Системмы подвижной спутниковой связи

     Система связи «Гонец» предназначается  как для использования внутри России, так и для предоставления услуг зарубежным пользователям.

     Отличительными  особенностями ССС «Гонец» являются: возможность создания недорогой ССС; использование недорогих портативных ЗС, не требующих специальной подготовки для эксплуатации; быстрое развертывание системы в экстренных ситуациях; простая и дешевая эксплуатация системы; обеспечение глобальной связи, включая полярные области, и наличие большого числа пользователей; использование СР с обработкой информации на борту.

     В состав ССС «Гонец» входит три  сегмента: 1) космический сегмент; 2) сегмент земных станций (ЗС), обслуживающих различные категории абонентов; 3) сегмент управления, состоящий из центра управления системой (ЦУС) и центров управления ретрансляцией сообщений (ЦУР).

Рис. 6. Структура системы «Гонец»

     Система связи «Гонец» строится на основе использования в космическом  сегменте системы низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, обеспечивающих полное, глобальное покрытие Земной поверхности (рис. 7), включая приполярные области. Это достигается использованием 6 «колец», в каждом из которых находится по 6 ИСЗ СР, а всего в космическом сегменте используется не менее 36 ИСЗ. Наклонение плоскости «кольца» орбиты — 83 град. Плоскости «колец» разнесены друг относительно друга на 30 градусов по долготе восходящего узла. Высота орбиты — 1500 км. Групповой вывод по 6 ИСЗ осуществляется ракетой-носителем «Циклон» за один пуск. Масса одного ИСЗ составляет 225 кг. Срок активного существования ИСЗ составляет 3-5 лет. Каждый ИСЗ имеет два СР с обработкой и запоминанием сигналов в диапазонах 300/400 МГц и 1,5/1,6 ГГц. Параметры СР: мощность передатчика СР 2.10 Вт; шумовая температура приемника СР — 200 К, коэффициент усиления антенны СР 0.3 дБ, емкость бортового запоминающего устройства 8 Мбайт.

     Выбор орбитальной структуры сделан исходя из равномерной интенсивности трафика по поверхности Земли (равномерное обслуживание по всей Земле), минимизации числа спутников, а наклон орбит — исходя из наличия трасс выведения. Для формирования «колец» ИСЗ целесообразным оказывается метод одновременного выведения нескольких ИСЗ одной ракетой-носителем, так как требует меньших затрат на создание орбитальной группировки и снижает загрузку стартового комплекса. Зона обслуживания, обеспечиваемая одним ИСЗ, представляет собой «пятно» на земной поверхности диаметром 4300 км.

Рис. 7. Структура системы «Гонец»

     СР каждого ИСЗ решают целевую задачу по ретрансляции информации между абонентами системы в регионах, задаваемых наземными средствами. Кроме того, СР решает задачи по ретрансляции информации, необходимой для работы системы связи, а также передает телеметрическую информацию, информацию для траекторных измерений и принимает командно-программную информацию для управления работой связных и служебных систем ИСЗ.

     В системе связи используется несколько  модификаций ЗС в зависимости  от требований потребителей. В районах, которые не имеют наземных средств связи, необходимо обеспечить прямой доступ абонентов к каналам. Для решения этой задачи предназначены: 1) малогабаритные (портативные) абонентские терминалы (АТ-М); 2) стационарные абонентские терминалы (АТ-С); 3) абонентские терминалы, предназначенные для экологического мониторинга (ЭТ).

     Четвертый тип ЗС — региональные станции (РС), являются стационарными и устанавливаются в районах с развитой инфраструктурой связи.

     РС  решают следующие задачи: сбор и распределение по наземным линиям связи информации (функции «концентратора» и «коммутатора» информации); обмен большими объемами информации с СР, включая базы данных; переретрансляция информации, снятой с СР с целью ускорения ее доставки (маршрутизация сообщений); обмен с центром управления системой технологической информацией.

     С целью ускорения доставки информации путем выбора более коротких маршрутов  передачи сообщений используются центры управления ретрансляцией сообщений (ЦУР), в качестве которых используется часть РС.

     Центр управления системой (ЦУС) предназначен для обеспечения эксплуатации ССС  и решает следующие задачи: осуществляет планирование и координацию работ по развертыванию системы и восполнению орбитальной группировки СР; проводит планирование элементов системы связи (СР, ЦУР, РС командно-измерительная система); формирует отчетную информацию о сеансах связи, включая информацию по оплате за предоставленные услуги; передает планы и необходимую технологическую информацию для обеспечения работы РС и ЦУР; проводит сбор, накопление, обработку и передачу в заинтересованные организации информации об окружающей среде, стихийных бедствиях и других чрезвычайных ситуациях; проводит траекторные измерения и определяет параметры орбиты ИСЗ; принимает и анализирует телеметрическую информацию с СР; формирует и передает командно-программную информацию на СР для управления связью и обеспечивающими системами ИСЗ; оценивает качество каналов связи и работоспособность элементов системы связи.

     Для решения указанных задач в  состав ЦУС входят: вычислительный центр (ВЦ), командно-измерительная  система (КИС) и центральная станция (ЦС). ЦС обеспечивает связь с наземными станциями в обоих частотных диапазонах (300/400 МГц и 1,5/1,6 ГГц), а также используется для координации работы системы «Гонец». Управление системой может осуществляться по однопунктовой системе, однако для повышения надежности функционирования системы предполагается задействовать два ЦУСа, расположенных в окрестностях г. Москвы и г. Красноярска. Для обеспечения функционирования в системе «Гонец» 1 млн. абонентов необходимо использовать более 100 РС. 

     Глобальная  система спутниковой  персональной связи «Иридиум»

     ССС «Иридиум», разрабатываемая фирмой «Motorolla» (США), является глобальной системой персональной радиосвязи с использованием портативных абонентских терминалов типа «трубка в руке». Система «Иридиум» предназначена для автономной работы в районах мира, не имеющих развитых и надежных сетей связи, а также обслуживания морских судов и самолетов, пользователей, находящихся в экстремальных ситуациях и т.п. Для районов с развитой инфраструктурой связи система «Иридиум» может дополнить наземные сети, в том числе и сотовые.

     ССС «Иридиум» обеспечивает следующие  виды услуг связи: подвижную радиотелефонную связь с использованием персональных радиотелефонов в непрерывном режиме и в реальном масштабе времени, в том числе с возможностью выхода на телефонные сети общего пользования; передачу данных по типу электронной почты; обмен деловой информацией; персональный радиовызов; определение местонахождения и передачи информации о местонахождении подвижных объектов.

     Построение  системы «Иридиум» основано на следующих  принципах: глобальность обслуживания: система предоставляет возможность связи для любых двух абонентов, в том числе для мобильных, расположенных в произвольных регионах Земли; открытость: система обеспечивает соответствие коммуникационных протоколов требованиям международных стандартов и совместимость с существующими коммуникационными сетями; универсальность: система поддерживает наиболее распространенные прикладные коммуникационные службы (телекс, телефакс, «электронная почта» и др.); адаптивность: система обладает свойством перенастройки ресурсов системы под потребности пользователей в зависимости от интенсивности трафика; пользовательская доступность: реализация широкого класса дешевых малогабаритных ЗС и терминальных устройств, обеспечивающих широкий круг потребностей различных пользователей; простота использования: полная автоматизация процесса связи в реальном времени, простота и доступность услуг пользователю любой квалификации.

     Отличительными  особенностями ССС «Иридиум»  являются: использование межспутниковых каналов связи (МКС) и спутниковых ретрансляторов (СР) со сложной обработкой сигналов. При этом в ССС «Иридиум» обеспечивается возможность соединения абонентов системы без участия наземных линий связи. Однако для достижения независимости системы «Иридиум» от наземных сетей приходится использовать достаточно сложные и дорогие ИСЗ. Принципы управления связью в ССС «Иридиум» используются те же, что и в сотовых системах радиосвязи.

     Однако  в отличие от наземных сотовых  систем, где базовые станции связи  устанавливаются стационарно, а абоненты подвижны относительно базовой станции, в системе «Иридиум» подвижна сама базовая станция, установленная на ИСЗ, и подвижны проектируемые антеннами ИСЗ на землю ячейки зоны обслуживания относительно стационарных или малоподвижных абонентов системы.

     Наряду  с телефонной связью «Иридиум» способна обеспечить передачу данных и факсимильных сообщений между любыми точками планеты. Для этого абонентам системы достаточно оборудовать речевой терминал модемом. Скорость передачи данных — 7400 бит/с.

     Кроме того, система обеспечивает передачу сообщений о координатах абонента, определяемых как средствами речевой связи, так и специальными абонентскими устройствами радиоопределения.

     Система «Иридиум», структура которой приведена  на рис. 8, включает четыре сегмента: космический сегмент; сегмент управления, состоящий из центра управления системы (ЦУС), включающего в себя вычислительный центр (ВЦ) и станцию управления (СУ); шлюзовые земные станции (ШС), осуществляющие быструю и эффективную связь ССС с телефонными сетями общего пользования (ТФОП).

Рис. 8. Структура системы «Иридиум»

     Космический комплекс «Иридиум» состоит из 66 космических аппаратов (КА), размещенных на круговых приполярных орбитах с наклонением 86 град. и высотой 780 км. Спутники размещаются в 6 орбитальных плоскостях, в каждой из которых одновременно находятся 11 ИСЗ. Угловое расстояние между соседними орбитальными плоскостями составляет 31,6 град., за исключением 1 и 6 плоскостей, угловой разнос между которыми составляет около 22 град.

     Каждый  из ИСЗ имеет по три комплекта  антенн: основного назначения; перекрестной межспутниковой связи; управляющего канала.

     Антенны основного назначения служат для  связи с абонентскими устройствами. В комплект антенн основного назначения спутника включены семь антенн с фазированными решетками, каждая из которых содержит набор локальных модулей приема и передачи. Шесть идентичных антенн образуют тело спутника в форме шестиугольного цилиндра, а седьмая, размещаемая в его нижней части, принимает сигналы по единичному лучу и излучает сигналы от спутника.

     Связь с Землей осуществляется через точно  сфокусированные антенные лучи. Зона, засвечиваемая единичным лучом  антенны, представляется как ячейка. Лучи антенны облучают комбинированную  зону обслуживания, образованную одинаковыми  по размерам ячейками, сконцентрированными вокруг центральной ячейки. Один спутник обеспечивает зону обслуживания диаметром 4000 км.

     Ячейка, формируемая антенным лучом спутника «Иридиум», будет перемещаться относительно земных устройств со скоростью до 7400 м/с, а абоненты при этом кажутся относительно неподвижными независимо от степени их мобильности.

     Антенны перекрестной межспутниковой связи  предназначены для связи в  пределах спутникового созвездия системы  «Иридиум». На каждом спутнике установлены четыре антенны перекрестной межспутниковой связи, направленные в продольной и поперечной плоскостях, соответственно для связи с двумя смежными спутниками и двумя на соседних орбитах.

     Использование межспутниковых каналов связи обеспечивает системе «Иридиум» следующие  преимущества: система не будет нуждаться непрерывно в наличии шлюзовых станций (ШС) в пределах видимости каждого спутника; спутники созвездия могут организовать связь с использованием ТФОП и выходить на них через ближайшие ШС; система получит возможность организации обходных маршрутов для связи, если потерпит неудачу при установлении соединения на какой-либо ШС или в случае занятости ТФОП; центр управления системой (ЦУС) сможет осуществлять контроль и управлять всем созвездием системы, передавая команды и установки о статусе или принимая информацию о состоянии любого спутника через промежуточные межспутниковые канала.

     Антенны управляющего канала обеспечивают связь  со станцией управления ЦУС и шлюзовыми  станциями. Каждый спутник одновременно может обслужить до четырех шлюзовых станций (ШС).

     Сегмент управления предназначен для обеспечения  мониторинга и отображения состояния  системы, а также для контроля и управления коммуникационной сетью  «Иридиум» и отдельных спутников  в созвездии. В его состав входят основной и дублирующий ЦУС.