Системы подвижной спутниковой связи на основе низкоорбитальных ИСЗ

     Планируется, что на борту ИСЗ будет установлено  запоминающее устройство и средства системы позволят принимать и обрабатывать сигналы, поступающие из любой точки Земного шара. Это свойство особенно важно для тех диспетчерских служб и подвижных объектов, которые не имеют строго выраженных географических ограничений в своем передвижении.

     Наземный  сегмент будет состоять из приемо-передающих Земных станций и координирующего  их работу Центра управления сетью. Приемо-передающие станции будут осуществлять обмен  информацией между Центром управления сетью и спутниками. Эти станции, как правило, должны состоять из двух антенн со следящими системами, ВЧ тракта, модемного оборудования и коммуникационной программы для обмена с Центром управления сетью.

     От  количества и месторасположения  приемо-передающих Земных станций будет  зависеть территория, обслуживаемая системой и оперативность связи. По расчетам американских специалистов, для России необходимо 6 приемо-передающих  станций и один Центр управления сетью. Учитывая, что приемо-передающие станции должны работать в автономном режиме под управлением Центра управления сетью и их не планируется обслуживать оперативным персоналом, а также то, что связь системы с другими сетями осуществляется через Центр управления сетью, по расчетам разработчиков, персонал всей системы на территории России должен состоять из 70-80 человек.

     Центр управления сетью является центром  сети в каждой стране и осуществляет стык сети “ОРБКОММ” с другими  государственными и частными сетями связи. Связь между Земными станциями  и Центром управления сетью (дуплексный канал 56 Кбит/сек) может осуществляться как по проводным каналам, так и с использованием технологии VSAT.

     Предполагается  изготавливать различные типы пользовательских терминалов. Например, планируется  изготовление малогабаритных терминалов, которые можно будет встроить в автомобильный УКВ радиоприемник.

     Частота излучения терминалов 148.0 - 150.05 МГц. Скорость передачи информации на ИСЗ - 2.4 Кбит/сек, с ИСЗ - 4.8 Кбит/сек. 
 

4.3 Форматы передаваемых  сообщений

В сети “ОРБКОММ”  планируется осуществлять обработку  следующих видов сообщений:

- короткие посылки,  не требующие подтверждения. Терминалы  пользователей передают короткие  сообщения, прием которых не  требует подтверждения (режимы  DataNet, MapNet );

- короткие посылки,  которые требуют подтверждения.  Существуют два уровня подтверждений: что сообщение принято системой и что сообщение принято адресатом (режимы DataNet, MapNet, SecurNet);

- запрос сообщения.  Сообщение передается терминалом  пользователя по команде со  спутника. Эта команда поступает  на спутник с Центра управления сетью, который обслуживает пользовательский терминал (режимы DataNet, MapNet);

- обмен сообщениями.  Сообщение разбивается на части  для надежности передачи и  передается короткими пакетами  по 10 бит через спутниковый канал.  Пакет считается принятым после получения подтверждения, либо, если таковое не получено, пакет передается еще раз. Эти сообщения могут быть переданы на терминалы пользователей и приняты от них (режим VitalNet);

- прием/передача  пакетов средней длины (256 бит). Они передаются или принимаются терминалом пользователя без участия Центра управления сетью. Это допустимо в удаленных и океанских зонах. Терминал пользователя осуществляет прием или передачу пакетов информации, когда связь с Центром управления сетью невозможна. Сообщение архивируется в памяти спутникового процессора до установления контакта спутника с терминалом или Центром управления сетью;

- команды - короткие  команды, состоящие из одного  пакета передаются на терминал  пользователя. Подтверждение может  требоваться или не требоваться.

     Режим SekurNet предназначен для передачи сигналов тревоги, бедствия, безопасности. При нажатии определенной кнопки на терминале или другом способе включения режима, пользовательский терминал передает короткое сообщение о бедствии постоянно до тех пор, пока не будет принято подтверждение о приеме этого сообщения.

     Режим MapNet предназначен для передачи сообщения о местоположении удаленного пользовательского терминала.

     Режим DataNet предназначен для обмена цифровой информацией с удаленными необслуживаемыми терминалами. Информация может быть записана в память терминала и считываться в момент передачи, а также может считываться с датчиков. В этом режиме могут быть переданы команды на терминал для срабатывания оконечного оборудования.

     Режим VitalNet включает в себя все выше перечисленные режимы и, соответственно, терминал будет иметь возможность также осуществлять прием/передачу сообщений. 

4.4 Взаимодействие  с другими сетями связи

     Взаимодействие  с другими сетями связи будет  осуществляться через Центр управления сетью, в котором должны быть предусмотрены соответствующие интерфейсы. Центр управления сетью “ОРБКОММ” будет осуществлять прием информации с терминала и переформатировать его в зависимости от того, в какую сеть оно направлено. Аналогично, принятые из других сетей сообщения будут переформатироваться в Центре управления сетью в передаваться на пользовательские терминалы. Окончательный выбор интерфейсов, их типов и количества должен определяться на стадии проектирования с обязательным согласованием с Министерством связи РФ и владельцами сетей. 

4.5 Зоны обслуживания  и время доставки сообщений

     Теоретически, система “ОРБКОММ” будет покрывать  всю территорию Земного шара. Первые два спутника планируется запустить  на полярную орбиту (наклонение 90 град.). Основное покрытие должны будут осуществлять 24 спутника ( по 8 спутников в каждой из трех орбитальных плоскостей). Эти орбитальные плоскости будут иметь разнесение по долготе восходящего угла 120 градусов и наклонение 45 градусов к экватору. В дальнейшем, для увеличения пропускной способности системы планируется запустить еще 8 спутников в четвертой орбитальной плоскости с наклонением 45 градусов и дополнительно два полярных спутника с наклонением 90 градусов.

  Продолжительность сеансов связи и перерывов между сеансами в зависимости от широты месторасположения терминала пользователя будет изменяться: до 50 градуса средняя продолжительность сеансов связи составляет 10 минут, а среднее время ожидания - 3-4 минуты. С увеличением широты появляются значительные перерывы между сеансами связи. Наиболее длительное ожидание сеанса связи наблюдается на широте 65 градусов и составляет 81,9 мин. Это вызвано там, что на этой широте терминал пользователя сможет работать только с полярными спутниками, так как уже не будет попадать в зону действия спутников с наклонением в 45 градусов.

     В дальнейшем, с увеличением широты места, будет увеличиваться время, в течении которого можно будет  работать со спутниками и, соответственно, время ожидания сеансов связи  будет уменьшаться.

     Время доставки сообщения (быстродействие системы) зависят от:

- времени ожидания  сеанса связи;

- времени передачи  сообщения на спутник;

- времени передачи  сообщения со спутника на Земную  станцию;

- времени передачи  сообщения с ЗС в Центр управления  сетью;

- времени передачи сообщения из Центра управления сетью к адресату.

     В данном случае имеется в виду, что  сообщение имеет такую длительность, что передается за один сеанс связи. Как правило, большинство сообщений  пользователей имеет такую длительность.

     Время доставки сообщения с терминала на спутник, а также со спутника через Земную станцию и Центр управления сетью адресату составляет 1-2 мин (при том условии, что терминал и Земная станция одновременно находятся в зоне видимости спутника). В случае, когда в зоне видимости спутника находится только терминал, сообщение сразу передается с терминала на спутник, а со спутника на Земную станцию только тогда, когда она попадает в его зону видимости. Соответственно увеличивается время доставки сообщений.       

  

Заключение

  В настоящей работе рассмотрены существующие и планируемые к вводу в ближайшее время космические системы, позволяющие осуществлять определение местоположения подвижных объектов и передавать эти данные в диспетчерские пункты, что позволяет осуществлять контроль за движением и безопасностью этих объектов.

     Из  космических систем, которые могут  решать поставленные задачи, а также  позволяют осуществлять двустороннюю связь в режиме передачи данных, наиболее дешевой и надежной, возможно будет являться система “ОРБКОММ”. Однако, так как система еще не введена в эксплуатацию, данное заключение сделано чисто теоретически, основываясь на данных, полученных в результате предварительных расчетов.

     Целесообразность  применения спутниковых каналов  связи определяется техническими и экономическими преимуществами, которые могут быть получены с их помощью. Поэтому основной критерий сравнения сетей — это энергетический эффект и стоимость развертывания системы в целом.

     Стоимость спутниковой системы связи, в  основном, складывается из:

- затрат на  разработку и производство спутника;

- затрат на  вывод спутника на орбиту;

- затрат на  развертывание сети земных станций.          

     В силу того, что данные по стоимости  спутника и стоимости вывода его  на орбиту является конфиденциальной информацией и, как правило, нигде не публикуется, их можно оценить лишь приближенно. Затраты на производство и запуск спутника типа “ИНМАРСАТ” посредством ракетоносителя типа “Протон”, на сегодня находятся в пределах 80-150 млн. долларов США, а для системы “ОРБКОММ”, при запуске которой используется технология “Пегас”, эти затраты составляют 5-20 млн. долларов США. Такая экономия средств достигается, во-первых, путем применения на спутниках аппаратуры, созданной на основе микросхем и микропроцессоров, что значительно снижает затраты на схемотехнические элементы и значительно снижает весогабаритные характеристики космических аппаратов; во-вторых, при использовании технологии “Пегас” исчезает необходимость в производстве дорогостоящих ракетоносителей, т.к. здесь для вывода на орбиту сразу нескольких космических аппаратов используются самолеты, поднимающиеся на высоту 11-12 тыс. метров, с которых производится запуск ракеты-носителя.  Затраты на развертывание земных станций для систем подвижной связи примерно одинаковы и находятся в пределах 10-20 млн. долларов США.

     Энергетический  эффект достигается путем уменьшения расстояния между земными станциями  и спутниками, что приводит к уменьшению требуемой мощности передатчиков как  земных станций, так и передатчиков, устанавливаемых на космических аппаратах. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению размеров спутника. Также низкоорбитальные ИСЗ, при соответствующем выборе группировки, могут обслуживать любые территории на поверхности Земли, вплоть до глобального охвата.

  

Литература

1. Описание системы  “ОРБКОММ”

2. Описание системы  “Инмарсат” М. 1995г.

3. “Системы спутниковой  связи” под ред. Кантора М.: Радио и связь 1992г.

4. Соколов В.В.  Могучев В.И. Пыльцов В.А. Фомин  А.Н. ”Оценка возможностей систем  спутниковой связи с различными видами орбит космических аппаратов” “Зарубежная радиоэлектроника”,1996г.,№2.