Системы подвижной спутниковой связи

Перспективным направлением развития подвижной связи общего пользования является создание спутниковых систем. Системы подвижной спутниковой связи начали развиваться в последние два десятилетия XX в. Одной из первых подобных систем явилась созданная в 1967 г. в США опытная система «TATS». Данные системы спутниковой связи предназначены для организации переговоров между абонентами телефонных сетей общего пользования и мобильными станциями, устанавливаемыми на подвижных объектах (автомобилях, кораблях, самолетах и т. д.), а также осуществления персональной подвижной связи на базе сотовых сетей. При использовании персональной спутниковой связи обеспечивают соединение перемещающегося в пространстве абонента по его неизменному (подобно телефонному), закодированному номеру. В основу организации спутниковой системы радиосвязи заложена достаточно простая идея. На искусственном спутнике Земли, или, проще, спутнике (иногда называемым сателлитом), располагается активный ретранслятор СПСС. Спутник находится на заданной орбите и движется над Землей длительное время, получая электропитание от солнечных батарей, установленных на его платформах, или от малогабаритных ядерных электростанций. На спутнике-ретрансляторе расположена антенная система и приемопередающая аппаратура, осуществляющие прием, преобразование, обработку (например, усиление, изменение частоты несущей и пр.) и передачу радиосигналов в направлении земных станций (ЗС) — станций радиосвязи, расположенных на земной поверхности и предназначенных для обеспечения собственно связи. Отметим, что в наземных системах радиосвязи аналогичные станции называются наземными. На рис. 1.45 приведена упрощенная структура построения современной системы подвижной спутниковой связи, работающей непосредственно с телефонной сетью общего пользования

Системы мобильной спутниковой связи классифицируют по двум признакам: типу используемых орбит и различию в зонах обслуживания и размещения

ЗС. В состав любой сети спутниковой связи входят земные станции (земной и абонентские сегменты) трех видов:

• абонентские станции (АС) — авиационная, морская, сухопутная,

переносная, персональная;

• земные стационарные станции сопряжения (ЗСС);

• станции управления сетью (СУС).

Рис. 1.45. Упрощенная структура построения СПСС

Р ис. 1.46. Геостационарная орбита спутника

Очень часто на схемах земные станции ЗСС и СУС объединяют и обозначают как СУС. Кроме того, собственно космический (спутниковый) сегмент содержит устройства, условно названные терминалом телеуправления спутником. (ТТС), обеспечивающим эксплуатацию, телеуправление и контроль за работой систем спутника связи.

По типу используемых орбит различают СПСС со спутниками, расположенными на геостационарных (Geosynchronous; орбита, рассчитанная таким образом, чтобы спутник постоянно находился над одной и той же точкой земной поверхности; для этого он должен перемещаться со скоростью вращения Земли, т. е. его период обращения равен 24 ч; высота 36 000 км; рис. 1.46), высокоэллиптических промежуточных и низких земных орбитах (Low Earth Orbit — LEO). Последние называются системами спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках (высота орбит ИСЗ 200...700 км).

Системы подвижной радиосвязи на низкоорбитальных спутниках позволяют создать на поверхности Земли плотность потока мощности электромагнитных колебаний, достаточную для работы с легкими абонентскими станциями размером с портативную телефонную трубку, и дополняют сотовые системы радиосвязи. Наиболее распространенной международной системой подвижной спутниковой связи является глобальная сеть связи lnmarsat-M, предназначенная для обслуживания подвижных абонентских станций. Сеть Inmarsat-M обеспечивает связь практически с любой точкой мира, позволяет подключить компьютерную сеть Internet, факс и ряд других устройств передачи цифровых данных. Космический сегмент системы связи базируется на геостационарных спутниках, расположенных над Атлантическим, Тихим и Индийским океанами. В настоящее время спутниковая связь все более переводится в плоскость персонального обслуживания подвижных абонентов. Энергетический баланс линий спутниковой связи до последнего времени не позволял уменьшить абонентскую станцию до размеров сотового телефона. Однако применение спутников, находящихся на негеостационарных орбитах, в том числе низкоорбитальных, позволяет, в сравнении с геостационарными спутниками, существенно уменьшить задержку в канале связи, что весьма существенно для передачи речевых сообщений, снизить энергетику линии, что позволяет значительно уменьшить габаритные размеры и массу абонентского терминала, а также использовать абонентские терминалы с ненаправленными антеннами. Это создает преимущества перед геостационарными и высокоорбитальными спутниками и позволяет разрабатывать СПСС с персональными радиотелефонами типа сотового, снабженными ненаправленными антеннами. При этом существенно уменьшаются затухание сигнала на трассах Земля - спутник и спутник - Земля и его запаздывание в каналах связи. Для сравнения отметим, что время задержки сигнала у геостационарных систем спутниковой связи составляет около 300 мс (это особенно заметно по разговорам корреспондентов на телевизионном экране, когда они ведут репортаж через спутниковую систему связи), а у низкоорбитальных — не более 200 мс. Такое уменьшение запаздывания сигналов способствует двух- скачковому (двукратному) методу передачи сигналов через спутники. СПСС с низкоорбитальными спутниками обеспечивают достаточно широкие функции в обслуживании абонентов. Прежде всего, они позволяют организовать телефонную персональную связь с подвижным абонентом, находящимся вне зоны действия телефонных сетей (сотовых и прочих). Кроме того, они широко внедрены в морских службах спасения для радиоопределения местоположения объекта, пейджинга, электронной почты и т. д.

Проект современной спутниковой системы связи основан на широком международном сотрудничестве, в котором участвуют и российские компании. В проекте орбитальной группировки практически каждой спутниковой системы связи используется до 70 спутников-ретрансляторов, расположенных на 4 - 8 орбитах (см. аналог на рис. 1.36). Любой спутник орбитальной группировки своими лучами формирует несколько наземных сот связи. В совокупности один ретранслятор создает на Земле подспутниковую зону диаметром примерно 4 500 км. Полная орбитальная группировка формирует практически сплошную спутниковую зону связи, покрывающую всю поверхность Земли. Из отечественных сетей космической связи наиболее перспективной является система Сигнал. Космический сегмент системы связи Сигнал включает «созвездие» из 45...55 спутников-ретрансляторов, находящихся на орбитах высотой 700...1 500 км. Спутники расположены небольшими группами (3...5 штук) в определенных плоскостях неба так, что при движении по заданным орбитам они узкими диаграммами направленности своих антенн совокупно формируют сотовую структуру заданной зоны обслуживания. Помимоупомянутых систем в ряде стран разрабатывают другие проекты систем спутниковой подвижной связи общего пользования, а также специализированные системы спутниковой подвижной связи, предназначенные для контроля над состоянием и местоположением транспортных средств, обеспечения связи в чрезвычайных ситуациях, осуществления экологического и промышленного мониторинга и т. п. Некоторые из них уже реализованы.