Сеть подвижной спутниковой службы
Подвижная спутниковая служба (ПСС) обеспечивает связь между подвижными объектами или между подвижным и стационарным объектами. В сети ПСС связь между объектами осуществляется посредством малогабаритной абонентской станции (АС), в том числе и персональных абонентских терминалов (АТ), конструктивное исполнение которых, мало чем отличается от мобильного телефона наземной сотовой связи.
Сети ПСС могут быть построены как на базе геостационарных («Инмарсат», «Турайа»), так и на базе среднеорбитальных или низкоорбитальных спутниковых систем связи («ГлобалСтар», «Иридиум» и др.) [21].
От орбитального признака системы во многом зависит структура построения сети.
Рассмотрим структуру сети ПСС на базе геостационарных систем связи и на базе низкоорбитальных систем. В качестве примера возьмем системы Инмарсат (GEO ) и Иридиум (LEO), структура и самолетное оборудование которых, адаптировано для гражданской авиации [22, 27].
Система Инмарсат
Первоначально система Инмарсат была создана для обеспечения безопасности мореплавания, оповещения о бедствиях и координации поисково-спасательных работ на море. В последующем, круг оказываемых услуг расширялся. В настоящее время, система Инмарсат оказывает услуги персональной связи владельцам портативных терминалов (сотовых телефонов), а также широко применяется для обеспечения связи в гражданской авиации.
На рис. 5.16 представлена структура сети ПСС на базе ССС Инмарсат.
Рис. 5.16 Структура сети ПСС на базе ССС Инмарсат
Космический сегмент классической Инмарсат состоит из четырех геостационарных спутников третьего поколения (I3), запущенных в 1996-98 годах, каждый из которых, формирует диаграмму направленности в виде глобального луча и пяти зональных лучей. Зональные лучи, благодаря концентрации мощности излучения (приема) в более узком телесном угле, позволяют применить для связи более компактные абонентские терминалы – сотовые телефоны. Кроме того, спутник может перераспределять энергию между зональными лучами, в зависимости от интенсивности поступающих из определенного региона телефонных звонков, что позволяет увеличить его пропускную способность.
В сегмент потребителя входит 40 наземных станций (береговых ЗС), расположенных в различных странах мира, и большое количество абонентских станций, устанавливаемых на самолетах (бортовые ЗС), морских судах (судовые станции), либо индивидуальных (в виде спутниковых телефонов). К спутниковому телефону можно подключить компьютер, факсимильный аппарат, видеотерминал или какие-либо другие устройства.
Береговые ЗС выполняют функции ЦЗС и станций сопряжения с сетями сотовой, телефонной связи и с сетью Интернет.
ЦУС наземного сегмента (не показан на рисунке) осуществляет контроль и управление функционированием всей системы.
Принципы управления связью в системе Инмарсат те же, что и в наземных сотовых системах связи (§5.1.2). Базовой станцией является станция, установленная на спутнике, а центром коммутации – станция (береговая ЗС).
Вызов абонента осуществляется путем набора индивидуального номера. Сигнал вызова принимается аппаратурой спутника и после преобразований по частоте перенаправляется на наземную станцию (береговую ЗС). Здесь, по служебной информации, содержащейся в сигнале вызова, и по информации базы данных обо всех абонентах, зарегистрированных в системе, производится проверка терминала абонентов на подлинность и законность. Кроме того, или по сигналам вызова, или по данным спутника определяются координаты (местоположение) абонентов. Информация о местоположении нужна для «привязки» абонентов к станциям (береговым ЗС), которые будут их обслуживать.
Затем станция (береговая ЗС) назначает параметры канала связи абонента, с которым будет произведено соединение. В соответствии с назначенными параметрами (частота, временной интервал – таймслот и др.), аппаратура спутника осуществляет непосредственное соединение абонентов.
Если вызываемый абонент является абонентом сотовой или телефонной сети, то всю процедуру соединения производит станция (береговая ЗС). В авиационной подвижной службе береговая ЗС может выполнять функцию шлюза между сетью Инмарсат и, например, службой ОВД или др. административными службами гражданской авиации.
Передача сигналов по каналам связи «абонентская станция – спутник» осуществляется в L-диапазоне, а по каналам «спутник – береговая ЗС» - в C-диапазоне (рис. 5.16). Для передачи данных и речи применяется, соответственно, двух- и четырехпозиционная фазовая манипуляции. Способ разделения каналов связи – частотный (FDMA), и временной (TDMA). Полоса пропускания канала связи 10 кГц.
Стандарты Инмарсат для гражданской авиации. Самолеты гражданской авиации оснащены различными типами абонентских терминалов или бортовых станций, которые удовлетворяют специфическим требованиям, известными как Стандарты Инмарсат для гражданской авиации:
– Inmarsat-Aero-H/H+ (от "High" - антенна с высоким коэффициентом усиления) – 6-канальная, работающая в режимах: телефонная связь, факс, телекс, высокоскоростная передача данных. Предназначена для обслуживания экипажей воздушных судов и пассажиров на международных авиалиниях. Скорость передачи данных: 600, 1200 и 10500 бит/с.
Примечание. Inmarsat-Aero-H+ использует технологию зональных лучей.
– I nmarsat-Aero-I – 4-канальная, работающая в режимах: телефонная связь, факс, телекс, высокоскоростная передача данных. Устанавливается на малых и средних ВС. Скорость передачи данных от 600 бит/с до 4,8 кбит/с, речевой связи – 4,8 кбит/с.
– Inmarsat-Aero-L (от "Low" - антенна с низким коэффициентом усиления) – одноканальная, работает в режиме низкоскоростной передачи данных (600 бит/с). Устанавливается на легкие ВС, в том числе и вертолеты.
– Inmarsat-Aero-C – одноканальная, работает в режиме низкоскоростной передачи данных (600 бит/с), выдаваемых небольшими порциями. Используется, в основном, для передачи коротких сообщений, метеоинформации и отчетов о местонахождении, корректировки полетных планов.
– Inmarsat-Aero Mini-M – одноканальная, работает в режимах: телефонная связь (4,8 кбит/с), факс (2,4 кбит/с) и передача данных (4,8 кбит/с). Предназначена для обслуживания пассажиров.
Как видим, каналы связи классической Инмарсат не являются широкополосными.
Система Инмарсат BGAN. Возможность обеспечения широкополосной спутниковой связи появилась после запуска в 2009 г. трех спутников нового, 4-го поколения. Такая система Инмарсат называется системой BGAN ( Broadband Global Area Network – глобальная система широкополосной связи).
Спутник 4-го поколения имеет глобальный луч, покрывающий 1/3 земной поверхности и 19 широких зональных лучей.
В состав наземного сегмента включено дополнительно две станции (береговые ЗС), связанные между собой и со шлюзовой станцией (ШС) высокоскоростными каналами передачи данных.
Для связи используется тот же диапазон L, но ширина канала связи уже не 10 кГц, а 200 кГц, что позволяет, с учетом применения QPSK манипуляции, увеличить скорость передачи информации до 432 кбит/с на один канал.