5.5 Организация глобальной мобильной радиосвязи на основе низкоорбитальных спутниковый систем

5.5.1 Система глобальной связи на основе низкоорбитальных исз Iridium

Система Indium предназначена для обеспечения глобальной радиотелефонной и пейджинговой связи, передачи данных. Indium будет охватывать связью как всю земную поверхность, так и пространство до высоты 180 км, обеспечивая обслуживание авиации.

Концепция создания системы Indium с орбитальной структурой из 77 КА была предложена в 1987 г. специалистами Отделения спутниковой связи компании Motorola. Название системы навеяно ассоциацией с элементом иридием (латинское название - Indium), который имеет 77 электронов. Позднее авторы проекта уточнили свою концепцию, рассчитав, что для глобального охвата поверхности Земли достаточно 66 КА. Запуск первого КА состоялся 5 мая 1997 г., а в концу 1997 года на орбите уже находились 46 КА. Оставшиеся 20 КА предполагается запустить в течение ближайших 3-4 лет.

Таким образом, космический сегмент системы Indium включает орбитальную группировку, состоящую из 66 КА, равномерно размещенных (по 11 КА) на шести приполярных круговых орбитах, плоскости которых имеют наклонение 86,4°. Высота орбиты составляет 780 км. Угловой разнос орбитальных плоскостей составляет 31,6°, за исключением двух плоскостей, смещенных на 22°. Период обращения каждого ИСЗ составляет 100 мин 28 с. Каждый КА формирует свою зону обслуживания, а совокупность таких зон покрывает всю площадь, которую обслуживает система Indium (рис. 5)

Рисунок 5

При этом предусматривается значительное перекрытие обслуживания соседних КА, степень которого возрастает с увеличением географической широты территории. Величина зоны обслуживания одного КА, т.е. та площадь, где создается необходимая плотность потока мощности, излучаемого его антеннами, составляет приблизительно 19 млн. кв. км. Диаметр зоны обслуживания на поверхности Земли достигает 4700 км. При вращении связки ИСЗ вся картина, изображенная на рис. 5, перемещается по поверхности Земли со скоростью 7500 км/час.

Рисунок 6

Бортовые антенны, выполненные в виде фазированных решеток, создают 48 лучей, равномерно покрывающих зону обслуживания (рис. 6). Диаметр одной ячейки на поверхности Земли равен 550...600 км в центре зоны обслуживания и увеличивается до 850...900 км на ее периферии. Конструкция ИСЗ представлена на рис. 7.

Рисунок 7

5.5.2 Система глобальной связи на основе низкоорбитальных исз Globalstar

Система Globalstar предназначена для персональной радиотелефонной связи и передачи данных, пейджинговой связи и определения местонахождения подвижных объектов.

Идеология построения системы Globalstar состоит в использовании методов сотовой связи с переносом в космическое пространство ретрансляторов базовых станций. При разработке этой системы в основном использовался опыт создания сотовых систем связи с кодовым разделением каналов (CDMA) фирмы Qualcomm. Запуск первых четырех КА осуществлен с помощью РН Delta 2 в начале 1998 г. Ввод в эксплуатацию системы на основе 24 спутников был намечен на конец 1998 года, а полное развертывание будет завершено к концу 1999 г.

В состав наземной сети управления Globalstar входят две основные подсистемы: центр управления сетью GOCC (Ground Operations Control Center) и центр управления и контроля орбитальной группировкой SOCC (Satellite Operations Control Center). Обе подсистемы связаны между собой с помощью сети Globalstar Data Network, к которой подключены и наземные станции сопряжения. Центр управления спутниками SOCC совместно с командно-телеметрическими станциями (ТТ&С station) производит контроль орбит, обработку телеметрической информации и формирование команд. Кроме того, SOCC отслеживает текущее состояние КА и информирует центр управления сетью о доступных КА, их ресурсах и эфемеридах. В задачи центра управления GOCC входит планирование трафика, выделение и закрепление сетевых ресурсов, а также слежение за функционированием системы. Центр SOCC не имеет собственного радиотехнического оборудования, а постоянно подключен к одной из УС по наземной линии связи. Эта узловая станция, в отличие от остальных, должна быть доукомплектована аппаратурой для приема телеметрии с борта КА и передачи команд управления. Центр управления SOCC размещен в Сан-Хосе, шт. Калифорния. Резервный центр управления связью будет построен в Эль-Дорадо, шт. Калифорния.

Космический сегмент состоит из 48 спутников, обращающихся по круговым орбитам на высоте 1414 км над поверхностью Земли. Их орбиты находятся в 8 плоскостях с наклонением 52°, в каждой из которых равномерно размещены шесть спутников. Период обращения спутников 114 мин. На каждом ИСЗ помещены два транспондера, работающих в полосах частот: в направлении от абонента к спутнику - 1610...1626,5 МГц (полоса L), от спутника к шлюзовой станции - 6875...7055 МГц (полоса фидерной линии); в направлении от шлюзовой станции к спутнику - 5091...5250 МГц (полоса фидерной линии), от спутника к абоненту - 2483,5...2500 МГц (полоса S).

Приемная и предающая антенны спутника в полосах S и L представляют собой многолучевые АФАР, состоящие из 61 элемента в полосе L и 91 элемента в полосе S. Создаваемые антеннами 16 лучей образуют на поверхности Земли зону обслуживания диаметром 5500 км (рис. 8). В каждом луче сигналы занимают полосу частот шириной 16,5 МГц.

Рисунок 8

В транспондере ИСЗ сигналы каждой пары лучей преобразуются по частоте, занимая 8 отдельных полос в полосе частот фидерной линии при использовании ортогональной поляризации.

Поэтому сигналы, принимаемые и передаваемые шлюзовой станцией, занимают (с учетом защитных интервалов) две полосы шириной 180 МГц и 159 МГц соответственно. Приемная и передающая антенны ИСЗ в полосах частот фидерных линий имеют ДН с глобальным охватом.

Земной сегмент системы состоит из нескольких шлюзовых станций, включенных в общие коммутируемые станции наземных сетей связи, и абонентских станций. Шлюзовая станция имеет четыре параболические антенны диаметром 3,4 м с программным наведением: три антенны сопровождают три спутника в зоне обслуживания, а четвертая готовится сопровождать новый, появляющийся на горизонте, спутник.

Абонентские станции могут быть трех видов: портативные переносные, перевозимые автомобильные и стационарные. Все они имеют ненаправленные антенны.

В системе Globalstar используются шумоподобные сигналы (ШПС) и многостанционный доступ с кодовым разделением сигналов.

Полосы частот шириной по 16,5 МГц разделены на 13 субполос шириной 1,3 МГц. В каждой полосе организована работа с МДКР.

В речевом канале применен вокодер с переменной скоростью передачи. Средняя скорость передачи сигнала цифровой телефонии равна 2,4 Кбит/с. Вокодер преобразует речевой сигнал в цифровой поток, который подвергается сверточному кодированию с последующим декодированием на приемной стороне по алгоритму Витерби.