Характеристика спутниковых систем связи

Табл.3 Основные характеристики бортовой аппаратуры Ка- диапазона.

Показатель	Направление связи
	Прием	Передача
Диапазон частот, ГГц	29,1-29,4	19,3-19,6
Общая ширина полосы, МГц	300	300
Ширина полосы канала, МГц	2,5	2,5
Вид поляризации	LHCP	RHCP
Коэффициент усиления антенны, ДБи	38,5	35,7
Ширина луча по уровню 3 дБ,˚	2,20	30
Шумовая температура  приемника, ˚К	780	-
Эквивалентная изотропная мощность излучения, дБВт	-	46,4

 

2.1.2 Наземный сегмент и организация связи

 

Система спутниковой  связи Odyssey предназначена для организации  радиотелефонной связи, передачи данных и коротких сообщений о местоположении подвижных объектов. Наземный сегмент Odyssey включает в себя узловые (базовые) станции и терминалы. Двухрежимный радиотелефонный терминал обеспечивает работу в сетях стандарта GSM, TDMA, CDMA, PHS. Он позволяет работать не только в системе Odyssey, но и в наземных сотовых сетях, причем доступ к наземной сотовой сети является приоритетным.

Связь регламентирована так, что после определения свободных  частот вызов всегда направляется в  адрес базовой станции сотовой  сети. В случае невозможности соединения с базовой станцией (вызов блокирован или все частоты заняты) терминал автоматически передает запрос на спутник системы Odyssey.

Передача речи осуществляется со скоростью 4,2 кбит/с; вероятность ошибки в речевом  канале — не более 10-3. Кроме речевой  связи терминал Odyssey предоставляет  возможность приема сообщений персонального  радиовызова (пейджинг) с буквенно-цифровой индикацией, обеспечивает режим электронной почты, а также определение местоположения абонента. Скорость передачи данных составляет 2,4—64 кбит/с; вероятность ошибки на бит — не более 105. Для коррекции ошибок применяется сверточное кодирование (R = 1/2, К = 7).

Определение координат  производится по собственным сигналам системы Odyssey. В связи с относительно большим (для средневысотной орбитальной  группировки) числом спутников в  любой точке обслуживаемой территории можно наблюдать «созвездие» из двух или трех спутников, находящихся под большими углами видимости. Это делает возможным установление местоположения объекта только по сигналам КА Odyssey Погрешность определения местоположения — не более 15 км.

В системе не предусмотрены межспутниковые связи. Весь график данного региона передается через узловые станции приведено в таблице 4, которые связаны между собой многоканальными линиями связи. В задачи узловой связи входят не только прием/передача регионального графика, но и обеспечение сопряжения с телефонной сетью общего пользования, управление межлучевой коммутацией, прием и обработка телеметрии с борта спутника.

 

 

 

 

 

Табл.4 Основные характеристики узловых станций.

Показатель	Направление связи
	Прием	Передача
Диапазон частот, ГГц	29,1-29,4	19,3-19,6
Общая ширина полосы, МГц	300	300
Ширина полосы канала, МГц	2,5	2,5
Вид поляризации	RHCP	LHCP
Коэффициент усиления антенны, ДБи	64,8	60,8
Ширина луча по уровню 3 дБ,˚	2,2	0,17
Шумовая температура  приемника, ˚К	666,5	-
Эквивалентная изотропная мощность излучения, дБВт	-	85,9

 

Также, в системе Odyssey при подключении мобильных  пользователей к телефонной сети общего пользования задержка сигнала, которая складывается из задержки спутникового канала (84 мс) и задержки наземного тракта (20 мс), обеспечивает качественную передачу речевых сообщений.

Предусматривается построение в каждом из обслуживаемых  регионов одной земной узловой станции; для глобального охвата территории Земли достаточно 7 станций. На каждой из них предполагается установить по четыре следящие параболические антенны диаметром около 7 м, три из которых будут использоваться для одновременной работы со спутниками, а четвертая — для передачи трафика от спутника к спутнику через станцию с учетом радиовидимости. Кроме того, эта антенна необходима для повышения надежности связи в случае неблагоприятных климатических условий.

Бортовые антенны  спутника имеют узкую диаграмму  направленности, а приемные устройства спутников — высокую чувствительность, поэтому в абонентских станциях можно применять передатчики с малой выходной мощностью. Планируется выпустить две модификации абонентских терминалов, различающиеся выходной мощностью передатчика (0,5 и 5 Вт). В конструкции терминала предполагается использовать антенну типа «четырехзаходная спираль» с коэффициентом усиления 2,5 дБ. Энергетический запас на линии связи составит 6—10 дБ.

 

2.1.3 Услуги  системы Odyssey

 

Развертывание орбитальной группировки сети Odyssey производилось в 2 этапа. На первом этапе, услуги предоставляют только 6 КА. Они обеспечивают непрерывное обслуживание в основных регионах в течение 14 часов в сутки. На следующем этапе развернулась полномасштабная орбитальная группировка из 12 спутников. Были определены приоритетные зоны обслуживания: территория континентальной части США с прибрежными районами, Европа, Азия и акватория Тихого океана.

Пользователями  системы будут частные лица и  государственные структуры, нуждающиеся  в непрерывной мобильной связи  на значительных по площади территориях, а также население регионов с низким уровнем наземной инфраструктуры связи. В регионах, где отсутствуют альтернативные виды связи, использование каналов спутниковой связи позволяет расширить зоны действия сотовых сетей. Абонентам таких сетей предоставлена возможность глобального роуминга. Служба коротких сообщений предлагает услуги, аналогичные пейджинговым. Дополнительно предоставляются следующие услуги: определение местоположения клиента, голосовая почта, аварийные сообщения, перевод с одного языка на другой.

В 2005 г., после окончания развертывания системы ODYSSEY, число ее абонентов превысило 2 млн. На данный момент число пользователей составляет около 9 млн. человек. Цена одного абонентского терминала, составляет 350—1000 долларов, размер ежемесячной абонентской платы — 25 долларов, а стоимость минуты телефонной связи в спутниковом канале — 0,75 долларов.

 

 

2.2 Международная  система IСО

 

2.2.1 Частотное  обеспечение

 

Система ICO использует для связи L- и С-диапазоны частот, поддерживая цифровую обработку  сигнала на борту спутника. В качестве базовой технологии определен метод многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA).

При определении  оптимальных полос частот для  абонентских линий связи были рассмотрены несколько вариантов. Принимались во внимание следующие соображения. Диапазон 1,5/1,6 ГГц, широко используемый для подвижных спутниковых служб (ПСС), очевидно, окажется чрезмерно перегруженным, что сильно ограничит потенциал служб ICO. Диапазон 1,6/2,4 ГГц, выделенный службе ПСС на Всемирной административной конференции по радиосвязи (WARC-92), чреват серьезными проблемами координации с другими службами, которые применяют этот диапазон, например для фиксированной наземной связи; кроме того, США намерены использовать его для национальных систем.

Наконец, были выбраны следующие диапазоны: «терминал-спутник» — диапазон 1980— 2010 МГц, «спутник-терминал» — 2170-2200 МГц.

Для организации  связи между КА и узловыми станциями  предназначены фидерные линии. Для  их работы Всемирная конференция  по радиосвязи WRC-95 рекомендовала диапазон 5/7 ГГц («узловая станция—спутник» диапазон 5150-5250 МГц, «спутник—узловая станция» - 6975-7075 МГц).

 

2.2.2 Космический  сегмент

 

Система ICO состоит  из космического, наземного и пользовательского  сегментов. Космический сегмент  включает в себя 12 КА (10 рабочих и 2 резервных), запущенных на круговую орбиту высотой 10 355 км над поверхностью Земли. Стартовая масса спутника — 2750 кг, расчетный период эксплуатации — 12 лет. Спутники размешены в двух ортогональных плоскостях, по 6 КА в каждой. Угол наклона орбиты к плоскости экватора составит 45°.

Такая орбитальная  группировка обеспечивает глобальный охват поверхности Земли, в том  числе полярных районов. Вследствие перекрытия зон охвата в пределах видимости каждой точки зоны обслуживания одновременно находятся два—четыре КА. Один спутник обслуживать приблизительно 25% поверхности Земли (рис. 2.3). Первый спутник системы ICO был запущен в 1998 г.; ввод системы в эксплуатацию произведен в 2000 г.

 

Рис. 2.3 Диаграмма  мгновенной зоны покрытия поверхности Земли системой ICO при использовании 10 КА

 

Продолжительность обслуживания абонентов определяется следующими величинами:

• временем пролета  одного спутника над зоной обслуживания;

• средним временем, затрачиваемым на переключение абонента с уходящего за горизонт КА на восходящий КА;

• продолжительностью установления соединения, определяемого  схемой организации связи. Средняя  продолжительность обслуживания абонентов  составит 50 мин; максимальное время  пребывания одного КА в зоне радиовидимости может достигать 1,5-2 ч.

В системе ICO применены, главным образом, уже известные  и проверенные технические решения. Для изготовления спутников используется спутниковая платформа HS-601 корпорации Hughes Space and Communications (США), применяющуюся  для создания крупногабаритных спутников на геостационарной орбите. В конструкцию внесены изменения, в частности переработанная программа ориентации бортовых антенн и панелей солнечных батарей, установлена упрощенная двигательная установка.

Чтобы исключить  взаимовлияние системой IСО при использовании 10 КА трактов приема и передачи, на КА применяются раздельные антенны для каждого диапазона частот. Антенна L-диапазона имеет диаметр 2 м. Использование многолучевой диаграммообразуюшей схемы обеспечивает многократное назначение частот. Согласно проекту, в системе ICO для приема/передачи служат 163 раздельных луча (запас по энергетике составит 8—10 дБ); зона обслуживания одного КА — примерно 7 тыс. км (рис. 2.4). Спутники с установленными на них ретрансляторами С- и S-диапазонов одновременно поддерживают 4500 телефонных каналов.

 

Рис. 2.4 Зона обслуживания одного КА (163 луча) системы ICO

 

В системе ICO не предусмотрена бортовая обработка  сигнала в полном объеме. Однако управление назначением частот и  маршрутизация сигнала осуществляются с помощью бортового процессора.

Применение  арсенид-галиевых батарей обеспечивает в конце эксплуатации потребляемую мощность 8700 Вт. В предварительном  списке ракетоносителей, которые произвели  запуск спутников системы ICO, числятся Atlas IIA, Delta III, «Протон» и «Зенит» (для запуска с морских площадок).

 

2.2.3 Наземный  сегмент и организация связи

 

В состав наземного  сегмента входят центр управления спутниковой  группировкой SCC (Satellite Control Centre), центр  управления наземной сетью (Network Management Centre) и наземная сеть ICONET (ICO network),( рис. 2.5).

Рис. 2.5 Структура  системы ICO (схематично)

 

NMS, центр управления  наземной сетью ICONET, размещен  в Японии, а центр SCC — в Лондоне.  В функции последнего входят  поддержание орбитальной группировки в работоспособном состоянии, сбор телеметрических данных об отдельных подсистемах КА, контроль рабочих параметров и др. Службы SCC несут ответственность за запуск КА, управление и перераспределение частот между лучами КА.

Спутниковые каналы подключаются к существующим сетям связи через собственную сеть ICONET, которая на первом этапе внедрения состоит из 12 наземных станций — так называемых спутниковых узлов доступа SAN (Satellite Access Node). Узлы SAN служат «шлюзами» между спутниками ICO и абонентами наземных сетей общего пользования. Магистральные каналы с высокой пропускной способностью связывают узлы между собой.

Связь между  абонентами (как и в существующей системе Inmarsat) организуется только через  узлы SAN; непосредственная связь абонентов не поддерживается. Радиотелефонный терминал IСО работает в двух режимах — через КА системы IСО или наземные базовые станции сотовой связи — и совместим с ее основными стандартами. Для связи с подвижными объектами применяются специальные терминалы.

 

2.2.4 Терминалы  пользователя

 

В спутниковой  сети IСО в качестве базового используется портативный двухрежимный терминал, совмещенный с сотовым телефоном  стандарта GSM (или CDMA, D-AMPS, РDС). Предполагается разработка однорежимного радиотелефонного терминала, работающего только через КА системы IСО. Основные характеристики базового терминала:

• масса — менее 750 г,
• объем — около 500 см,
• стоимость — 750—1500 долларов,
• отдельная батарея обеспечивает одночасовую передачу и 24-часовой режим дежурного приема.