Образовательный портал о технологиях мобильной связи


Архитектура спутниковых систем связи (ССС) . .


      Любая ССС состоит из трех сегментов: пользовательского, спутникового и сегмента управления. Пользовательский сегмент — это сеть абонентских станций. Сегмент управления включает несколько наземных станций, обеспечивающих управление и сопряжение ССС с наземными системами связи. Спутники на орбите выполняют роль ретрансляторов. В этом смысле они мало отличаются от традиционных ретрансляционных систем.

      Возможны три основных направления передачи информации: Земля КА (восходящий канал), К А Земля (нисходящий канал) и спутник спутник. В последнем случае бортовая аппаратура КА может выполнять функцию маршрутизации трафика. КА, как правило, поддерживает несколько независимых каналов приемопередачи (стволов или траспондеров). Современные КА могут содержать десятки транспондеров. Известно несколько схем спутниковой ретрансляции. Наиболее простая — это схема группового повторителя (прозрачная ретрансляция). Принимаемый групповой сигнал (от наземной станции) преобразуется без демодуляции в сигнал выходной частоты, усиливается и транслируется. Известны методы разделения входного канала на несколько подканалов и отдельная обработка (усиление) в каждом из них. Наконец, в современных ССС, поддерживающих пакетную коммутацию, т. е. с демодуляцией и декодированием сигнала на борту КА, применяются регенеративные схемы ретрансляции — сигнал восстанавливается до исходного потока данных, а затем вновь преобразуется в ВЧ-спгнал.

      С точки зрения зоны обслуживания выделяют глобальные (охватывающие значительную часть территории Земли) и региональные ССС (т.е. оптимизированные для обслуживания определенного региона или страны). Характерный пример глобальных ССС — Intelsat, Inmarsat, региональных — «Молния», Eutel-sat, Arabtelsat.

      Согласно исторической традиции ССС принято делить на системы фиксированной спутниковой связи (СФСС) и подвижной (СПСС). Сегодня это деление достаточно условно, и речь скорее надо вести о возможной скорости передачи данных (или о широкополосной и узкополосной связи). Однако данная градация отражена в действующих нормативных документах, и игнорировать ее нельзя. Для ФСС предусмотрено несколько возможных диапазонов частот: С-диапазон (5,9-6,4 и 3,7-4,2 ГГц, восходящий и нисходящие каналы соответственно), Ки-диапазон (14,0-14,5 и 11,7 12,2 ГГц) и Ка-диапазон (27-31 и 17 21 ГГц). В последнее время начинают осваивать Q- и V-диапазоны (в районе 40 и 50 ГГц). Для межспутниковых каналов используют диапазоны 54-58 и 59-64 ГГц. Наиболее развитая система ФСС несомненно Intelsat. Основанная в 1964 году как международная организация, Intelsat в 2001 году стал частной компанией. К началу 2004 года в ее орбитальную группировку входило 28 действующих КА (и два резервных) на геостационарной орбите. ССС Intelsat связывает пользователей более чем в 200 странах мира.

      Формально СПСС должны работать в L- и S-диапазонах частот (1,53-2,7 МГц и 2,7 3,5 ГГц) и ниже 1 ГГц. Но развитие микроэлектронных технологий позволяет сегодня делать вполне мобильными и абонентские станции в Ка-диапазоне. Крупнейший оператор СПСС — это основанный в 1979 году международный консорциум Inmarsat, в 1999 году преобразованный в частную компанию. Он располагает орбитальной группировкой на GEO в составе 5 КА Inmarsat 1-3 третьего поколения (один – резервный), образующей глобальную систему мобильной связи. До этого в группировку входили 4 КА Inmarsat 1-2 второго поколения (запуски в 1990 1992 годах). ССС Inmarsat работает в L- и С-диапазонах и поддерживает несколько стандартов предоставления услуг как телефонной связи, так и низкоскоростной передачи данных. Основной недостаток системы Inmarsat — удаленность ее КА, находящихся на GEO, и связанный с этим комплекс проблем. Даже специально разработанный терминал стандарта Inmarsat Mini-M весит около 3 кг и по размерам соответствует ноутбуку.

      В начале середине 90-х годов появилось несколько десятков проектов создания низко- и среднеорбитальных ССС, как для задач телефонии, так и для широкополосной передачи данных (к 1977 году в ITU поступило около 50 таких проектов). В области телефонии до практической реализации дело дошло лишь у двух глобальных низкоорбитальных систем — Iridium и Globalstar (персональные спутниковые телефоны). Первая пережила банкротство и медленно возвращается к жизни, вторая пребывает в состоянии банкротства. Та же судьба постигла и ССС на МЕО — ICO. Наиболее амбициозным низкоорбитальным проектом спутниковой СПИ была система Teledesic. Предполагалось, что эта система с орбитальной группировкой в 288 КА будет работать в Ка-диапазоне, однако подобные системы получаются очень дорогими. Наземные беспроводные СПИ развиваются столь стремительно, что конкурировать с ними низкоорбитальным ССС оказалось не под силу.

      Видимо, первой услуги широкополосной передачи информации мобильным пользователям станет предоставлять Inmarsat, в ближайших планах которого запуск на GEO спутников четвертого поколения Inmarsat 1-4, обеспечивающих обмен с абонентскими терминалами на скоростях до 432 кбит/с и совместимость с системами сотовой связи третьего поколения (первый спутник Inmarsat 1-4 успешно запущен 11 марта 2005 года).

      Упомянем еще об одном виде низкоорбитальных ССС, так называемых little-LEO. Это ССС, работающие в частотном диапазоне ниже 1 ГГц и выполняющие функцию передачи небольших объемов информации вне реального времени. Характерный пример — системы «Гонец» и Orbcoinin. КА систем «Гонец» — это ретрансляторы с зоной обслуживания диаметром примерно 5 тыс. км (высота орбиты 1500 км, наклонение 82,5°). Если принимающий абонент находится вне зоны обслуживания, информация запоминается и передается при пролете КА через его регион. Основное назначения таких систем — электронная почта и пей-джинг. Они относительно просты, что существенно снижает стоимость оборудования и услуг.

      В последнее десятилетие чрезвычайно мощное развитие получили сети, использующие геостационарные КА и наземные станции с очень малой апертурой антенн (VSAT — Very Small Aperture Terminal) и их разновидность USAT — станции с ультрамалой апертурой антенн (диаметром менее 0,5 м). VSAT-системы широко используются при создании корпоративных ССС. Такие системы за счет относительной простоты и невысокой стоимости наземных станций (диаметр антенн порядка 1,5-1 м в Ки-диапазоне и 0,5 м в Ка-диапазоне) позволяют достаточно просто объединить удаленные друг от друга локальные объекты в единую сеть передачи информации со скоростями обмена порядка 2 Мбит/с и выше. И если бы не особенности национального регулирования связи, ряд из них вполне можно было бы отнести к подвижным системам.

      Архитектура VSAT-сетей может быть произвольной: точка-точка, каждый с каждым, звезда. Однако для построения распределенных сетей передачи данных наиболее приемлема последняя технология. Она подразумевает наличие одной центральной наземной станции с большой антенной и ряд удаленных терминалов. Связь организуется через центральную станцию в режиме разделения времени. Используют и технологию «каждый с каждым», при этом каналы, как правило, не фиксированы и предоставляются по запросу (механизм DAM А). С точки зрения спутникового сегмента отличие технологии VSAT — зона обслуживания не накрывается одним глобальным лучом, а разбита на ряд сегментов, охватываемых рядом относительно узких лучей. Такой метод поддерживают практически все современные КА на GEO. Отметим, что на фоне неудач низкоорбитальных спутниковых систем передачи данных рынок VSAT-систем успешно развивается, в том числе и в нашей стране. В качестве характерной VSAT-системы назовем принадлежащую ОАО «Газпром» систему «Ямал».