Системы персональной спутниковой связи

 

Термином «системы персональной спутниковой связи» (СПСС) объединяются различные по построению и орбитальной конфигурации системы, в которых пользовательский терминал получает и передает сообщение по радиолинии, напрямую связывающей его с космическим аппаратом (КА). Основная роль СПСС в свете современных воззрений состоит в распространении услуг мобильной связи на те участки земной поверхности, где развертывание наземных сетей невозможно в принципе или экономически нецелесообразно, т.е. в акваториях Мирового океана, в районах с малой плотностью населения и пр. Можно сказать, что СПСС предназначены для «глобализации» информационного сервиса, поскольку свободны от каких-либо ограничений, связанных с географией или рельефом обслуживаемых регионов.

Несмотря на сходство в части объемов и номенклатуры предоставляемых услуг, различные СПСС обладают особенностями, в немалой степени обусловленными характеристиками орбит КА. Исходя из этого, общепринята классификация СПСС, основанная на следующих орбитальных параметрах КА:

• возвышение над поверхностью Земли;

• форма орбиты;

• периодичность прохождения КА над точками земной поверхности;

• наклонение орбиты к плоскости экватора.

По высоте над поверхностью Земли различают следующие СПСС:

• низкоорбитальные (диапазон высоты орбит от 700 до 1500км);

• среднеорбитальные (от 5000 до 15000км);

• высокоорбитальные (около 36000км).

По форме орбиты КА подразделяются на:

• круговые (труднореализуемые на практике);

• близкие к круговым (наиболее распространенный тип орбит в системах спутниковой связи);

• эллиптические;

• геостационарные (т.е. круговые экваториальные с периодом обращения КА, равным одним суткам);

• параболические и гиперболические (характерные для систем, работающих за пределами околоземного пространства: космические зонды, аппараты для исследования планет и Солнца и пр.).

По периодичности прохождения КА над точками земной поверхности орбиты делятся на:

• синхронные, проекции которых на земную поверхность (трассы) совпадают ежесуточно (изомаршрутные) либо раз в несколько суток (квазимаршрутные);

• несинхронные, у которых трассы, соответствующие двум любым орбитам КА, не совпадают никогда.

В зависимости от наклонения различают орбиты:

• прямые (с углом наклона меньше 90°);

• обратные (с углом наклона больше 90°);

• полярные (с углом наклона, равным 90°);

• экваториальные (лежащие в экваториальной плоскости).

В состав любой СПСС входят следующие компоненты:

• космический сегмент, состоящий из спутников ретрансляторов, число которых варьируется от единиц до сотни;

• наземный сегмент, состоящий из центра управления СПСС, центра запуска КА, командно-измерительных станций, центра управления связью и шлюзовых станций;

• пользовательский (абонентский) сегмент, состоящий из персональных или коллективных терминалов спутниковой связи;

• наземные сети связи, с которыми посредством интерфейса связи сопрягаются шлюзовые станции СПСС.

В настоящее время особое внимание уделяется разработке систем связи на базе низкоорбитальных СПСС. Повышенный интерес к ним объясняется умеренными требованиями к мощности, излучаемой пользовательским терминалом, и, как следствие, сравнительной дешевизной и малыми габаритами последнего.

Низкоорбитальные СПСС позволяют обеспечить бесперебойную связь с абонентами, находящимися в любой точке земной поверхности и практически не имеют альтернативы при организации связи в регионах со слабой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения. Дополнительным аргументом в пользу развития низкоорбитальных СПСС служит и экологический фактор: для гарантии полной биологической безопасности человека необходимо, чтобы выходная мощность СВЧ - излучения радиотелефона не превышала 50 мВт. Эффективный прием сигналов такой мощности без значительного усложнения аппаратуры возможен только в случае низкоорбитальных систем связи. Наиболее известными представителями систем этого типа являются СПСС Indium и Globalstar.

Низкоорбитальная система Iridium предназначается для дуплексной радиотелефонной связи, факсимильной связи и передачи данных. Инициатором проекта, начатого в 1987г., является компания Motorola (США). Однако в связи с большими финансовыми расходами в 1993 г. проект был переведен на рельсы широкого международного сотрудничества, в результате чего был образован международный консорциум, в состав которого вошло более 20 крупнейших компаний. Космический сегмент системы состоит из 66 КА, расположенных на 11 квазикруговых орбитах высотой 780км с наклонением 86,4°. Период обращения КА вокруг Земли составляет 100 мин. Система обладает управляемой конфигурацией космической группировки, что обеспечивает 100%-покрытие поверхности Земли в течение 99,5% времени.

Каждый КА орбитальной группировки формирует с помощью 6 фазированных антенных решеток 48 приемопередающих лучей в диапазоне 1616...1626,5 МГц. Каждый из названных лучей освещает на земной поверхности соту диаметром 640км. В совокупности 48 лучей создают подспутниковую зону радиопокрытия радиусом в 4500км. При использовании 48 лучей вся орбитальная группировка формирует на поверхности Земли примерно 2150 сот. В системе используется комбинация частотного и временного разделения каналов. Благодаря применению многолучевых антенн и сотовой структуры обслуживаемой зоны рабочие частоты используются многократно. При этом в смежных сотах используются различные частоты, а в каждой восьмой соте возможно повторение частот. В результате частоты диапазона 1616...1626,5 МГц используются в системе более 150 раз.

Радиолиния «абонент – КА» содержит 64 канала с разносом частот между ними, равным 160 кГц, при ширине полосы каждого канала 126 кГц. Радиолиния "КА - абонент" содержит 29 каналов с разносом частот 350 кГц при ширине полосы канала 280 кГц. Формат многостанционного доступа сочетает временное разделение каналов для каждой соты и частотное разделение для смежных сот. В результате пропускная способность системы при использовании всего диапазона частот и 48 лучей каждого КА составляет 3835 дуплексных каналов связи.

Несмотря на успешное развертывание данной системы к осени 1998г., ее коммерческая эксплуатация не оправдала оптимистических прогнозов, оказавшись убыточной. В конечном итоге консорциум, владеющий системой, в 2000г. вынужден был принять нелегкое решение о прекращении ее коммерческого функционирования.

СПСС Globalstar, разработанная корпорациями Qualcomm, Loral и рядом других, в идеологическом плане основана на использовании принципов сотовых систем связи с выносом в космическое пространство ретрансляторов базовых станций. Космический сегмент системы содержит орбитальную группировку из 48 низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, размещенных на 8 круговых орбитах с наклонением в 52° и высотой 1414км. Подобная конфигурация космического сегмента обеспечивает наилучшее обслуживание абонентов в средних широтах (между 70° с.ш. и 70° ю.ш.), что достигается двукратным покрытием земной поверхности в указанной полосе. Каждый КА с помощью фазированных антенных решеток формирует 16 лучей, использующих один и тот же диапазон частот. В отличие от СПСС Iridium, в системе Globalstar применяется кодовое разделение каналов, причем в качестве канальных кодов используются последовательности Уолша.

В России коммерческая эксплуатация системы Globalstar началась в ноябре 2000г., и к началу 2002г. объем абонентской базы достиг 5000 клиентов (в основном корпоративных).

Следует упомянуть, что и в России разрабатывается несколько проектов низкоорбитальных систем связи, из которых наиболее продвинутым в реализационном плане является СПСС «Гонец». Указанная система прошла, все стадии разработки и находится на этапе развертывания. Орбитальная группировка СПСС «Гонец» должна состоять из 45 спутников - ретрансляторов, расположенных на 5ти квазиполярных орбитах с наклонением 83° по 9 КА на каждой, что является оптимальным с точки зрения радиопокрытия территории России. Плоскости орбит разнесены друг относительно друга на 36° по долготе, а высота орбиты составляет 1400км

Задание на самоподготовку:

1. Ознакомиться с указанной литературой: /1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8/ – в полном объеме.