Построение спутниковых систем связи

Связь регламентирована так, что после определения свободных частот вызов всегда направляется в адрес базовой станции сотовой сети. В случае невозможности соединения с базовой станцией (вызов блокирован или все частоты заняты) терминал автоматически передает запрос на спутник системы Odyssey.

Передача речи осуществляется со скоростью 4,2 кбит/с; вероятность ошибки в речевом канале — не более 103. Кроме речевой связи терминал Odyssey предоставляет возможность приема сообщений персонального радиовызова (пейджинг) с буквенно-цифровой индикацией, обеспечивает режим электронной почты, а также определение местоположения абонента. Скорость передачи данных составляет 2,4—64 кбит/с; вероятность ошибки на бит — не более 105. Для коррекции ошибок применяется сверточное кодирование (R = 1/2, К = 7).

Определение координат производится по собственным сигналам системы Odyssey. В связи с относительно большим (для средневысотной орбитальной группировки) числом спутников в любой точке обслуживаемой территории можно наблюдать «созвездие» из двух или трех спутников, находящихся под большими углами видимости. Это делает возможным установление местоположения объекта только по сигналам КА Odyssey. Погрешность определения местоположения — не более 15 км.

В системе не предусмотрены межспутниковые связи. Весь график данного региона передается через узловые станции приведено в таблице 4 (см. Приложение Б), которые связаны между собой многоканальными линиями связи. В задачи узловой связи входят не только прием/передача регионального графика, но и обеспечение сопряжения с телефонной сетью общего пользования, управление межлучевой коммутацией, прием и обработка телеметрии с борта спутника.

Также, в системе Odyssey при подключении мобильных пользователей к телефонной сети общего пользования задержка сигнала, которая складывается из задержки спутникового канала (84 мс) и задержки наземного тракта (20 мс), обеспечивает качественную передачу речевых сообщений.

Предусматривается построение в каждом из обслуживаемых регионов одной земной узловой станции; для глобального охвата территории Земли достаточно 7 станций. На каждой из них предполагается установить по четыре следящие параболические антенны диаметром около 7 м, три из которых будут использоваться для одновременной работы со спутниками, а четвертая — для передачи трафика от спутника к спутнику через станцию с учетом радиовидимости. Кроме того, эта антенна необходима для повышения надежности связи в случае неблагоприятных климатических условий.

Бортовые антенны спутника имеют узкую диаграмму направленности, а приемные устройства спутников — высокую чувствительность, поэтому в абонентских станциях можно применять передатчики с малой выходной мощностью. Планируется выпустить две модификации абонентских терминалов, различающиеся выходной мощностью передатчика (0,5 и 5 Вт). В конструкции терминала предполагается использовать антенну типа «четырехзаходная спираль» с коэффициентом усиления 2,5 дБ. Энергетический запас на линии связи составит 6—10 дБ.

2.1.3 Услуги системы Odyssey

Развертывание орбитальной группировки сети Odyssey производилось в 2 этапа. На первом этапе, услуги предоставляют только 6 КА. Они обеспечивают непрерывное обслуживание в основных регионах в течение 14 часов в сутки. На следующем этапе развернулась полномасштабная орбитальная группировка из 12 спутников. Были определены приоритетные зоны обслуживания: территория континентальной части США с прибрежными районами, Европа, Азия и акватория Тихого океана.

Пользователями системы будут частные лица и государственные структуры, нуждающиеся в непрерывной мобильной связи на значительных по площади территориях, а также население регионов с низким уровнем наземной инфраструктуры связи. В регионах, где отсутствуют альтернативные виды связи, использование каналов спутниковой связи позволяет расширить зоны действия сотовых сетей. Абонентам таких сетей предоставлена возможность глобального роуминга. Служба коротких сообщений предлагает услуги, аналогичные пейджинговым. Дополнительно предоставляются следующие услуги: определение местоположения клиента, голосовая почта, аварийные сообщения, перевод с одного языка на другой.

В 2005 г., после окончания развертывания системы ODYSSEY, число ее абонентов превысило 2 млн. На данный момент число пользователей составляет около 9 млн. человек. Цена одного абонентского терминала, составляет 350—1000 долларов, размер ежемесячной абонентской платы — 25 долларов, а стоимость минуты телефонной связи в спутниковом канале — 0,75 долларов. [5]

2.2 Международная система IСО

2.2.1 Частотное обеспечение

Система ICO использует для связи L- и С-диапазоны частот, поддерживая цифровую обработку сигнала на борту спутника. В качестве базовой технологии определен метод многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA).

При определении оптимальных полос частот для абонентских линий связи были рассмотрены несколько вариантов. Принимались во внимание следующие соображения. Диапазон 1,5/1,6 ГГц, широко используемый для подвижных спутниковых служб (ПСС), очевидно, окажется чрезмерно перегруженным, что сильно ограничит потенциал служб ICO. Диапазон 1,6/2,4 ГГц, выделенный службе ПСС на Всемирной административной конференции по радиосвязи (WARC-92), чреват серьезными проблемами координации с другими службами, которые применяют этот диапазон, например для фиксированной наземной связи; кроме того, США намерены использовать его для национальных систем.

Наконец, были выбраны следующие диапазоны: «терминал-спутник» — диапазон 1980— 2010 МГц, «спутник-терминал» — 2170-2200 МГц.

Для организации связи между КА и узловыми станциями предназначены фидерные линии. Для их работы Всемирная конференция по радиосвязи WRC-95 рекомендовала диапазон 5/7 ГГц («узловая станция—спутник» диапазон 5150-5250 МГц, «спутник—узловая станция» - 6975-7075 МГц).

2.2.2 Космический сегмент

Система ICO состоит из космического, наземного и пользовательского сегментов. Космический сегмент включает в себя 12 КА (10 рабочих и 2 резервных), запущенных на круговую орбиту высотой 10 355 км над поверхностью Земли. Стартовая масса спутника – 2750 кг, расчетный период эксплуатации – 12 лет. Спутники размешены в двух ортогональных плоскостях, по 6 КА в каждой. Угол наклона орбиты к плоскости экватора составит 45°.

Такая орбитальная группировка обеспечивает глобальный охват поверхности Земли, в том числе полярных районов. Вследствие перекрытия зон охвата в пределах видимости каждой точки зоны обслуживания одновременно находятся два – четыре КА. Один спутник обслуживать приблизительно 25% поверхности Земли. Первый спутник системы ICO был запущен в 1998 г.; ввод системы в эксплуатацию произведен в 2000 г.

Продолжительность обслуживания абонентов определяется следующими величинами:

временем пролета одного спутника над зоной обслуживания;

средним временем, затрачиваемым на переключение абонента с уходящего за горизонт КА на восходящий КА;

продолжительностью установления соединения, определяемого схемой организации связи. Средняя продолжительность обслуживания абонентов составит 50 мин; максимальное время пребывания одного КА в зоне радиовидимости может достигать 1,5-2 ч.

В системе ICO применены, главным образом, уже известные и проверенные технические решения. Для изготовления спутников используется спутниковая платформа HS-601 корпорации Hughes Space and Communications (США), применяющаяся для создания крупногабаритных спутников на геостационарной орбите. В конструкцию внесены изменения, в частности переработанная программа ориентации бортовых антенн и панелей солнечных батарей, установлена упрощенная двигательная установка.

Чтобы исключить взаимовлияние системой IСО при использовании 10 КА трактов приема и передачи, на КА применяются раздельные антенны для каждого диапазона частот. Антенна L-диапазона имеет диаметр 2 м. Использование многолучевой диаграммообразуюшей схемы обеспечивает многократное назначение частот. Согласно проекту, в системе ICO для приема/передачи служат 163 раздельных луча (запас по энергетике составит 8—10 дБ); зона обслуживания одного КА — примерно 7 тыс. км. Спутники с установленными на них ретрансляторами С- и S-диапазонов одновременно поддерживают 4500 телефонных каналов.

В системе ICO не предусмотрена бортовая обработка сигнала в полном объеме. Однако управление назначением частот и маршрутизация сигнала осуществляются с помощью бортового процессора.

Применение арсенид-галлиевых батарей обеспечивает в конце эксплуатации потребляемую мощность 8700 Вт. В предварительном списке ракетоносителей, которые произвели запуск спутников системы ICO, числятся Atlas IIA, Delta III, «Протон» и «Зенит» (для запуска с морских площадок).

2.2.3 Наземный сегмент и организация связи

В состав наземного сегмента входят центр управления спутниковой группировкой SCC (Satellite Control Centre), центр управления наземной сетью (Network Management Centre) и наземная сеть ICONET (ICO network) (Приложение 7) в соответствии с рисунком 2.5.

NMS, центр управления наземной сетью ICONET, размещен в Японии, а центр SCC — в Лондоне. В функции последнего входят поддержание орбитальной группировки в работоспособном состоянии, сбор телеметрических данных об отдельных подсистемах КА, контроль рабочих параметров и др. Службы SCC несут ответственность за запуск КА, управление и перераспределение частот между лучами КА.

Спутниковые каналы подключаются к существующим сетям связи через собственную сеть ICONET, которая на первом этапе внедрения состоит из 12 наземных станций — так называемых спутниковых узлов доступа SAN (Satellite Access Node). Узлы SAN служат «шлюзами» между спутниками ICO и абонентами наземных сетей общего пользования. Магистральные каналы с высокой пропускной способностью связывают узлы между собой.

Связь между абонентами (как и в существующей системе Inmarsat) организуется только через узлы SAN; непосредственная связь абонентов не поддерживается. Радиотелефонный терминал IСО работает в двух режимах — через КА системы IСО или наземные базовые станции сотовой связи — и совместим с ее основными стандартами. Для связи с подвижными объектами применяются специальные терминалы.

В спутниковой сети IСО в качестве базового используется портативный двухрежимный терминал, совмещенный с сотовым телефоном стандарта GSM (или CDMA, D-AMPS, РDС). Предполагается разработка однорежимного радиотелефонного терминала, работающего только через КА системы IСО. Основные характеристики базового терминала: масса — менее 750 г, объем — около 500 см, стоимость — 750—1500 долларов, отдельная батарея обеспечивает одночасовую передачу и 24-часовой режим дежурного приема.

Портативный радиотелефонный терминал IСО отвечает всем требованиям безопасности, связанным с работой в ВЧ-диапазоне. Средняя мощность передатчика не превышает 0,25 Вт (для сравнения: мощность сотовых радиотелефонов равна 0,25—0,6 Вт).

На основе технологии, используемой в базовом терминале, могут быть созданы различные модификации абонентских терминалов. Это, например, терминал только для передачи данных, терминалы в автомобильном, морском и воздушном исполнении, полустационарные («сельский таксофон») и стационарные, а также необслуживаемые (SCADA unit) терминалы. Компания IСО заключила соглашение на разработку 3 млн. портативных терминалов с тремя ведущими компаниями — Panasonic, NEC и Mitsubishi.

2.2.4 Российский сегмент сети IСО. Услуги системы IСО

Пользователям предоставлены следующие виды услуг: двусторонняя речевая связь, передача факсимильных сообщений группы 3, передача данных со скоростью 2,4 кбит/с. Качество речевой связи соответствует стандарту GSM для сотовых сетей. Предусмотрена пейджинговая связь с глубоким проникновением (т. е. с большим запасом по энергетике канала), а также дополнительные услуги — речевой вызов, связь с оплатой по кредитной карточке, отображение номера вызывающего абонента на встроенном в терминал индикаторе, определение местоположения абонента. При отсутствии КА в пределах прямой видимости имеется оповещение абонентов о вызове, о наличии сообщения электронной почты и отображение на дисплее номера вызывающего абонента.

Разработчики видят пять ключевых областей применения системы IСО: расширение спектра услуг для абонентов спутниковой связи в районах, уже охваченных сотовыми сетями; подвижная связь общего пользования через портативные радиотелефонные терминалы в районах, не охваченных сотовой связью или использующих несовместимые стандарты; специализированная подвижная связь для грузовых перевозок, а также обеспечение автомобильной, морской и воздушной связи; полуфиксированая связь для корпоративных пользователей нефте- и газодобывающей промышленности, малого бизнеса (склады, большие магазины и др.); связь для государственных структур.

Пропускная способность системы составляет 1 млн. абонентов при средней продолжительности разговоров 60 мин/мес. Для сравнения: по прогнозам специалистов, в системе Iridium при тех же условиях число пользователей равно 600—800 тыс., а в Globalstar — 1 млн.

Разработка и изготовление 12 КА оцениваются в 1,3 млрд. долларов, а их запуск обойдется в 900 млн. долларов. Согласно расчетам специалистов ICO, цена абонентской аппаратуры составит 750-1500 долларов, а стоимость минуты разговора около - 2 долл.

В последнее время российский рынок становится все более привлекательным для зарубежных поставщиков средств и услуг спутниковой связи. Персональная радиотелефонная связь позволяет абоненту связаться с любой точкой планеты в условиях сельской местности, в удаленных и труднодоступных районах, где реализация обычных наземных кабельных систем весьма проблематична.

В настоящее время известны два крупных проекта, включающих в себя создание российских сегментов систем персональной спутниковой связи, — это проекты Iridium и Globalstar. Вероятно, вскоре в России появится система IСО, интересы которой готово представлять ГП «Морсвязьспутник».

Во время своего последнего приезда в Москву г-н Лундберг, главный исполнительный директор ICO, сообщил, что компания намерена инвестировать около 400 млн. долларов в российскую часть проекта. ICO собирается предлагать на российском рынке три вида услуг: персональную связь для бизнесменов; обеспечение грузовых автомобильных и морских перевозок; персональную связь для средств массовой информации, министерств и других правительственных учреждений.