аппаратура за счет отказа в использовании СР с обработкой сигналов, межспутниковых каналов связи и уменьшения количества лучей в антенной системе СР.

Другими отличительными особенностями системы «Глобалстар» являются использование многостанционного доступа с кодовым разделением сигналов (МДКР) и повышение скорости передачи данных до 9,6 Кбит/с. При этом благодаря использованию широкополосных шумоподобных сигналов (ШПС) в системе «Глобалстар» успешно решаются такие проблемы, как борьба с замираниями за счет многолучевого распространения радиоволн, электромагнитной совместимости и повышения помехоустойчивости.

Связь с подвижным абонентом в системе «Глобалстар» осуществляется в двух частотных диапазонах, выделяемых для ССС ПО, а именно:

– в L-диапазоне в полосе 1610…1626,5 МГц на линии «Земля-Космос»;

– в S-диапазоне в полосе 2483,5…2500 МГц на линии «Космос-Земля».

Фидерные линии, обеспечивающие связь между ИСЗ и ШС, будут работать в диапазоне фиксированной спутниковой службы, а именно:

– в С-диапазоне в полосе 5025…5225 МГц на линии «Земля-Космос»;

– в С-диапазоне в полосе 6875…7075 МГц на линии «Космос-Земля».

Скорость передачи речевых сообщений — 4,8 Кбит/с.

При использовании в системе «Глобалстар» созвездия из 48 ИСЗ пропускная способность составит 65000 дуплексных телефонных каналов.

Система «Глобалстар», структура которой приведена на рис. 3.8, по своему составу сходна с системой «Иридиум». Отличие их состоит в том, что в системе «Глобалстар»

отсутствуют межспутниковые каналы связи, что приводит к необходимости увеличения количества и усложнению ШС /15/.

Космический сегмент состоит из 48 спутников, обращающихся по круговым орбитам на высоте 1410 км над поверхностью Земли. Их орбиты находятся в восьми плоскостях с наклонением 52 град., в каждой из которых равномерно расположены шесть спутников. Вес одного ИСЗ составляет порядка 450 кг. На спутнике помещены два СР, работающие в полосах частот: в направлении от абонента к спутнику — 1610…1626,5 МГц (полоса L), от спутника к шлюзовой станции — 5185,5…5350 МГц (полоса фидерной линии); в направлении от шлюзовой станции к спутнику — 6484…6675,5 МГц (полоса фидерной линии), от спутника к абоненту — 2483,5… МГц (полоса S).

Приемная и передающая антенны спутника в полосах L- и S-многолучевые АФАР, состоящие из 61 элемента в полосе L и 91 элемента в полосе S. 16 лучей конгруэнтных друг другу диаграмм направленности (ДН) образуют на поверхности Земли зону обслуживания диаметром 5760 км (рис. 3.9). Сигналы во всех лучах имеют одинаковые частоты, и каждый из них занимает всю отведенную системе полосу шириной 16, МГц. В СР сигналы каждой пары лучей преобразуются по частоте и занимают восемь отдельных полос шириной по 16,5 МГц в полосе частот фидерных линий при ортогональной поляризации. Поэтому сигналы, принимаемые и передаваемые ШС, при ортогональной поляризации занимают (с учетом защитных полос) две полосы шириной по 191,5 МГц. Приемная и передающая антенны спутника в полосах частот фидерных линий имеют ДН с глобальным охватом.

Земной сегмент системы состоит из большого числа ШС (порядка 200), включенных в общие коммутируемые станции наземных сетей связи, и абонентских терминалов. ШС имеет четыре параболические антенны диаметром 3,4 м с программным наведением: три антенны сопровождают три спутника в зоне обслуживания, а четвертая готовится сопровождать новый, появляющийся на горизонте спутник. Абонентские терминалы (АТ) могут быть трех типов:

1) портативные переносные;

2) перевозимые автомобильные, аналогичные автомобильным станциям наземных сотовых сетей;

3) стационарные.

Первые два типа имеют ненаправленные антенны, антенны стационарных АТ немного сложнее. Основные характеристики ШС и АС приведены в табл. 3.3.

В состав земного сегмента входят также центры управления системой (ЦУС), планирующие режимы для каждой ШС и управляющие ресурсом спутников, их орбитами и обеспечивающие телеметрию и передачу команд на спутник в полосах частот фидерных линий.

На линии связи от АТ к СР используется диапазон частот 1,61…1,6265 ГГц с выделенной полосой FАб-СР=16,5 МГц, который разбивается на 13 подддиапазонов, каждый равный ширине спектра ШПС абонента FАб=1,23 МГц. Для приема сигналов от абонентов приемная антенна СР имеет 16 лучей с полосой пропускания в каждом из них Fл=FАб-СР и одинаковыми ДН, имеющими ширину по половинной мощности около =20 град. В результате на поверхности Земли под одним лучом образуется зона обслуживания диаметром около 1150 км.

На СР принятые сигналы лучей группируются попарно, т.е. по два сигнала с ортогональными направлениями поляризации. Затем на выходе антенны выделяются сигналы правого или левого направлений поляризации. В частности, принятые на СР сигналы лучей с номерами 9, 11, 13, 15, 8, 3, 7, 5 приобретают правую поляризацию, а с номерами 12, 14, 16, 10, 1, 6, 4, 2 — левую. Каждая такая пара сигналов (например, и 12) при однократном преобразовании частоты в диапазон 7 ГГц переносится в одну и ту же выделенную полосу FАб-СР=16,5 МГц. Таким образом, требуемая полоса частот для группового ШПС СР в диапазоне 7 ГГц будет в 8 раз больше FАб-СР, что с учетом защитных и служебных полос частот составит приблизительно F = МГц.На СР имеется также передающая антенна диапазона 7 ГГц, с помощью которой охватывается территория диаметром =6000 км. Эта антенна передает групповой сигнал СР в направлении ШС.

Диапазон частот, МГц – линия «Земля-Космос»

– линия «Космос-Земля»

Скорость передачи, Кбит/с – речь – данные Вероятность ошибки на бит АФУ, дБ В ШС осуществляются полная обработка принимаемых от абонентов ШПС и перераспределение потоков передаваемой информации по частотным поддиапазонам в зависимости от местоположения абонента, принимающего информацию, причем групповой сигнал ШС, излучаемый в направлении СР, переносится в диапазон частот fШССР=5 ГГц, где занимает полосу F =200 МГц. В этом случае сохраняются такие же, как и сформированные на СР, пары сигналов с ортогональной поляризацией, занимающие общую полосу частот и предназначенные для излучения в двух различных лучах антенной СР. Передающие антенны ШС ретранслируют информацию для каждого абонента одновременно через один, два, три или даже четыре СР в зависимости от их числа в зоне прямой видимости ШС и АТ, в результате чего в каждой ШС формируется по три или четыре дублирующих результирующих сигнала, каждый из которых имеет одну и ту же ширину спектра F =200 МГц, но передается отдельной узконаправленной антенной ШС через разные СР.

На каждом СР с помощью 16-лучевой приемной антенны частотное разделение сигналов преобразуется в пространственное разделение.

Абонентский приемопередатчик принимает сигналы от всех СР, попадающих в зону его прямой видимости. Поскольку период обращения СР равен 114 мин, то каждый АТ попадает в зону видимости одного либо одновременно двух, трех и даже четырех СР в зависимости от географического положения абонента и времени суток. При первом включении АТ происходит его синхронизация по синхросигналу ШС, заключающаяся в обнаружении последнего и последующем слежении за его частотой и временем задержки. Этот этап синхронизации аппаратуры АТ называется первичной синхронизацией. По его завершении начинается этап установления синхронности функционирования всех устройств формирования и обработки ШПС данного АТ с аналогичными устройствами на ШС и остальных АТ, уже вошедших в синхронизм.

Процедура синхронизации АТ завершается, когда АТ принимает ответное сообщение от ШС. После этого в ШС происходит процесс регистрации и аутентификации вызывающего и вызываемого АТ, заключающийся в их идентификации, установлении местоположения, определении статуса, типа и т.д. Далее, для осуществления дуплексной связи абонентов ШС назначает им номер частотного канала, параметры кодирующей псевдослучайной последовательности, начальную скорость передачи информации и т.д.

В режиме дуплексной связи между двумя АТ (одновременно с ретрансляцией информации от абонента к абоненту) ШС передает служебные команды регулирования излучаемых мощностей АТ и скоростей передачи информации, временного смещения синхросигнала, а также команды для регулирования смещения синхросигнала по частоте и времени при переходе АТ в зону обслуживания соседних лучей антенны СР или лучей антенны другого СР и т.д. Функции управления параметрами синхросигнала реализуются одновременно с передачей информации от абонента к абоненту с помощью специального сигнала, а функции управления мощностью — во время пауз, организуемых в процессе передачи информации.

Интервал между первым включением АТ до установления дуплексной связи с вызываемым абонентом составляет около 50 с, из которых более 48 с используется для первичной синхронизации АТ по синхросигналу ШС и синхронизации ШС по синхросигналу АТ. Если же синхронизация АТ с ШС устанавливается заранее, то для соединения с вызываемым абонентом требуется менее 2 с.

В речевом канале трафика применен вокодер с переменной скоростью передачи, средняя скорость 2,4 Кбит/с. Вокодер преобразует речевой сигнал в поток сигналов ИКМ, который кодируется сверточным кодом, а на приемной стороне декодируется по алгоритму Витерби.

Система может также обеспечить асинхронную передачу данных со скоростью до 4,8 Кбит/с. Доплеровский сдвиг частот на абонентских и шлюзовых станциях компенсируется под управлением ШС. Кроме каналов трафика в системе организуются: пилотный канал, канал синхронизации (со скоростью 1200 бит/с) и канал поискового вызова. Для борьбы с замираниями сигналов применяется регулировка мощности передачи под управлением ШС.

В России планируется создать наземный сегмент системы «Глобалстар», включающий в себя девять ШС, обеспечивающий услугами глобальной спутниковой связи до 260000 абонентов как на основе использования портативных АТ, так и через ТФОП.

3.4. Система подвижной спутниковой связи Система «Полярная звезда», разрабатываемая рядом российских фирм (РКК, «Энергия», АО «Ростелеком», АО «Газком»), предназначена для обеспечения персональной, мобильной и фиксированной связи на всей территории РФ.

По назначению и перечню предоставляемых услуг связи система «Полярная звезда»

сходна с системой «Глобалстар», поскольку они имеют одинаковые принципы построения.

Необходимость в создании системы «Полярная звезда» обусловлена тем обстоятельством, что в системе «Глобалстар» структура и параметры космического сегмента оптимизированы для качественного обслуживания территории США (кроме Аляски), а в пределах территории РФ не обеспечивают качественного обслуживания выше град. северной широты и не гарантируют устойчивой связи при чрезвычайных обстоятельствах.

Отличительной особенностью системы «Полярная звезда» является использование ИСЗ на высокоэллиптической орбите (ВЭО), что позволяет существенно уменьшить количество ИСЗ в созвездии и повысить экономическую эффективность системы /16/.

Для качественного обслуживания территории РФ, в том числе и северных территорий, ИСЗ с ВЭО должен обладать характеристиками, соответствующими ИСЗ «Молния», а именно: периодом обращения 12 часов, наклонением плоскости орбиты 63,4 град., высотой апогея порядка 40000 км и высотой перигея 500 км. При этом за счет замедления движения ИСЗ в области апогея обслуживание всей территории РФ одним ИСЗ возможно в течение 6…8 часов.

При создании ССС «Полярная звезда» будут использованы технологии, разработанные для ССС «Глобалстар» — спутниковый ретранслятор, шлюзовые станции, абонентские терминалы, а также космические станции и средства выведения фиксированной системы спутниковой связи «Ямал» и вновь созданные фазированные многолучевые антенные системы для L- и S-диапазонов. Использование разработанных технологий уменьшит риск и стоимость реализации проекта «Полярная звезда», позволит значительно снизить массогабаритные характеристики, энергопотребление и стоимость абонентских станций при оборудовании ими самолетов-салонов, фирменных поездов, речных и морских судов, а также различных типов автомобилей.

ССС «Полярная звезда» дополнит российский сегмент ССС «Глобалстар» и может стать системой межведомственного, так называемого «двойного», использования, предоставляя свои услуги пользователям различных отраслей промышленности, населению, а также при создании ведомственных виртуальных сетей.

Структура ССС «Полярная звезда» состоит из космического и наземного сегментов.

Космический сегмент включает в себя четыре ИСЗ на ВЭО типа «Молния», средства выведения и центр управления системой. Четыре ИСЗ, сменяя поочередно друг друга в зоне радиовидимости, смогут обеспечить непрерывное покрытие обслуживаемых территорий Земного шара, формируя при этом две пересекающиеся на Северном полюсе зоны обслуживания: одну в северной части Восточного полушария (Россия, страны СНГ и Западной Европы), вторую в северной части Западного полушария (США, Канада и др.).

Для формирования устойчивой связи через АТ на борту ИСЗ предлагается установить многолучевые антенны (МЛА) L- и S-диапазонов с 37 региональными лучами, а для организации фидерных линий в С-диапазоне — использовать однолучевую антенну, охватывающую подспутниковую зону обслуживания.

На борту ИСЗ системы планируется установить СР, аналогичные ССС «Глобалстар». Основные параметры СР для абонентской и фидерной линий приведены в табл.

3.4.

ШС предназначены для организации фидерной линии, обеспечивающей передачу информационных сигналов и сигналов служебного канала управления ресурсами сети ССС.

Работа системы «Полярная звезда» основывается на использовании ШПС, частотно-пространственном и кодовом разделении сигналов (каналов), включая организацию служебных каналов для управления системой связи. Суммарная пропускная способность ССС одной зоны (четного или нечетного витка ИСЗ) составляет при обслуживании только персональных портативных (ПТ) и автомобильных АТ порядка 1 тыс.

каналов; при обслуживании АТ фиксированной связи в стационарных условиях (СТ) и АТ, установленных на больших подвижных объектах с повышенными энергетическими характеристиками, — порядка 8 тыс. каналов, что соответствует возможности обслуживания в РФ до 480000 абонентов. Основные параметры АТ приведены в табл.

3.5.

Диапазон частот, МГц Ширина используемой полосы, МГц Общий частотный ресурс с учетом повторного использования частот, МГц ЭИИМ борта на один канал, дБВт:

Пропускная способность 1000 — при использ.ПТ или Скорость передачи в канале, Мбит/с – ТЛФ: адаптивно регулир. в пределах – среднее значение – передача данных Требуемое значение С/Ш (дБ) для телефонной связи на входе:

3.5. Система подвижной спутниковой связи «Одиссей»

Система «Одиссей», разрабатываемая компанией TRW (США), предназначена для обеспечения персональной, мобильной и фиксированной связи 9 регионов:

1) Австралии и Океании;

2) Центральной Америки;

3) Южной Америки;

4) Северной Америки;

7) Северной Африки;

8) Южной Африки;

9) Тихого океана, включая Гавайи.

По назначению, принципам построения и перечню предоставляемых услуг система «Одиссей» сходна с системой «Глобалстар».

Целесообразность создания системы «Одиссей» обусловлена тем, что при ее реализации с целью повышения экономической эффективности по сравнению с системой «Иридиум» уменьшается количество используемых в созвездии ИСЗ и исключаются межспутниковые каналы связи, а по сравнению с системой «Глобалстар» уменьшается количество используемых в созвездии ИСЗ и количество шлюзовых станций.

Отличительной особенностью системы «Одиссей» является использование «тяжелых» ИСЗ на круговой орбите со средней высотой, что позволяет увеличить зону обслуживания, приходящуюся на один ИСЗ и, следовательно, уменьшить необходимое количество ИСЗ /7/.

Связь с подвижными абонентами в системе «Одиссей» осуществляется в частотных диапазонах L и S в тех же частотных полосах, что и в системе «Глобалстар».

Фидерные линии в системе «Одиссей» должны функционировать в Ка-диапазоне как на линии «Земля-Космос», так и на линии «Космос-Земля». Пропускная способность системы «Одиссей» составляет порядка 46000 каналов. Зона обслуживания системой «Одиссей» расположена в пределах от 65 град. южной широты до 75 град. северной широты.

Система «Одиссей» имеет структуру и принципы организации связи, аналогичные системе «Глобалстар». Космический сегмент системы «Одиссей» включает в себя ИСЗ, каждый весом 1134 кг. По четыре ИСЗ размещены на трех круговых орбитах высотой 10354 км с наклонением 55 град., что обеспечивает двойное покрытие зоны обслуживания при углах места не менее 30 град. в 95% случаев.

В системе «Одиссей» антенна каждого ИСЗ формирует многолучевую диаграмму направленности, которая разбивает зону покрытия на примыкающие друг к другу ячейки. Это позволяет лучше согласовать зону покрытия с поверхностью суши и улучшить использование частотного спектра за счет повторного назначения несущих частот в разных ячейках.

Трафик через восходящий спутник-ретранслятор возрастает, а через заходящий — убывает в соответствии с возрастанием и убыванием количества абонентов в данной зоне обслуживания. При смене заходящего спутника восходящим трафик района передается другому спутнику, обслуживающему этот же район. Обычно продолжительность вызова и обмена составляет в сотовой сети 2–3 минуты, т.е. при двухчасовой зоне видимости подавляющее число вызовов будет обслужено одним ИСЗ и лишь небольшое количество потребует процедуры смены ИСЗ.

СР имеют 19-канальную архитектуру для прямой и обратной линии связи. В обратной линии связи каждый из 19 приемных лучей состоит из малошумящего усилителя;

повышающего преобразователя частоты, осуществляющего перенос в Ка-диапазон.

После переноса в Ка-диапазон сигналы поступают на усилитель мощности или ЛБВ и передаются в направлении на ШС. Прямая линия связи дуальна по отношению к обратной линии связи. Сигналы Ка-диапазона будут приниматься от ШС, их частота будет понижаться, они будут фильтроваться, усиливаться и подводиться к антенне Lдиапазона. Каждый канал передачи будет снабжен усилителем мощности с двумя уровнями выходной мощности (17,5 Вт или 35 Вт), работающим в режиме насыщения (для увеличения КПД).

Платформа космического аппарата будет создаваться на основе ИСЗ FLTSATCOM, обеспечивающего связь между морскими объектами ВМС США. Зеркало антенны Lдиапазона будет иметь диаметр 2,5 м, зеркало антенны S-диапазона — 1,6 м. Две антенны Ка-диапазона будут устанавливаться на поворачивающихся подвесах, закрепленных на панели ИСЗ, обращенной к земле.

Так как спутники системы «Одиссей» будут находиться на орбитах средней высоты (МЕО), то они будут подвергаться воздействию свободных электронов и протонов пояса Ван-Аллена.

Однако исследования, проведенные компанией TRW, показали, что спутники могут выдерживать солнечную радиацию более 10 лет. При этом будет происходить некоторое ухудшение параметров солнечных батарей; электронное оборудование будет подвергаться значительно меньшей радиации, чем на спутниках с геостационарными орбитами. Для защиты наиболее чувствительных к радиации электронных систем на ИСЗ FLTSATCOM должно применяться экранирование.

В наземном сегменте системы «Одиссей» планируется использовать порядка ШС, по две ШС на каждый из 9 регионов. Для непрерывного обслуживания территории США в системе «Одиссей» планируется предусмотреть две ШС; одна на восточном и одна на западном побережье. Каждая из ШС будет иметь четыре антенны диаметром 3 м, разнесенными на расстояние 30 км друг от друга. Три из них будут одновременно обеспечивать связь с несколькими спутниками. Четвертая будет работать с восходящим спутником, что обеспечит непрерывную связь при смене спутников. Ее можно использовать и для обхода дождя, который обычно выпадает на площади с диаметром меньше 30 км.

Портативные ЗС должны быть простыми и дешевыми и иметь пользовательский интерфейс, аналогичный носимым терминалам сотовых сетей. Оконечная аппаратура должна содержать блок, который обеспечивает сопряжение с ССС «Одиссей» и сотовыми сетями европейского стандарта GSM и американскими стандартами ADS и AMPS.

Спутниковая связь реализуется между абонентами, находящимися в зоне обслуживания одного ИСЗ. В случае необходимости установления связи между абонентами, находящимися в зонах обслуживания различных ИСЗ, используется наземная волоконно-оптическая линия связи между фиксированными ШС, закрепленными за данными зонами обслуживания.

В системе «Одиссей» предполагается использовать ШПС, аналогично ССС «Глобалстар». Радиолиния «Земля-Космос» системы связи «Одиссей» работает в Lдиапазоне на частотах от 1610 до 1625,5 МГц, а радиолиния «Космос-Земля» — в Sдиапазоне на частотах от 2483,5 до 2500 МГц. Каждому парциальному лучу диаграммы направленности антенны (каждой ячейке зоны обслуживания) ставится в соответствие пара частотных поддиапазонов, каждый из которых занимает одну третью часть полосы частот (4,83 МГц), выделяемой для линии «Земля-Космос» и «Космос-Земля»

соответственно, причем ШПС занимает весь поддиапазон. С целью снижения внутрисистемных помех в соседней ячейке используется другая пара частотных поддиапазонов. На спутниках предполагается установить 19-лучевую антенну с шириной парциального луча 5 градусов. Такое построение позволяет обеспечить примерно 6-кратное повторное использование частотного спектра.

Связь между ШС и ИСЗ осуществляется в Ка-диапазоне. При этом для каждой ячейки резервируется один поддиапазон для радиолинии «ИСЗ-ШС» и один для радиолинии «ШС-ИСЗ». Возможно также применение частотного мультиплексирования в радиолинии перед переносом сигналов из L- в Ка-диапазон и демультиплексирование во второй радиолинии перед переносом сигналов из Ка- в S-диапазон.

Принятые во всех 19 лучах ФМ ШПС мультиплексируются и передаются к ШС на частоте около 20 ГГц. Этот сигнал с учетом защитных интервалов занимает полосу 104 МГц. Соответствующий сигнал от ШС на несущей около 30 ГГц демультиплексируется и переносится в S-диапазон.

Пропускная способность канала в одном парциальном луче определяется уровнем теплового шума и взаимокорреляционными помехами ШПС. Для 19-лучевой антенны пропускная способность составляет 2300 телефонных каналов, а с учетом того, что каждый регион обслуживается не менее, чем двумя спутниками-ретрансляторами, пропускная способность в регионе может составлять порядка 4600 телефонных каналов.

При вызове требуемого абонента вначале делается попытка использовать ресурсы сотовых сетей, а в случае неудачи — ресурсы системы «Одиссей». Аппаратура вызова соединяется кабельными линиями с ШС. Для каждого парциального луча на спутнике предусмотрен канал вызова. Абонент будет поставлен на обслуживание в тот парциальный луч, который обеспечит соответствующий уровень сигнала на ШС. При этом абоненту будет предписано использовать частоту соответствующего поддиапазона.

В большинстве случаев в течение вызова абонент будет оставаться в одной и той же ячейке, хотя нельзя исключать и возможность перехода абонента из одной зоны в другую. Этому есть 2 причины. Во-первых, ячейки имеют достаточно большие размеры (диаметр около 800 км), во-вторых, положение ячеек на поверхности Земли остается относительно постоянным. Соответствующие управляющие команды по переводу абонента из одной зоны в другую и изменению частот и кодов выдаются соответствующей ШС.

Предварительные исследования, проведенные компанией ТRW (США), показывают, что полные затраты на реализацию системы «Одиссей» не менее, чем в три раза меньше, чем затраты на реализацию систем «Иридиум» или «Глобалстар».

В числе существенных достоинств системы «Одиссей» необходимо также отметить:

– возможность управления диаграммой направленности антенны СР при изменении района обслуживания;

– возможность наблюдения ИСЗ под углами места не менее 30 град., что позволяет исключить влияние помех от наземных систем и устранить блокирование сигналов за счет неровностей рельефа и строений.

4. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ

СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ

ОБЪЕКТАМИ

4.1. Анализ состояния и тенденций развития геостационарных систем спутниковой связи В процессе своего развития геостационарные ССС ПО прошли несколько этапов, которые можно проследить на основе анализа особенностей развития системы «Инмарсат».

На начальном этапе развития системы «Инмарсат» необходимо было проверить принципиальную возможность спутниковой связи с подвижными объектами в глобальном масштабе, определить требования к космическому и земному сегментам системы. Данный этап был успешно реализован на основе использования первого поколения ИСЗ «Инмарсат» и разработки «Стандарта-А». В системе «Инмарсат-А» используются аналоговые и цифровые методы передачи информации и достаточно громоздкие станции (СС) весом до ста килограмм.

После накопления определенного опыта эксплуатации ССС ПО и появления качественной цифровой элементной базы на втором этапе развития в системе «Инмарсат»

был разработан «Стандарт-В», в соответствии с которым был осуществлен переход к цифровым методам передачи информации, оптимизация использования энергетического и частотного ресурсов СР, что позволило снизить тарифы и вес СС (ЗС).

Большой интерес и рост спроса на услуги подвижной спутниковой связи потребовал решения такой проблемы, как переход от мобильных ЗС к портативным (носимым и ручным) ЗС. В попытках решения вышеуказанной проблемы в системе «Инмарсат»

были разработаны такие стандарты как «С», «М», «АЭРО».

В системе «Инмарсат-С» снижение массогабаритных характеристик ЗС (массы до 5…7 кг и габаритов до 302015 см) достигается путем уменьшения полосы канала связи до 5 кГц, ограничения предоставляемых услуг связи передачей цифровых и телеграфных сообщений.

В системах «Инмарсат-М» и «Инмарсат-АЭРО» при необходимости предоставления таких услуг связи, как телефония, факсимильная связь и передача данных, для снижения массогабаритных характеристик (массы до 9,5…22 кг и габаритов до 453518 см), наряду со специальными методами обработки (вокодерной), позволяющими уменьшить ширину частотного канала до 10 кГц, существенно увеличен энергетический потенциал СР за счет повышения мощности передатчика и использования многолучевой антенны СР, что реализовано во втором и третьем поколениях ИСЗ системы «Инмарсат».

Дальнейшее развитие системы «Инмарсат», направленное на реализацию глобальной персональной радиосвязи с использованием портативного (ручного) терминала, выполняющего функции ЗС, связано с разработкой «Стандарта-P», в котором с целью достижения энергетического потенциала радиолиний, необходимого для обеспечения качественной телефонной связи, планируется при реализации космического сегмента переход от геостационарных к низкоорбитальным ИСЗ /5/.

Возможность организации глобальной персональной спутниковой связи с использованием геостационарных ИСЗ и «ручных» терминалов исследуется в гипотетическом проекте «Гарбон», разработанном фирмами Моторола и LMSC (США) /3/.

Выполненные исследования показали, что для выполнения проекта «Гарбон» требуется создание уникального космического сегмента, обладающего антенной с большими габаритами (порядка 33 м) и большим количеством лучей (порядка 800), мощной энергоустановкой (порядка 10 кВт), высокой надежностью бортовой аппаратуры и других подсистем ИСЗ, большим сроком службы (до 10 лет).

Кроме того, с целью обеспечения непрерывности обслуживания абонентов, в системе «Гарбон» предполагается использовать, наряду с тремя рабочими ИСЗ, три резервных ИСЗ. При этом коэффициент избыточности используемых ИСЗ равен 2.

Реализация системы «Гарбон» в ближайшее время не планируется в связи с отсутствием необходимых для создания требуемого космического сегмента технологий, а также большой стоимостью проекта и большим риском в успешности его осуществления.

Для проведения детального сопоставления геостационарных ССС ПО и выявления тенденций их развития можно воспользоваться таблицами 4.1–4.4, в которых систематизированы тактико-технические характеристики космического и земного сегментов, а также эксплуатационные и экономические характеристики систем.

4.2. Анализ состояния и тенденций развития низкоорбитальных систем спутниковой связи В ССС ПО после этапа интенсивного использования геостационарной орбиты наступила эра широкого использования круговых и эллиптических орбит с различным количеством ИСЗ в созвездии конкретных ССС. Перечень основных достоинств низкоорбитальных ССС ПО по сравнению с геостационарными ССС ПО сформулирован в подразделе 1.5.4.

Для решения проблем индивидуализации и глобализации при предоставлении услуг связи низкоорбитальные ССС ПО превосходят геостационарные ССС ПО по экономическим показателям, глобальности и непрерывности связи, что обеспечивает широкий интерес к ним и реализацию целого ряда проектов. Из упомянутых в подразделе 1.5.4 трех возможных классов низкоорбитальных ССС ПО следует отметить, что – системы зоновой связи не получили широкого распространения, поскольку они по совокупности технико-экономических характеристик уступают геостационарным ССС ПО ;

– низкоорбитальные ССС ПО типа электронной почты обеспечивают более высокие экономические показатели, чем геостационарные ССС ПО, в случае использования их в качестве международных систем. Примером подобной системы является проект системы «Гонец»;

– системы глобальной персональной связи представляют большой интерес в качестве автономных систем и как дополнение наземных сотовых сетей и, кроме того, являются монополистами при предоставлении услуг подвижной связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи.

Наиболее просты в реализации и не требуют больших затрат ССС ПО типа электронной почты, однако они представляют ограниченный спектр услуг связи : передачу данных, что представляет больший интерес для абонентов фиксированной связи, чем для абонентов подвижной связи.

Из числа проектов низкоорбитальных ССС ПО, обеспечивающих глобальную персональную связь, наиболее близки к завершению система «Иридиум», система «Глобалстар» и система «Инмарсат-Р» /10/.

Система «Иридиум» задумана как автономная система глобальной персональной связи, и поэтому ориентирована на использование межспутниковых каналов связи для маршрутизации сообщений, что делает ее дорогой.

Системы «Глобалстар» и «Инмарсат-Р» создаются как дополнение к наземным телефонным сетям общего пользования и сотовым сетям, что позволило отказаться от использования в них межспутниковых каналов связи и осуществить переход к маршрутизации сообщений связи через наземные шлюзовые станции. Такой подход обеспечивает существенное улучшение экономических показателей подвижной спутниковой связи.

Дальнейшие усилия в развитии низкоорбитальных ССС ПО были направлены на создание таких проектов, в которых затраты абонентов находятся на уровне затрат абонентов наземных сотовых сетей. В качестве примеров таких проектов можно отметить систему «Одиссей» и систему «Полярная звезда». Отличительными особенностями упомянутых проектов является переход к более высоким орбитам (круговой и эллиптической), что позволяет существенно уменьшить необходимое для системы количество ИСЗ и снизить стоимость космического сегмента и системы в целом. Однако в данном случае улучшение экономических показателей достигается путем интеграции спутниковой сети с наземными сетями общего пользования для обеспечения глобальной персональной связи в различных географических регионах земного шара /18/.

Для проведения детального сопоставления низкоорбитальных ССС ПО и выявления тенденций их развития можно воспользоваться таблицами 4.5–4.8, в которых систематизированы тактико-технические характеристики космического и земного сегментов, а также эксплуатационные и экономические характеристики систем.

В настоящее время все перечисленные выше низкоорбитальные ССС ПО находятся в стадии реализации, между их владельцами идет конкурентная борьба за регионы, страны, представляющие рынки сбыта услуг связи, и конкретных абонентов, что в конечном счете окажет существенное влияние на технические, эксплуатационные и экономические показатели ССС ПО и даже на сам факт существования тех или иных систем.

В качестве возможных тенденций развития низкоорбитальных ССС ПО после ввода в эксплуатацию вышеперечисленных проектов можно ожидать:

– разработку и массовое использование абонентских терминалов двойного назначения (спутниковая и сотовая связь) с доступными широким слоям потенциальных пользователей ценами и соответствующими экологическими нормами;

– расширение используемого ССС ПО частотного ресурса за счет освоения частотных полос в диапазонах 1,9; 2,5 и 3 ГГц, с целью увеличения пропускной способности;

– интеграцию на сетевом уровне и стандартизацию технических решений подвижной спутниковой и наземной сотовой связи, с целью создания единой сети подвижной связи.

Характеристики космического сегмента геостационарных систем спутниковой связи Название ССС ПО Характеристики Количество ИСЗ в созвездии Частотный ресурс системы, МГц Пропускная способность системы Вид доступа МДЧР/МДВР МДЧР/МДВР МДЧР/МДВР МДЧР/МДВР МДЧР/МДВР ретрансляция ретрансляция ретрансляция ретрансляция борту работки Добротность СР, дБ/К Скорость передачи:

Характеристики земного сегмента геостационарных систем спутниковой связи Название ССС ПО Характеристики Частотный диапа- L(1,5/1,6) L(1,5/1,6) L(1,5/1,6) L(1,5/1,6) L(1,5/1,6) зон Частотный ресурс системы, МГц Полоса пропускания канала, кГц Добротность АТ, дБ/К Тип и размеры ан- зеркало, зеркало, спираль вы- ФАР тенны Питание АТ сеть ~220 В сеть ~220 В сеть ~220 В сеть ~220-260 В сеть ~220 В Количество береговых станций Скорость передачи:

– данные, Кбит/с 9,6; Потребляемая АТ мощность, Вт – при приеме Эксплуатационные характеристики геостационарных систем спутниковой связи Название ССС ПО Характеристики Качество обслуживания:

– зона обслужи- ±75° с./ю. ш. ±75° с./ю. ш. ±75° с./ю. ш. ±75° с./ю. ш. ±75° с./ю. ш.

вания – максим. продол- постоянно постоянно несколько несколько за в услугах связи Срок службы ИСЗ, год Коэффициент избыточности используемых ИСЗ Ожидаемое количество обслуживаемых абонентов, млн.

темы в эксплуатацию Виды услуг:

зов, – определение местоположения абонентов Экономические характеристики геостационарных систем спутниковой связи Характеристики Стоимость системы, млн. дол.

дол.

Годовые эксплуатационные расходы, млн. дол.

Стоимость запуска ИСЗ, млн. дол.

Уровень страхования, % Стоимость одного ИСЗ, млн. дол.

Характеристики космического сегмента низкоорбитальных систем спутниковой связи Название ССС ПО Характеристики Частотный диапа- 0,3/0,4 L(1,6) Частотный ресурс системы, МГц Пропускная спо- Кбит/с 56000 тел. 65000 тел. 45000 тел. 46000 тел. 1000 тел.

собность системы 2 к. – 4,8 каналов каналов каналов каналов каналов

МДВР МДВР

Особенности бор- демод., демод., прямая с коммут. прямая прямая товой обработки запомин. запомин. ретрансл. на борту ретрансл. ретрансл.

ЭИИМ СР, дБ·Вт Добротность СР, дБ/К Тип и размеры антенны Скорость передачи:

Характеристики земного сегмента низкоорбитальных систем спутниковой связи Название ССС ПО Характеристики Частотный ресурс системы, МГц Полоса пропускания канала, кГц дБ/К Габариты, смсмсм Количество шлюзовых станций Скорость передачи:

– данные, Кбит/с Потребляемая АТ мощность, Вт – при передаче – при приеме Экономические характеристики низкоорбитальных систем спутниковой связи Название ССС ПО Характеристики Качество обслуживания:

– задержка, мс 170320 170320 170320 200400 – зона обслужи- ±90° с./ю. ±90° с./ю. ±72° с./ю. ±90° с./ю. –65° с. ш. +60+90° – максим. продолжительность отка- 16 мин. в Срок службы ИСЗ, год Коэффициент избыточности используемых ИСЗ Ожидаемое количество обслуживаемых абонентов, млн.

цию Виды услуг:

зов, – определение местоположения абонентов Экономические характеристики низкоорбитальных систем спутниковой связи Название ССС ПО Характеристики мы, млн. дол.

дол.

Годовые эксплуатационные расходы, млн. дол.

ИСЗ, млн. дол.

ния, % ИСЗ, млн. дол.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бородич С.В. ЭМС наземных и космических радиослужб. М.: Радио и связь, 1990.

2. Спутниковая связь и вещание: Справочник.2 изд., перераб. и доп. Под ред. Л.Я.

Кантора. М.: Радио и связь, 1988.

3. Спутниковые системы связи и компьютерные сети: том 28 издания «Технологии электронных коммутаций». Под ред. Виноградова Б.Н., Дрожжинова В.И., М., 4. Беллами Дж. Цифровая телефония. М.: Радио и связь, 1986.

5. Спутниковые системы связи: том 49 издания «Технологии электронных коммутаций». Под ред. Смирнова А.А., Денисова Ю.В., М., 1994.

6. Жилин В.А. Международная спутниковая система морской связи ИНМАРСАТ:

Справочник. Л.: Судостроение, 1988.

7. Мордухович Л.Г., Степанов А.П.. Системы радиосвязи. Уч. пособие для вузов. М.:

Радио и связь, 1997.

8. Бородич С.В. Эффективность частотного и кодового разделения в системах спутниковой связи. Электросвязь, № 8, 1994.

9. Банкет В.Л., Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. М.: Радио и связь, 1988.

10. Во В.В., Миллер Е.Ф. Системы спутниковой связи с подвижными объектами. Экспресс-информация. Серия «Радиотехника и связь», № 10, 1996.

11. Спилкер Д.Д. Цифровая спутниковая связь. Связь, М., 1979.

12. Кантор Л.Я., Поволоцкий И.С. Системы персональной подвижной связи через низкоорбитальные ИСЗ. Вестник связи, № 11, 1994.

13. Бобровский Д.Г. Низкоорбитальные спутниковые системы связи. Сети, № 4, 1992.

14. Евсиков М.И. Грядущая революция в спутниковой связи. Компьютер-пресс., № 9,10, 1996.

15. Смирнов Н.И., Иванчук Н.А., Горгадзе С.Ф. Достоинства низкоорбитальных спутниковых систем передачи информации с синхронным кодовым разделением каналов типа «Глобалстар». Электросвязь, № 2, 1997.

16. Матвеенко И.П. «Полярная звезда» — национальная система подвижной спутниковой связи. Вестник связи, № 3, 1997.

17. Рош Р.Д. Принципы построения спутниковой системы персональной связи «Одиссей». Экспресс-информация. Серия «Передача информации», № 5, 1994.

18. Коньков А.М. Перспективы развития низкоорбитальных систем спутниковой связи. Вестник связи, № 1, 1994.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С

ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

1.1.КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

1.2. СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С

ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

1.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ

1.4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ СПУТНИКОВЫХ РЕТРАНСЛЯТОРОВ

1.5. СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

ИСЗ С РАЗЛИЧНОЙ ВЫСОТОЙ ОРБИТЫ

2.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ «ИНМАРСАТ»

3. НИЗКООРБИТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

3.1. МНОГОСПУТНИКОВАЯ НИЗКООРБИТАЛЬНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ «ГОНЕЦ»

3.2. ГЛОБАЛЬНАЯ СИСТЕМА СПУТНИКОВОЙ ПЕРСОНАЛЬНОЙ СВЯЗИ «ИРИДИУМ»

3.4. СИСТЕМА ПОДВИЖНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ «ПОЛЯРНАЯ ЗВЕЗДА»

4. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ

СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

4.1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СИСТЕМ

СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

4.2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ СИСТЕМ

СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Офсетная печать. Усл. п. л. – 6.0. Уч.-изд. л. – 5.4.

Издательство Таганрогского государственного радиотехнического университета Типография Таганрогского государственного радиотехнического университета