4.5. Системы подвижной спутниковой связи

4.5.1 Общие сведения

Вокруг Земли существуют радиационных пояса Ван Аллена: первый на высотах от 1500 до 5000 км, второй - 20000 до 28000 км. Наличие этих поясов определяет типы орбит ИСЗ, используемых в системе подвижной связи. Используется 3 типа орбит:

1. Низкая орбита - LEO (Low Earth Orbit) - от 700 до 1500 км внутри первого радиационного пояса Земли. Достоинство систем - энергетический выигрыш за счет малой высоты, недостаток - влияние атмосферы, так что срок службы ИСЗ не более 5 - 7 лет, это существенно влияет на стоимость системы. Орбиты ИСЗ круговые, квазиполярные.

2. Средневысокая орбита -МЕО (Mean Earth Orbit) - от 5 до 15 тысяч км, лежит между радиационными поясами Земли. Срок службы ИСЗ - до 15 лет, Орбиты ИСЗ круговые.

3. Геостационарная орбита - GEO, круговая, высота 36800 км.

В состав любой спутниковой системы связи входят следующие составляющие: космический сегмент, состоящий из спутников - ретрансляторов;

• наземный сегмент, состоящий из центра управления системой, центра запуска ИСЗ, командно-измерительных станций, центра управления связью и узловых (шлюзовых) станций. Шлюзовые станции с коммуникационным оборудованием в большом количестве требуются для обеспечения непрерывности радиотелефонной связи через спутники, оснащенные многолучевыми антенными системами;

• пользовательский (абонентский) сегмент, осуществляющий связь при помощи персональных спутниковых терминалов;

• наземные сети связи, с которыми через интерфейс связи сопрягают шлюзовые станции космической связи. Шлюзовая станция состоит из нескольких (обычно не менее трех) приемопередающих комплексов, в каждом из которых имеется следящая параболическая антенна. Когда в зону видимости входит i-ый Исз, с ним вступает в связь 1-ый комплекс, 2-ой - с i+1, 3-ий - с i+2; затем, после ухода из зоны видимости i-ro ИСЗ, 1-ый комплекс вступает в связь с i+З ИСЗ и т.д. В спутниковой системе связи применяют следующие терминалы:

• портативные (спутниковый телефон весом 800 г):

• переносные персональные (весом приблизительно 2,5 кг);

• мобильные для автотранспортных, авиа - и морских средств;

• малогабаритные пейджинговые;

• терминалы для коллективного пользования.

Спутниковые телефоны и пейджинговые персональные терминалы для непосредственной связи со спутником до конца не отработаны и, как правило, связь с ИСЗ осуществляется по каналу: телефон (пейджер) - наземная сеть - шлюзовая станция - ИСЗ. Система связи на основе технологии VSAT позволяет применять малые спутниковые терминалы (терминал размером с «дипломат», диаметр антенны до 2,5 м).

4.5.2 Низкоорбитальные спутниковые системы

Параметры /Тип системы	Iridium	Global Star	Сигнал	Гонец
Число ИСЗ, шт.	66	48	48	45
Число орбит, шт.	6	8	4	5
Высота орбиты, км	780	1414	1500	1400
Число ИСЗ на орбите, шт.	11	6	12	9
Число ЗС, шт.	25	100-210	6
Число лучей каждого ИСЗ, шт.	48	16, в каждом 16 частей	1 - 6 (зависит от диапазона)
Масса спутника, кг	700	450	310	250

Системы Iridium первоначально были рассчитаны на 77 спутников, отсюда название - 77 элемент в таблице Мендееева, ИРИДИЙ. Разработана в США компанией Motorola, предназначена для глобальной подвижной персональной связи по принципу «каждый - каждому» на основе межспутниковой связи.

Диапазоны частот системы:

Радиолиния	Абонент-ИСЗ	ИСЗ-Абонент	ИСЗ-шлюз	Шлюз-ИСЗ	ИСЗ-ИСЗ
Диапазоны частот	1616-1625,5 МГц	1616-1625,5 МГц	19,6 ГГц	29,1-29,3 ГГц	23,18-23,38 ГГц
Ширина полосы канала	126 кГц	280 кГц	100 МГц	100 Мгц	200 МГц

В радиолиниях «Абонент - ИСЗ» и «ИСЗ - Абонент» применяется временное разделение каналов, причем формат МД сочетает временное разделение каналов для каждой соты и частотное для смежных сот. В настоящее время система законсервирована из-за экономической нерентабельности.

Система Global Star разработана в США компанией Global Star и обеспечивает связь более чем в 100 странах мира, включая Россию. Связь "ИСЗ - Абонент" осуществляется в диапазоне частот 1610 - 1626,5 МГц, "Абонент - ИСЗ" - 2483,5 - 2500 МГц. Система основана на применении шумоподобных сигналов с кодовым разделением каналов. Запуск спутников с помощью советских ракет-носителей "Союз" (от 4 до 10 ИСЗ за один пуск) и "Протон" (12 спутников за один запуск). Поскольку в системе нет межспутниковых связей, требуется большое число шлюзовых станций (их название в этой системе - станции сопряжения), а именно несколько сотен. В настоящее время создана компания "ГлобалТел" - совместное предприятие компаний Global Star и "РОСТЕЛЕКОМ" - она будет собственником российской части наземного сегмента и ее оператором. Территорию России будет обслуживать четыре орбиты, строятся 3 станции сопряжения: Москва, Новосибирск, Хабаровск.

Кроме рассмотренных существуют еще 22 зарубежных проекта низкоорбитальных систем и 10 российских, из последних более продвинутые "Сигнал" и "Гонец".

ИСЗ системы "Гонец" выводятся на орбиту с помощью ракет - носителей "Союз-2" или "Циклон". Система позволяет осуществлять:

• радиотелефонный обмен между абонентами;

• передачу любых цифровых данных в пакетном режиме;

• глобальный персональный радиовызов абонентов;

• сбор информации с любых датчиков технологического и экологического контроля;

• определение координат подвижных объектов и передача этой информации в центр управления группировкой.

В системе применяется частотно-временное разделение каналов (Алоха), радиолиния «Земля - ИСЗ» работает в диапазоне 312-315 МГц, «ИСЗ - Земля» - 387 - 390 МГц. На любом ИСЗ используется несколько частот, и на каждый из них передается несколько сигналов. Антенны бортового ретранслятора имеют широкую диаграмму направленности, обеспечивающую зону покрытия земной поверхности диаметром до 5000 км. Абонентские терминалы обеспечивают прямой доступ к спутниковым каналам связи без использования наземных сетей и используют ненаправленные антенны, исключающие необходимость наведения на ИСЗ. Терминалы имеют несколько модификаций - стационарные, переносные, мобильные и т.д. Вес абонентского терминала любой модификации не превышает 3 кг.

Система «Сигнал» находится на этапе развертывания, работы ведутся медленно в связи с экономической обстановкой в стране. В системе обеспечивается возможность обмена информацией между подвижными абонентами, доступ к наземным телефонным сетям и определение координат абонентов с высокой точностью.

Для вывода ИСЗ на орбиту используются ракеты-носители «Космос» (2 спутника за один пуск) и «Циклон» (6 ИСЗ за один пуск). Бортовые антенные системы ИСЗ состоят из 3-х антенн, работающих в диапазонах:

- 300 - 400 МГц (один луч, покрывающий всю зону);

- 1,5 - 1,6 ГГц (6 лучей, покрывающих всю зону);

- 11 - 14 ГГц (3 луча, покрывающих всю зону).

Шлюзовые станции работают в диапазоне 11-14 ГГц, подвижные абонентские терминалы - диапазоне 300 - 400 МГц и 1,5 - 1,6 ГГц. В системе применен асинхронный МД, при этом используется модификация частотно-кодового разделения каналов в пределах одного ствола и пространственное разделение стволов в БРТР спутника-ретранслятора. Для увеличения эффективности использования полосы частот применяется относительная четырехпозиционная фазовая манипуляция.

После полного развертывания системы предполагается на территории России разместить 6 базовых станций в городах: Москва, Самара, Екатеринбург, Томск, Чита и Комсомольск-на Амуре.