Организация, построение и структура систем персональной спутниковой связи

 

  

 

Станция передачи команд и  приема телеметрической информации

Отдельная станция передачи команд на КА ОГ и приема телеметрической информации, задействуетсяпри нештатных ситуациях, когда использование для этих целей связных радиолиний системы невозможно.

Передача командной информации на КА и передача с КА телеметрической  информации осуществляется на низкой скорости (В=1 кбит/с), при использовании на КА ненаправленной антенны с квазикруговой диаграммой направленности.

Для уменьшения влияния быстрого изменения фазы сигнала (за счет вращения или "кувыркания" КА в случае нарушения его стабилизации) применяется метод частотной манипуляции с некогерентной обработкой на приеме. Относительно большой энергетический запас (режим медленнодействия,направленная наземная антенна) необходим для обеспечения устойчивой работы в условиях энергетических потерь, обусловленных изрезанностью диаграммы направленности бортовой антенной системы.

В табл. 3.8 и 3.9 приведены основные характеристики командной и телеметрической  радиолиний,соотвественно.

Таблица 3.8

Характеристики командной  линии 

 

Параметр	Переходная орбита	Штатная орбита
Диапазон частот Поляризация Модуляция ЗИИМ Скорость передачи Добротность(средняя)	29,1 - 29,3 Ггцлинейная ЧМ 51,4-77,4 дБВт 1кбит/с	29,1 - 29,3 ГГц круговая, правосторонняя ФМ-4 Используется узловая  или межбортовая линия связи 12,5 Мбит/с 21,5 дБ/К

 

  

 

Таблица 3.9

Характеристики телеметрической  радиолинии 

 

Параметр (передача с КА)	Переходная орбита	Стационарная орбита, сеть связи
Диапазон частот Поляризация ЗИИМ, макс Режим передачи Модуляция Скорость передачи	19,6 Ггц линейная 9,5 дБВт Полный поток Ограниченный поток Частотная, ЧТ 1 кбит/с	19,6 ГГц круговая, правое вращение используется узловая  или перекрестная связь (КА-КА)Полный поток Ограниченный поток Фазовая, ФМ-4 12,5-25 Мбит/с

 

 

Предусматривается следующий  алгоритм передачи команд. Каждая исходная команда шифруется для защиты от постороннего доступа и передается на КА; после дешифрования КА передает проверенные информационные символы , которые принимаются наземной станцией, дешифрируются, преобразуются в требуемый вид, шифрируются и передаются на КА; КА выполняет команду после подтверждения своих проверочных символов.

 

3. СИСТЕМА ПЕРСОНАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ГЛОБАЛСТАР

 

В основу создания системы  положены следующие основные принципы.

1. Простота и доступность;

2. Минимальный технический риск - использование проверенных технических решений (технологий);

3. Применяемые технологии объединены в системе синергетически, так, что целое больше, чем сумма частей;

4. Максимальная эффективность  в использовании частотных диапазонов;

5. Максимальное использование существующих инфраструктур и служб связи.

Фирмы создатели системы: LORAL, QUALCOMM при участии Spase System Loral, Alcatel, NV, Alemia Spazio, Aetospatiale, Duetsche Aerospace.

 

 

 

3.1. ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ

 

Система спутниковой  связи "Глобалстар"  включает в себя следующие сегменты:

- космический;

- абонентский (сегмент пользователей);

- земной (обеспечивающий);

- наземные сети связи, с которыми сопрягаются каналы системы "Глобалстар".

Система предназначена для  обеспечения потребителей в широком  спектре услуг связи в глобальном масштабе 70 град.ЮШ - 70 град.СШ. В этой области (точнее в средних широтах) обеспечивается практически постоянное двухкратное накрытие зоны обслуживания спутниками-ретрансляторами (СР) системы, что позволяет решить такие ключевые проблемы, как:

- непрерывный автоматизированный переход абонента из луча в луч и со спутника на спутник, происходящий для потребителя совершенно незаметно (алгоритм операции перехода будет рассмотрен ниже);

- существенное повышение надежности связи с мобильными объектами, для которых важно решить проблему затенения антенны рельефом местности. Последняя задача решается посредством когерентного сложения нескольких сигналов, поступающих на вход приемника (от разных СР и отраженных сигналов);  

 

Типы услуг

Предлагается 2 типа услуг :

- связь (телефон, передача данных, факсимиле, пейджинг и т.д.);

- местоопределение объектов.  

 

Связь

Качество телефонии базируется на использовании технологии CELP с переменной скоростью 1200 - 9699бит/с. Средняя скорость, при которой производилась оценка характеристик системы (пропускная способность и т.д.) - 2400 бит/с. При обработке Речевого сигнала производится подавление шумов. Вокодер снабжен эхоподавителем.

Переменная скорость цифрового  потока позволяет:

1. Обеспечить передачу сигналов командной (служебной) информации в паузах речи;

2. При минимальной скорости (1200 бит/с) снижать мощность передатчиков абонентского терминала и парциальную (канальную) мощность шлюза, снижать межканальные внутрисистемные помехи и повышать пропускную способность.

Для передачи данных используется скорость 4800 бит/с и пакетный режим. При качестве канала не хуже 1.10Е-6.

Использование многостанционного  доступа с кодовым разделением  каналов (МДКР) позволяет также решить проблемы конфиденциальности связи  и несанкционированного доступа  к ретранслятору. 

 

Местоопределение

Местоопределение .объектов производится с точностью, зависящей  от нескольких факторов:

- числа спутников, "видимых" абонентом;

- точности определения координат спутника;

- длительности времени, в течение которого абонент соединен с шлюзом;

- геометрии "абонент - спутник - шлюз";

- стабильности эталона частоты абонентского терминала.

Наименьшая точность при  автономном местоопределении абонента - не более 10 км. Шлюз производит местоопределение более точно. По двум спутникам, разнесенным не менее чем на 22 град. (для абонента) точность местоопределения может достигать 300 м с вероятностью 0.95 за время не более 10сек.

Абонентская аппаратура совмещенная - связь и местоопределение, но можно использовать только местоопределение. В этом случае операция местоопределения производится в шлюзе или на центральной станции. 

 

 

3.2. ВИДЫ СИГНАЛОВ 

 

Одной из главных особенностей системы "Глобалстар" является использование  шумоподобных широкополосных сигналов (ШПС) и многостанционного доступа  с кодовым разделением каналов (МДКР). Это позволяет решить ряд  проблем и, в первую очередь, проблему многократного использования полосы частот и повышения пропускной способности  системы.

В отличие от узкополосных сигналов, предъявляющих жесткие  требования к уровню развязки между  лучами многолучевой антенны, ШПС позволяет  резко (на порядок и более)

снизить требования к развязке между лучами и использовать один и тот же диапазон частот в каждом из лучей. В результате одновременного использована двух передовых технологий (многолучевых бортовых антенн и ШПС) получен высокий результат - 16-ти кратное использование диапазона  частот при 16-ти лучевой антенне  СР.

Сигнал выделяется на фоне 4-х видов помех:

1 - Тепловой шум;

2 - Помехи других систем;

3 - Помехи от соседних  лучей.

4 - Помехи от соседних каналов одного луча.

Доминирующими являются помехи 4 типа. Их уровень снижается посредством системы управлени” мощностью передатчиков земных терминалов. 

 

 

3.3. КОСМИЧЕСКИЙ СЕГМЕНТ

 

 

 Космический сегмент включает в себя 48 СР, равномерно (по 6) размещенных на круговых орбитах в 8-ми плоскостях. Наклонение плоскостей i = 52 град. Период обращения СР Тобр =114 мин. Высота орбиты Но = 1414 км. Параметры орбиты выбраны так, чтобы обеспечить максимальную кратность обслуживания земной поверхности в средних широтах. Полярные области (выше 70 град.СШ и ЮШ) не обслуживаются. В сложенном виде ник имеет габариты 1.78 х 0.96 х 0.58 м.

Вес спутника - 390 кг. Мощность солнечных батарей - 1.1 кВт.

Панели солнечных батарей  ориентируются плоскостях (rotate and titl).

Стабилизация СР трехосная. В системе стабилизации и ориентации используются датчики на Землю, на солнце и лазерные гироскопы.

Навигация обеспечивается по сигналам системы "Навстар".

Срок активного существования  СР - 7.5 лет.

Телекомандная система имеет  антенну также и на стороне  СР, обращенной от Земли. Она может  использоваться в случае, когда нарушается ориентация спутника. Скорость передачи командной информации - 0.1 кбит/с, а телеметрической - 1 кбит/с.

 

 

 

3.4 НАЗЕМНЫЙ СЕГМЕНТ

 

Абонентские терминалы

Абонентские терминалы планируются в портативном, мобильном и стационарном вариантах.

Предполагается широкое  использование двух-трех модульных AT, совмещенных с уже имеющимися

и эксплуатируемыми мобильными сотовыми системами связи.

Стационарный AT будет иметь мощность - 3 Вт, а портативные - 0.6 Вт. Встроеннаябатарея питанияобеспечит работу терминала в режиме непрерывной речи в течение 2 часов и 15 часов в режимедежурного приема.

Базовые станции

Базовая станция (шлюз) имеет в своем составе 4 идентичных приемо-передающих комплекса.оснащенных следящими параболическими антеннами диаметром 3,4 м, подсистему формирования и обработки некоторых каналов ШПС и МДКР и интерфейсное оборудование. Основными задачами шлюза являются:

- организация и поддержание телефонных каналов, каналов пейджинга и каналов передачи данных;

- обеспечение службы местоопределения объектов. Среди других функций следует выделить регулировку уровней мощности AT. Аппаратура шлюза измеряет уровень принимаемого сигнала от каждого AT индивидуально, сравнивает его с пороговым и передает команду абоненту на увеличение или уменьшение его мощности. Эта процедура позволяет выровнять сигналы на входе ретранслятора СР, оптимизировать уровень взаимных помех и максимизировать пропускную способность. 

Центр управления связью.

Наземный центр управления планирует использование шлюзами  ресурса спутников в системе, координируя эту операцию с центром управления спутниками. Основное функциональное различие между центром управления и шлюзом заключается в том, что шлюзы осуществляют текущее управление, а центр - плановое. 

Центр управления спутниками.

Центр управления спутниками (ЦУС) управляет системой спутников. Резервные ЦУСы производят контроль орбит, обработку телеметрической информации и формирование команд. Все эти операции производятся по радиоканалам через шлюзы.   

 

4. РАЗВИТИЕ РОССИЙСКОГО СЕГМЕНТА ПЕРСОНАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ НА БАЗЕ СИСТЕМ IRIDIUM И GLOBALSTAR 

 

 

4.1. ОБЩЕМИРОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ СОЗДАНИЯ ПЕРСОНАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

 

В последнее время просматривается  устойчивая тенденция проникновения  на российский рынок зарубежных систем. Это обусловлено рядом факторов:

- российский рынок становится  все более открытым для зарубежных  поставщиков средств и услуг  спутниковой связи;

- появились потребители,  в том числе и в России, способные  оплачивать услуги спутниковой  связи по достаточно высокой  цене;

- возросли требования пользователей к уровню сервисных и телекоммуникационных услуг.

Наиболее интенсивно в  мире проводятся работы по созданию ССС, ориентированных на предоставление услуг глобальной подвижной персональной спутниковой связи (ГП ПСС). Услуги, предоставляемые такими системами, рассматриваются как услуги общего пользования, ориентированные на конечного  пользователя, независимо от времени  суток и места, где он расположен .

Одной из причин, по которой  предлагается внедрение услуг ГП ПСС на российском рынке, является идея обеспечения связи в условиях сельской местности, удаленных и  труднодоступных районах, где внедрение  обычных наземных систем представляется весьма проблематичным.Взаимодействие систем персональной спутниковой связи  с наземными сетями общего пользования  осуществляется через узловые станции (станции сопряжения), которые могут  располагаться как на нашей территории, так и за ее пределами.ГП ПСС может  быть организована с использованием орбитальных группировок спутников, расположенных на ГСО, средневысотных орбитах (порядка 10 тыс. км.) и низких околоземных орбитах(0,7-1,5 км).