Системмы подвижной спутниковой связи

     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: портативные и мобильные средства; телефонные будки с питающими солнечными батареями; специализированное авиационное и морское пользовательское оборудование; 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.

       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. 

     Глобальная  система спутниковой  связи «Глобалстар»

     ССС «Глобалстар», разрабатываемая рядом  фирм США и Западной Европы (Qualcomm, Alcatel 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: 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.

     Система «Глобалстар», структура которой  приведена на рис. 9, 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.

Рис. 9. Структура системы «Глобалстар»

     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. 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: портативные переносные; перевозимые автомобильные, аналогичные автомобильным станциям наземных сотовых сетей; стационарные.

     Первые  два типа имеют ненаправленные антенны, антенны стационарных АТ немного сложнее.

     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. 

     Система подвижной спутниковой  связи «Полярная  звезда»

     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 70 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. 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»  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.

     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.  

     Система подвижной спутниковой  связи «Одиссей»

     Система «Одиссей», разрабатываемая компанией  TRW (США), предназначена для обеспечения персональной, мобильной и фиксированной связи 9 регионов: Австралии и Океании; Центральной Америки; Южной Америки; Северной Америки; Азии; Европы; Северной Африки; Южной Африки; 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.

     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 К_а-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.