Рис. 4.24. Упрощенная схема связи на основе GPRS

Дальнейшим развитием систем сотовой подвижной связи осуществляется в рамках проекта создания ССПС третьего поколения. В Европе работы по созданию ССПС третьего поколения, получившей название универсальная система подвижной связи (UMTS – Universal Mobile Telecommunication System), проводятся по исследовательской программе RACE. Концепция создания UMTS предусматривает объединение функциональных возможностей существующих цифровых систем связи в единую систему с предоставлением стандартизированных услуг подвижной связи (сотовой, беспроводной, персонального вызова и пр.).

4.10.6. Спутниковые системы связи

23 апреля 1965 г. был запущен на высокую эллиптическую орбиту первый отечественный спутник связи «Молния-1», который ознаменовал становление в нашей стране спутниковой радиосвязи. Почти одновременно в США был запущен на геостационарную орбиту первый спутник коммерческой связи Intelsat-1.

Таким образом, была реализована заманчивая идея резкого увеличения дальности радиосвязи благодаря размещению ретранслятора высоко над поверхностью Земли, что позволило обеспечить одновременную радиовидимость расположенных в разных точках обширной территории радиостанций. Преимуществами систем спутниковой связи являются большая пропускная способность, глобальность действия и высокое качество связи.

В этих системах сигнал с земной станции посылается на спутник, содержащий приемопередающую аппаратуру, там усиливается, обрабатыва-

194

ется и посылается обратно на Землю, обеспечивая связь на большие расстояния и перекрывая большие площади. Существует множество разнообразных спутниковых систем как коммерческого, так и специального назначения.

Для построения спутниковых систем связи используются искусственные спутники Земли (ИСЗ), которые движутся по эллиптическим или круговым орбитам, согласно законам, которые сформулированы Кеплером еще в начале XVII в. Спутники находятся на разных высотах и разных типах орбит (рис. 4.25): на высокой эллиптической орбите (порядка 40 тыс. км), геостационарной орбите ( 36 тыс. км), средневысотной (5-15 тыс. км) и низковысотной (500-2000 км) орбите. Такой выбор орбит не прихоть разработчиков – он продиктован расположением в околоземном пространстве так называемых зон Ван Аллена – поясов заряженных частиц, удерживаемых магнитным полем Земли. Оборудование ИСЗ, расположенных вне указанных орбит, будет подвергаться сильной «бомбардировке» частицами и быстро выйдет из строя. Каждый тип систем имеет свои преимущества и недостатки.

Рис. 4.25. Виды орбит искусственных спутников земли

Для систем связи с высокой эллиптической орбитой характерна определенная периодичность радиосеансов. Движение ИСЗ в области апогея замедляется, при этом длительность радиовидимости составляет 6...8 ч. Преимуществом данного типа ИСЗ является большой размер зоны обслуживания при охвате большей части северного полушария. Недостатком высокой эллиптической орбиты является необходимость слежения антенн за медленно дрейфующим спутником и их переориентирования с заходящего спутника на восходящий.

У спутников с низко- и средневысотной круговой орбитой плоскость орбиты наклонена к плоскости экватора (полярные и квазиполярные орбиты). При этом один средневысотный спутник способен охватить связью до 25 % поверхности Земли, а для построения глобальной системы связи требуется около 10 таких ИСЗ. Зона покрытия низкоорбитального спутника

195

значительно меньше – 3-7 %, и глобальная система должна содержать уже порядка 50 ИСЗ. Запуск легкого ИСЗ на низкую орбиту может быть осуществлен с помощью недорогих пусковых установок. Однако скорость перемещения ИСЗ относительно поверхности Земли достаточно велика, в результате длительность сеанса от восхода спутника до его захода не превышает несколько десятков минут.

Особый интерес представляет круговая орбита, называемая геостационарной. Она расположена в плоскости экватора Земли. При расстоянии до орбиты порядка 36000 км и движении спутника в сторону вращения Земли спутник будет неподвижным относительно земного наблюдателя. Достоинствами такой орбиты являются: зона обслуживания составляет около трети земной поверхности (трех спутников достаточно для почти глобальной связи), антенны земных станций практически не требуют систем слежения. Недостатками геостационарной орбиты является ее уникальность и невозможность обеспечения связи для высокоширотных областей Земли – в северных широтах спутник виден под малыми углами к горизонту и вовсе не виден в приполярных областях. Кроме того, из-за большой удаленности спутников от Земли передаваемый сигнал сильно ослабляется и возникает довольно большая задержка при распространении – 0,24 с, что становится заметным даже при обычном телефонном разговоре.

Геостационарная орбита является основной для приема сигналов на индивидуальные устройства. Ввиду уникальности орбиты она распределена между государствами. Россия обладает несколькими участками орбиты, на которых расположены спутники типа Горизонт, Галс и пр.

Взависимости от назначения системы и типа земных станций разли-

чаются следующие службы спутниковой связи:

–фиксированная спутниковая служба для связи между станциями, расположенными в определенных фиксированных пунктах, а также распределения телевизионных программ;

–подвижная спутниковая служба для связи между подвижными станциями, размещаемыми на транспортных средствах (самолетах, морских судах, автомобилях и пр.);

–радиовещательная спутниковая служба для непосредственной передачи радио- и телевизионных программ на терминалы, находящиеся у абонентов.

Любая система спутниковой связи состоит из трех основных элементов: космического сегмента (спутники, вращающиеся на орбитах вокруг Земли), наземных станций (служат для управления полетом спутников и передачи сигналов со спутников в наземные сети связи и обратно) и абонентских терминалов. Порядок работы спутниковых систем сходен с сотовыми, где функции центральных коммутаторов выполняют наземные станции, а роль базовых станций играют спутники.

Всилу международного характера работы транспорта для его управления создаются международные системы глобальной спутниковой связи, например, система морской спутниковой связи Inmarsat, которая введена в

196

действие в 1982 г. В настоящее время системой Inmarsat пользуется около 15 тыс. судов. В рамках организации Inmarsat решается проблема создания системы авиационной спутниковой связи.

Примерами систем на низких орбитах могут служить международ-

ный проект Iridium, (возглавляемый фирмой Motorola) и Globalstar [5].

Inmarsat. Созданная в 1979 г. с целью удовлетворения потребностей в спутниковой связи на морских судах и безопасности мореплавания система Инмарсат в настоящее время управляет глобальной спутниковой группировкой, находящейся на геостационарной орбите, и обеспечивает связь на широтах до 70 °. Инмарсат используется независимыми сервис-провай- дерами для предоставления пользователям услуг связи: голосовой, факсимильной, телексной и скоростной передачи данных. Продолжая развивать и совершенствовать связь на море, Инмарсат расширил сферу своего влияния на наземный, автомобильный и авиационный рынки.

Спутниковая система Инмарсат включает четыре основные части:

–космический сегмент: действующие и запасные геостационарные спутники с ретрансляторами, расположенные над Атлантическим, Индийским и Тихим океанами;

–сеть земных станций – (Land Earth Station – LES);

–земные абонентские подвижные станции, или терминалы (Mobile Earth Station – MES);

–средства управления системой: – Центр эксплуатации сети

(Network Operation Centre – NOC) и Центр управления спутниками (Satellite Control Centre – SCC).

Спутники, Центр эксплуатации сети и Центр управления спутниками принадлежат Организации Инмарсат; земные станции – членам Организации Инмарсат; владельцами подвижных станций (терминалов) могут быть любые юридические или физические лица. Система продолжает развиваться и является лидером среди персональных систем спутниковой связи в области высокоскоростной передачи данных.

За время своего существования система сильно изменилась. Со времени своего первого коммерческого запуска в 1982 г. было разработан ряд систем для различного назначения (табл. 4.3). Следует отметить, что за все время своего существования Inmarsat всегда оставалась стабильно действующей системой мобильной связи. В настоящее время в ней работают более 150 тыс. абонентских станций различных типов, из которых около 10 тыс. – российские, что вполне закономерно – Россия участвовала в создании Inmarsat изначально.

Система Iridium – это беспроводная телефонная сеть мобильной персональной связи, работающая на низкоорбитальных спутниках. Система разработана для предоставления набора стандартных телефонных услуг – голосовая связь, передача факсимильных сообщений и компьютерных данных. По сравнению с другими спутниковыми сетями, зона обслуживания Иридиум обеспечивает 100 %-е покрытие планеты и не имеет «белых пятен».

197

198

Спутники этой системы находятся на высоте 780 км над поверхностью Земли, что в 46 раз ближе, чем геостационарные спутники. Высота орбиты в спутниковой сети Иридиум – самая маленькая среди других сетей спутниковой связи. Малое расстояние до спутников позволило уменьшить размеры самих спутниковых телефонов, сделав их в свое время самыми маленькими спутниковыми телефонами в мире. Концепцию системы Iridium предложили инженеры компании Motorola - Рэй Леопольд, Кен Петерсон и Бэри Бертайгер. Исследования и разработки начались в 1987 г. Начав оказание услуг с 1 ноября 1998 г., компания Iridium LLC (основанная в 1991 и инвестировавшая в проект около 7 млрд дол) объявила 17 марта 2000 г. о прекращении обслуживания абонентов. Однако 22 ноября 2000 г. вновь образованная компания Iridium Satellite LLC, подписав контракт на обслуживание с Министерством Обороны США, приступила к переводу активов и передаче управления группировкой компании Boeing. Коммерческая эксплуатация системы возобновилась 28 марта 2001 г.

Долгое время, после возобновления коммерческой эксплуатации системы, Iridium Satellite LLC ограничивалась работой на американском рынке, но с недавних пор вышла за его пределы. После четырехлетнего перерыва в Россию вновь возвращается сеть глобальной спутниковой связи Iridium.

Космический сегмент Иридиум базируется на 66 легких (масса 689 кг) ИСЗ, равномерно размещенных на 6 полярных орбитах (по 11 ИСЗ на каждой орбите) высотой 780 км, плоскости которых разнесены на 30 ° , но совпадают по фазам движения. Каждый ИСЗ связан с четырьмя соседними, т.е. в сети реализован механизм межспутниковых связей, который используется для передачи сигнала с одного спутника на другой без необходимости ретрансляции этого сигнала на Землю. Межспутниковые связи Иридиум теоретически позволяют этой сети функционировать при наличии всего лишь одной наземной станции связи, на которую будут поступать все абонентские звонки.

Наземный сегмент Иридиум представлен сетевой координирующей станцией и станциями сопряжения. Координирующая станция управляет всей сетью Иридиум и осуществляет ее непрерывный мониторинг. Станции сопряжения служат шлюзами между спутниковым сегментом и наземными телефонными сетями и сетями передачи данных. Через станции сопряжения проходят все звонки со спутниковых телефонов Иридиум на наземные сети общего пользования. Помимо этого, на станции сопряжения присутствует и поддерживается база данных абонентов, на этой же станции формируется биллинговая информация для выставления счетов абонентам за услуги спутниковой связи.

Пользовательский сегмент Иридиум – это спутниковые телефоны и спутниковые пейджеры, посредством которых абонент получает доступ в сеть Иридиум и пользуется ее услугами. Спутниковые телефоны Иридиум внешне выглядят как обычные сотовые «трубки» и работают в двух режимах – спутниковом и сотовом GSM. При нахождении абонента в зоне обслуживания системы сотовой связи он обслуживается данной системой. Ко-

199

гда абонент покидает зону обслуживания системы сотовой связи, автоматически происходит его переключение на обслуживание системой СС Iridium. Спутниковые пейджеры способны принимать сообщения, находясь в любой точке планеты.

Globalstar. Еще одна система на основе низкоорбитальных ИСЗ, разработанная рядом компаний во главе с американской промышленной группой Loral и предназначенная для предоставления услуг связи на территории земного шара между 70 ° с. ш. и 70 ° ю. ш.

Рис. 4.26. Схема работы спутниковой сети ГлобалТел

Космический сегмент системы представляет собой группу из 48 спутников, размещенных на 8 круговых орбитах на высоте 1414 км над поверхностью Земли. В системе предусмотрены услуги телефонной и факсимильной связи, передачи данных, определение местоположения и др. Абонентское оборудование состоит из портативных, мобильных и стационарных терминальных устройств, включая специализированные таксофоны. Портативные устройства выпускаются в нескольких модификациях, способных работать как в системе Globalstar, так и в сетях наземной сотовой связи стандартов GSM, AMPS, CDMA. В России система Globalstar предоставляет услуги связи (через свою дочернюю компанию «ГлобалТел») с мая

2000 г.

200