Некоторые сведения о псс

Спутниковые системы связи и передачи данных способны обеспечить необходимую быстроту развертывания и реконфигурации системы, надежность и качество связи, независимость тарифов от расстояния. По спутниковым каналам, обладающим высоким коэффициентом готовности, передаются практически любые виды информации. Сегодня ППС стали неотъемлемой составной частью мировых телекоммуникационных магистралей, связавших страны и континенты [1, 7].

Они успешно используются во многих странах мира и заняли свое достойное место во Взаимоувязанной сети связи России.

В России разрабатываются несколько проектов ППС («Ростелесат», «Сигнал», «Молния Зонд»). Российские предприятия участвуют в нескольких международных проектах персональной спутниковой связи («Iridium», «Globalstar», ICO и др.). В настоящее время прорабатываются конкретные условия применения ППС на территории Российской Федерации и их сопряжения с Взаимоувязанной сети связи России.

Сеть персональной cпутниковой cвязи (CПCC) включает в себя: космический сегмент (орбитальную группировку (ОГ), состоящую из нескольких спутников–ретрансляторов (СР)); наземный сегмент; пользовательский (абонентский) сегмент, осуществляющий связь при помощи абонентского спутникового терминала (АСТ); наземные сети связи, с которыми через интерфейс связи сопрягают шлюзовые станции (ШС) космической связи.

Технические вопросы, связанные с использованием частот и расположением СР на орбитах, обеспечивающих отсутствие взаимных помех друг другу, решаются в рамках МККР и МКРЧ.

В состав любого связного космического аппарата (КА) входят радиоэлектронное оборудование бортового радиотрансляционного комплекса; центральный процессор; антенные системы; система ориентации и стабилизации и т. п. СР ОГ, как правило, размещаются равномерно на определенных орбитах. Число спутников в ОГ определяется из следующих соображений. Если спутник движется по орбите с некоторой скоростью, то время, в течение которого его можно наблюдать из некоторой точки земной поверхности, ограничено. поскольку спутник из зоны видимости. Для поддержания непрерывной связи необходимо, чтобы в тот момент, когда первый спутник покидает зону обслуживания, на смену ему приходил второй, за ним – третий и т. д.

Глобальные СПСС должны держать в поле зрения своих антенн всю поверхность планеты постоянно. Это напоминает принцип сотовой СПР, только роль БС в этом случае играют спутники. Для надежного охвата всей территории необходимо иметь большое количество КА. С увеличением высоты орбиты уменьшается необходимое количество КА, так как увеличивается время и зона видимости КА, что обусловливает снижение стоимости ОГ, но при этом усложняются и удорожаются АСТ из-за увеличения дальности связи. Таким образом, число КА в ОГ определяется на основе компромисса между стоимостью и желаемым объемом услуг связи и ценой АСТ.

Для обеспечения связи на всей территории Земли соседние КА должны связываться между собой и передавать информацию по цепочке, пока она не дойдет до адресата.

Эту задачу выполняют наземные шлюзовые станции (ШС).

Наземный сегмент состоит из центра управления системой (ЦУС), центра запуска КА, центра управления связью и ШС. ЦУС осуществляет слежение за КА, расчет их координат, контроль и управление орбитой отдельного КА, сверку и коррекцию времени и т. д. [1].

Центр управления связью планирует использование ресурса спутника, координируя эту операцию с ЦУС, осуществляет через национальные ШС анализ и контроль связи, а также управление. В нормальных условиях работы ОГ связь с ШС и пользовательскими терминалами осуществляется автономно. В случае вывода отдельного КА из ОГ или при выходе из строя элементов ШС центр переходит в режим поддержания связи с повышенной нагрузкой, а в особых случаях предусматривается также возможность реконфигурирования сети.

ШС состоит из нескольких приемопередающих комплексов, в каждом из которых имеется следящая параболическая антенна. Применение нескольких приемопередающих комплексов позволяет без нарушения связи переходить последовательно от одного КА к другому. Для управления большим потоком информации в состав ШС включены быстродействующие компьютеры, в которых имеется банк данных АСТ. Основной задачей ШС является организация дуплексной телефонной связи, передача факсимильных сообщений, а также данных больших объемов.

Состав пользовательского сегмента определяется номенклатурой предоставляемых СПСС услуг (связь абонентов, имеющих АСТ, между собой; дуплексная связь абонентов с АСТ, с абонентами ТфОП, пейджинговых и сотовых сетей и т. д.).

В последнее время большое внимание уделяется созданию СПСС на основе технологии VSAT, позволяющей изготовлять АСТ с диаметром антенн до 2,5 м. Даже при малой скорости (64 кбит/с) VSAT терминал обеспечивает одновременную передачу нескольких телефонных разговоров, поддерживает обмен данными и факсимильными сообщениями. При необходимости эта скорость может быть увеличена до 512–2048 кбит/с. Большинству пользователей СПСС обычно необходима не высокая скорость передачи данных, а возможность подключения АСТ к различной периферийной аппаратуре.

Все системы глобальной СПСС предлагают примерно одинаковый набор услуг: передача речи, факсимильных сообщений, данных, пейджинг, определение местоположения абонента, глобальный роуминг.

К 2006 году на территории России предусматривается строительство двух станций сопряжения со спутниковой системой IRIDIUM (на 300 тыс. абонентов) и девяти станций сопряжения с системой GLOBALSTAR (на 260 тыс. абонентов). Назначение этих систем и набор предоставляемых ими услуг – телефонная и факсимильная связь, ПД, ПР, определение местоположения абонента, международный роуминг. Качество услуг будет соответствовать качеству услуг, предоставляемых системами стандарта GSM.

Система GLOBALSTAR разработана корпорациями Qualcomm, Loral.

В состав ОГ системы Globalstar входят 48 низкоорбитальных СР, размещенных на восьми круговых орбитах, и 8 резервных КА. Высота орбит над поверхностью Земли составляет 1414 км. Параметры орбиты выбраны так, чтобы обеспечить максимальную частоту обслуживания абонентов в средних широтах. Полярные области (выше 70° с. ш. и 70° ю. ш.) ОГ не обслуживаются [1].

Для охвата заселенной территории земного шара планируется построить порядка 50 станций сопряжения, обеспечивающих максимальное покрытие земной поверхности космическим сегментом системы. На первом этапе развития системы построено 38 станций сопряжения. В России находятся в эксплуатации 3 таких станции: в Московской области, в Новосибирске и в Хабаровске. Эти станции обеспечивают предоставление услуг подвижной связи с высоким качеством обслуживания практически на всей территории России. Система «Globalstar» эксплуатируется в России с мая 2000 года.

В системе Globalstar не предусмотрены межспутниковые связи, однако она рассчитана на постоянное двукратное покрытие земной поверхности, которое позволяет: обеспечить непрерывную связь при переходе абонента из зоны действия одного луча в зону действия другого луча одного и того же спутника и из зоны действия одного спутника в зону действия другого; значительно повысить надежность связи с мобильный абонент (МА) благодаря устранению эффекта затемнения приемной антенны терминала абонента складками рельефа местности за счет когерентного сложения сигналов нескольких спутников, а также сигналов, отраженных от различных препятствий на земной поверхности [4].

Высокое качество телефонной связи достигается благодаря применению широкополосных шумоподобных сигналов (ШПС) с кодовым разделением каналов. Это позволяет использовать один и тот же диапазон частот в каждом из 16 лучей, которые формируются с помощью многолучевых бортовых антенн. Для формирования ШПС используются коды Уолша. Все сигналы формируются одним источником, но каждый имеет свой определенный временной сдвиг относительно пилот-сигнала. При применении ШПС отраженные от посторонних объектов сигналы суммируются с основным сигналом с помощью многоканальных приемников, что значительно повышает помехозащищенность системы и позволяет исключить щелчки в AСT, которые могут быть слышны при переходах из зон.

Пропускная способность каждого канала очень высока благодаря кодовому разделению сигналов и переменной скорости передачи цифрового потока (1200–9699 бит/с), позволяющей обеспечить передачу сигналов служебной информации в паузах речи. Точность определения координат абонентов без участия ШС составляет 10 км, а с участием ШС и СР может достигать 300 м.

ШС состоит из четырех идентичных приемопередающих комплексов, каждый из которых оснащен следящей параболической антенной диаметром 3,4 м. Отсутствие межспутниковых связей в системе Globalstar приводит к значительному росту количества ШС (до нескольких сотен). Задачами ШС являются организация и поддержание каналов связи, а также обеспечение службы определения координат АСТ. Приемники ШС измеряют уровень сигнала, принимаемого от каждого AСT, сравнивают его с пороговым, а затем передают на AСT команду на увеличение или уменьшение его мощности. Эта процедура позволяет выровнять уровни сигналов на входе приемника СР и продлить срок работы батарей AСT [2].

В 2007 году в системе GLOBALSTAR было запущено 8 запасных спутников с целью улучшения качества связи. Также с 2010 года предполагается ввод в эксплуатацию спутников второго поколения, которые будут предоставлять услуги связи по крайней мере до 2025 года.

Система Archimedes разрабатывается под эгидой ESA как системы подвижной радиотелефонной связи и цифрового радиовещания c КА на высокоэллиптической орбите.

Зона обслуживания будет охватывать Европу, Дальний Восток и большую часть Северной Америки (севернее 40 с.ш.).

Разработку системы IRIDIUM компания Motorola начала в конце 80-х годов. В 1993 году для реализации проекта был образован международный консорциум Iridium Inc., преобразованный в 1996 в Iridium LLC.

Система Iridium разработана для связи в любое время между далеко разнесенными на территории земного шара переносимыми в руке станциями без какой-либо априорной информации об их расположении. Система обеспечит создание телефонной сети с цифровой коммутацией и глобальный тональный набор номера, позволяющий связываться с любым ТА в мире. Пользователь получит возможность послать вызов с номера портативного ТА и получить прямое соединение с абонентом. В системе предусмотрен глобальный роуминг. Система обеспечивает 100 % покрытия поверхности Земли, включая полюса.

Система Iridium состоит из четырех основных сегментов: ОГ, сегмента управления и контроля, станций сопряжения и абонентских средств. Через КА сигнал от АСТ пользователя передается на одну из земных станций сопряжения и далее отправляется в ТфОП или сотовые сети [1].

АСТ Iridium обладают хорошей способностью к интеграции. В городах, где существуют сотовые системы связи различных стандартов, нет необходимости использовать спутниковую связь. В этом случае телефон будет работать как сотовый при помощи специально предназначенных для этого сотовых компонентов. В аппаратах производства Motorola это специальные картриджи, обеспечивающие работу в стандартах GSM, TDMA, AMPS, CDMA.

Несмотря на одни и те же несущие каналы, в работе пейджинга и телефонии системы Iridium есть некоторые отличия. Для отправления сообщений на пейджер используется максимальная мощность сигнала, благодаря чему пейджер отлично принимает как на улице, так и в помещении. При поездке в другую страну или в другой конец России для получения сообщений абонент должен уведомить оператора о своем местонахождении, так как земной шар поделен на значительное количество областей и сигнал на пейджер посылается только в три из них. В режиме телефонной связи система сама определяет местонахождение абонента.

Особенностью системы является использование группировки из 77 спутников на низкой орбите, что предотвратит задержки, существующие в других системах при разговорах. Низкоорбитальные КА системы связи Iridium позволяют использовать маломощные переносимые в руке АТ. Наземные ШС обеспечивают интерфейс с коммутируемой ТфОП и определяют маршрут прохождения вызова. В системе имеется центр оперативного управления системой связи и ОГ.

Система Iridium работает аналогично существующим сотовым системам. Фактически двухрежимная телефонная трубка будет иметь возможность работать на частотах, выделенных сотовым системам и системе Iridium с обеими архитектурами связи. После набора номера и посылки вызова сначала будет сделана попытка использовать канал местной сухопутной сотовой системы. Сигнал будет передаваться через КА Iridium только тогда, когда наземная сотовая система недоступна. ШС будут маршрутизировать вызовы через КА ОГ и при необходимости использовать существующую наземную инфраструктуру. В таком виде система Iridium будет дополнять существующие системы.

Система Iridium предоставляет абонентам целый ряд услуг: цифровая голосовая связь, всемирный роуминг, прием-передача факсов и данных со скоростью 2,4 кбит/сек, определение местоположения [5]. АСТ Iridium автоматически регистрируется в зонах уверенного приема сотовых систем различных стандартов, сохраняя при этом свой номер.

На конец 2009 года сеть Iridium насчитывала около 400 000 абонентов. Коммерческие продукты и сервисы Iridium предоставляются в более чем 100 странах.

Система ODYSSEY разработана фирмами TRW и Teleglobe Inc.

В число услуг системы Odyssey входят передача речи, данных, радиовызов, определение местоположения и доставка сообщений. Odyssey обеспечит экономичный подход в предоставлении связи. ОГ из 12 спутников, расположенных в трех наклоненных под углом 55° орбитальных плоскостях на высоте 10354 км, обеспечит непрерывное покрытие заданных регионов. В США в любой момент времени из любой точки всегда будут видны два спутника. Благодаря этому, обеспечиваются большие углы места при прямой видимости и минимизируются эффекты экранирования рельефом местности, деревьями и зданиями [5].

Каждый спутник формирует многолучевую диаграмму направленности антенны, полностью покрывающую сотами заданный регион.

Переносимый в руке экономичный терминал системы Odyssey совместим с сотовыми системами. В нем будет также обеспечена защита от многолучевых замираний. На континентальной части территории США большая часть функций управления спутниками и связью будет размещена в двух ШС: одна на Восточном побережье, другая на Западном.

Логическое расширение СПСС, направленное на включение персональной связи, предполагает использование переносимых в руке АСТ. Эти терминалы должны использовать антенны с широкой диаграммой направленности, позволяющей принимать спутниковые сигналы без предварительной ориентации в пространстве.

Поскольку такая антенна АСТ типа телефонной трубки может принимать сигналы СР из любой точки небосвода, то нет необходимости использовать спутники на геостационарной орбите. Такая идея позволяет рассматривать маловысотные орбиты, при которых уменьшаются энергетические потери и задержка при распространении радиоволн, упрощается конструкция спутника и уменьшается стоимость ОГ [5].

В системе применяются ШПС и метод многостанционного доступа с CDMA. При проектировании системы учитывались основные требования потенциальных пользователей персональных АСТ по обеспечению: дуплексной телефонной связи с применением высококачественного кодирования речи; прямого доступа к системе из любой точки Земли; совместимости с наземными сотовыми системами; услуг пейджинговой связи с буквенно-цифровой передачей данных.

Для обеспечения связи МА с абонентами наземной ТфОП, как и в других системах, используются ШС. В данной системе не используется межспутниковая связь, поэтому зона, обслуживаемая каждым спутником, жестко привязана к определенным регионам земной поверхности [2].

В 1989 году в рамках компании Inmarsat была образована группа для изучение возможностей мобильной спутниковой связи и разработка малогабаритного АСТ. По результатам исследований было принято решение построить систему ICO на базе средневысотных КА. Для организации работ в рамках системы ICO была создана фирма – оператор услуг подвижной персональной связи IСО Global Communications; Inmarsat является одним из крупнейших акционеров ICO.

Первый спутник системы ICO был запущен в апреле 2008 года и до июля 2009 был самым крупным коммерческим спутником в мире. Спутник предназначен для обеспечения широкого набора услуг по передаче голоса, видео и данных. Зона охвата включает континентальную часть США, Аляску, Гавайи и Пуэрто-Рико.

В январе 2009 года было одобрено использование вспомогательного наземного компонента системы.

Следует отметить, что бурное развитие систем мобильной радиосвязи в конце 90-х гг. ХХ века привело в настоящее время к широкому использованию мобильных АТ практически всеми слоями населения. Эта область стремительно развивается, приводя к быстрому моральному старению и отмиранию одних стандартов и видов радиосвязи и рождению других.

Список рекомендуемой литературы: [3, 5, 8, c. 7– 36, 383– 393; 10, c. 10– 22; 13].