Глава2. Вид и структура Система спутниковой связи

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 4

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

2.1 Система ODYSSEY

Система Odyssey предназначена для обеспечения глобальной радиотелефонной связи и других видов услуг персональной связи. Стоимость проекта "Одиссея" составляет примерно 2,5 миллиарда долларов.

Основным подрядчиком является Odyssey Telecommunications International (OTI). Проект финансируется группой компаний, в которую входят основатели( OTI), основные инвесторы (TRW Space & Technology Group, США и Teleglobe, Канада), а также ряд других компаний, таких как Spar Aerospace (Канада), Thomson CSF. (Франция) и др. Эти компании имеют большой опыт разработки и эксплуатации систем связи с геостационарными космическими аппаратами. TRW является разработчиком более 185 спутниковых, военных и научных космических систем (Milstar, TDR и др.), Teleglobe является крупнейшим телекоммуникационным оператором в мире.

TRW будет разрабатывать космические и наземные системы, а также системы Odyssey "под ключ" для OTI. Планируется реализовать широкую сеть национальных операторов по предоставлению услуг. Имея лицензии операторов, эти поставщики будут эксплуатировать систему в различных регионах мира.

Работа системы Odyssey регулируется следующими документами:

* лицензия на создание системы-выдана FCC США в январе 1995 года. •

* Разрешение на работу в диапазонах L и S. Частоты для абонентских линий были предоставлены в 1992 году Всемирной административной радиоконференцией WARC-92;

* разрешение на работу в диапазоне Ка. Частоты для линий электропередач были присуждены в 1995 году на Всемирной радиоконференции WRC-95.

2.1 Космический сегмент и зоны обслуживания

Космический сегмент Odyssey использует круговые орбиты средней высоты для глобального охвата Земли и состоит из 12 космических аппаратов. Спутники были запущены на высоту 10 354 км в трех орбитальных плоскостях с наклоном 50 ° (по 4 КА в каждой плоскости). Вес корабля составляет 2500 кг, срок службы-15 лет. Мощность солнечных панелей спутника в конце его расчетного срока службы составит 4,6 кВт.

Спутники (попарно) были выведены на орбиту ракетой-носителем Atlas IIA. Период обращения спутника по орбите составляет около 6 часов, угловая скорость-около 1 градуса в минуту. На большинстве участков суши в зоне обслуживания одновременно находятся 2 космических аппарата, и по крайней мере один из них находится на высоте не менее 30 ° над горизонтом. Система в целом обслуживает абонентов на территории от 70 ° до 70 ° южной широты и охватывает площадь более 7 тысяч километров. Км (при общей ширине луча спутника 40 °).

Отличительной особенностью системы "Одиссея" является почти статическое покрытие поверхности Земли. Все спутники оснащены многолучевыми антеннами, которые создают непрерывное покрытие сотовой связи на поверхности Земли, охватывая (выборочно) только самые судоходные земли и воды в мире. По мере движения корабля по орбите система позиционирования луча будет отслеживать формирование географически фиксированной сетчатой структуры в обслуживаемой зоне.

Переключение между зонами обслуживания происходит только тогда, когда углы обзора для связи с наземными станциями становятся малыми. Радиовидимость двух спутников гарантируется при относительно больших углах обзора практически с любой широты. Даже если для связи доступен только один спутник (а второй не используется), угол обзора космического аппарата составляет не менее 30 ° и гарантируется в течение 95% ежедневного времени. Это уменьшает запас энергии радиолинии, который необходим для компенсации потерь при распространении через деревья, здания и другие препятствия.

Для организации связи в системе Odyssey (рис. 2.1) используется простой "прозрачный" ретранслятор с преобразованием частоты; обработка информации на борту спутника не предусмотрена. Задержка сигнала в ретрансляторе не превышает 5 мс. Маршрутизация и обработка сообщений осуществляется на наземных станциях.

Для передачи информации используются широкополосные сигналы и кодовый множественный доступ (CDMA). Информация принимается от абонентских терминалов в L-диапазоне (1610,0-1626,5 МГц) и передается на абонентский терминал в S - диапазоне (2483,5-2500 МГц). Эквивалентная изотропная излучаемая мощность для канала спутник-Земля составляет 24,2 дБ / Вт.На радиолиниях L-и S - диапазонов используется круговая поляризация.

Антенная система каждого космического аппарата создает на поверхности земли зону из 61 узкого луча, и эти зоны можно использовать для приема и передачи.

Рис. 2.1 Схема организации связи в системе Odyssey.

Для каждого луча выбирается пара несущих частот; коэффициент повторного использования частоты составляет не менее 6. План работы для частот абонентской линии (рис. 2.2) предусматривает, что полоса пропускания в приемном луче составит 11,35 МГц, а в приемном луче - 16,5 МГц передачи.

Рис. 2.2 Распределение частот в системе Odyssey: а - линия "абонент - спутник", б - линия "спутник - абонент".

Два спутника, одновременно обслуживающие любой из регионов, обеспечат цифровую радиотелефонную связь по 6000 радиотелефонным каналам. Для стационарных пользователей пропускная способность космического аппарата составляет более 10 000 каналов, что эквивалентно 4,8 кбит / с (режим передачи данных 64 кбит / с). Линии электропередач, обеспечивающие связь между космическим аппаратом и узловыми станциями, работают в Ка-диапазоне, как показано в таблице 3.

Табл.3 Основные характеристики бортовой аппаратуры Ка- диапазона.

2.3.Международная система I СО и частотное обеспечение

Система ICO использует полосы частот L и C для связи и поддерживает цифровую обработку сигналов на борту спутника. TDMA (множественный доступ с временным разделением) является базовой технологией.

При определении оптимальных полос частот для абонентских линий связи было рассмотрено несколько вариантов. Были приняты во внимание следующие соображения. Диапазон 1,5 / 1,6 ГГц, который широко используется для мобильных спутниковых услуг (MSS), вероятно, будет перегружен и серьезно ограничит потенциал услуг ICO. Полоса частот 1,6 / 2,4 ГГц, назначенная службе PSS Всемирной административной конференцией по радиосвязи (WARC-92), создает значительные проблемы координации с другими службами, использующими эту полосу, например: B. Фиксированная наземная связь кроме того, США намерены использовать ее для национальных систем.

В результате были выбраны следующие диапазоны: "терминал-спутник "-диапазон 1980-2010 МГц," спутник - терминал " - 2170-2200 МГц.

Линии электропередачи предназначены для организации связи космического аппарата с узловыми станциями. Для их работы Всемирная конференция радиосвязи ВКР-95 рекомендовала диапазон 5/7 ГГц (диапазон "спутникового шлюза" составляет 5150-5250 МГц, диапазон "спутникового шлюза" - 6975-7075 МГц).

2.4. Космический сегмент

Система ICO состоит из космического, наземного и пользовательского сегментов. Космический сегмент включает 12 космических аппаратов (10 рабочих и 2 запасных), размещенных на круговой орбите на высоте 10 355 км над поверхностью Земли. Взлетная масса спутника составляет 2750 кг, расчетный срок службы-12 лет. Спутники расположены в двух перпендикулярных плоскостях по 6 спутников в каждой. Угол наклона орбиты к экваториальной плоскости составит 45 °.

Эта орбитальная группировка обеспечивает глобальный охват земной поверхности, включая полярные регионы. Из-за перекрытия зон покрытия от двух до четырех космических аппаратов одновременно находятся в поле зрения каждой точки зоны обслуживания. Спутник обслуживает примерно 25% поверхности Земли (рис. 2.3). Первый спутник системы ICO был запущен в 1998 году, система была введена в эксплуатацию в 2000 году.

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

Период подписки определяется следующими значениями:

• время полета спутника над зоной обслуживания;

* среднее время, необходимое для перевода абонента с космического аппарата, покидающего горизонт, на восходящий космический аппарат.;

* продолжительность соединения, определяемая схемой организации связи. Среднее время обслуживания абонентов составляет 50 минут, максимальное время нахождения космического аппарата в зоне радиовидимости может достигать 1,5-2 часов.

Система ICO в основном использует уже известные и проверенные технические решения. Для производства спутников используется спутниковая платформа HS-601 корпорации Hughes Space and Communications Corporation (США) для создания крупных спутников на геостационарной орбите. В конструкцию были внесены изменения, в частности, доработана программа ориентации бортовых антенн и солнечных панелей, установлена упрощенная силовая установка.

Для устранения взаимного влияния системы ICO при использовании 10 трактов приема и передачи космических аппаратов космический аппарат использует отдельные антенны для каждого диапазона частот. Антенна L-диапазона имеет диаметр 2 м. Использование многолучевой диаграммы направленности позволяет назначать несколько частот. Согласно проекту, для приема / передачи в системе ICO используется 163 отдельных луча (запас энергии составит 8-10 дБ); зона обслуживания одного космического аппарата составляет около 7 тыс. км (рис. 2.4). Спутники с установленными на них ретрансляторами C - и S-диапазонов одновременно поддерживают 4500 телефонных каналов.

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

Система ICO не обеспечивает полной интегрированной обработки сигналов. Однако назначение частоты и маршрутизация сигнала управляются встроенным процессором.

Использование батарей на основе арсенида галлия обеспечивает потребляемую мощность 8700 Вт в конце работы. Предварительный список ракет-носителей, запускающих спутники ICO, включает Atlas IIA, Delta III, "Протон" и "Зенит" (для запуска морских платформ).

2.5. Наземный сегмент и организация связи

Наземный сегмент включает в себя SCC (Центр управления спутниками), Центр управления сетью и наземную сеть ICONET (сеть ICO) (рис. 2.5).

Рис. 2.5 Структура системы ICO (схематично)

NMS, центр управления наземными сетями ICONET, находится в Японии, а SCC-в Лондоне. В функции последних входит поддержание орбитальной группировки в рабочем состоянии, сбор телеметрических данных в отдельных подсистемах космического аппарата, мониторинг эксплуатационных параметров и др. Службы SCC отвечают за запуск космического аппарата, мониторинг и перераспределение частоты между лучами космического аппарата.

Спутниковые каналы подключаются к существующим сетям связи через собственную сеть ICONET, которая на первом этапе реализации состоит из 12 Наземных станций - так называемых узлов спутникового доступа (SAN). Узлы SAN служат "шлюзами" между спутниками ICO и абонентами общедоступных наземных сетей. Магистрали большой емкости соединяют узлы друг с другом.

Связь между абонентами (как и в существующей системе Inmarsat) организована только через узлы SAN; прямая связь с абонентами не поддерживается. Радиотелефонный терминал ICO работает в двух режимах-через систему ICO или базовые станции сотовой связи на земле - и совместим со своими основными стандартами. Для связи с движущимися объектами используются специальные терминалы.

2.6. Терминалы пользователя

В спутниковой сети ICO в качестве базы используется двухрежимный портативный терминал в сочетании с мобильным телефоном GSM (или CDMA, D-AMPS, RDS). Планируется разработать одномодовый радиотелефонный терминал, работающий только через космический аппарат системы ICO. Основные характеристики базового терминала:

• вес-менее 750 г,

* объем-около 500 см,

• стоимость - 750-1500 долларов США,

* Отдельная батарея обеспечивает часовую передачу и 24-часовой режим ожидания.

Портативный радиотелефонный терминал ICO отвечает всем требованиям безопасности, связанным с работой в высокочастотном диапазоне. Средняя мощность передатчика не превышает 0,25 Вт (для сравнения: мощность сотовых радиотелефонов составляет 0,25-0,6 Вт).

Различные модификации абонентских терминалов могут быть созданы на основе технологии, используемой в базовом терминале. Это, например, терминалы только для передачи данных, терминалы для автомобильного, морского и воздушного движения, полустационарные ("сельские таксофоны") и стационарные и необслуживаемые (блок SCADA) терминалы. ICO подписала соглашение с тремя ведущими компаниями - Panasonic, NEC и Mitsubishi-о разработке 3 миллионов портативных терминалов.

2.7. Услуги системы I СО

Пользователям предоставляются следующие виды услуг: двусторонняя голосовая связь, передача факсов группы 3, передача данных со скоростью 2,4 кбит / с. Качество передачи голоса соответствует стандарту GSM для сотовых сетей. Он обеспечивает глубокую пейджинговую связь (т. е. с большим запасом энергии канала), а также дополнительные услуги - голосовые звонки, связь с оплатой кредитной картой, отображение номера телефона. Вызывающий абонент определяет местоположение вызывающего абонента по встроенному в терминал индикатору. Если в пределах прямой видимости нет космического корабля, участники получают уведомление о вызове, наличии сообщения электронной почты и отображении номера вызывающего абонента.

Разработчики видят пять основных областей применения системы ICO:

* расширение спектра услуг для абонентов спутниковой связи в регионах, уже охваченных сотовыми сетями;

• сотовая связь общего пользования через портативные радиотелефонные терминалы в районах, не охваченных сотовой связью или использующих несовместимые стандарты;

* специализированная мобильная связь для грузовых перевозок, а также автомобильная, морская и воздушная связь;

* полупостоянная связь для корпоративных пользователей нефтегазового сектора, малого бизнеса (оптовиков, универмагов и др.);

• коммуникация для государственных учреждений.

Система рассчитана на 1 миллион абонентов со средней продолжительностью разговора 60 минут в месяц. Для сравнения: по прогнозам экспертов, количество пользователей в системе Iridium при тех же условиях составляет 600-800 тысяч, а в Globalstar-1 миллион.