Кажется, на исходе XX века рождается еще одно чудо техники - персональная радиосвязь индивидуума со своим абонентом, находящимся в любой точке планеты. Эту возможность предоставляют глобальные системы космических ретрансляторов с помощью радиотелефонной трубки - абонентского терминала (АТ). Сбывается мечта человечества о немедленной связи в любом месте в любое время.
Появление в последние годы систем персональной спутниковой связи (СПСС) стало возможным благодаря прогрессу разнообразных технологий - космических, электронных, радиотехнических. Вспомним, что еще менее 10 лет назад практически единственным средством массовых спутниковых телекоммуникаций с мобильными абонентами считалась международная система "Инмарсат".
Персональный терминал - продукт эволюции систем
"Инмарсат" и подобные ей более поздние системы спутниковой связи предполагают следование абонента за терминалом, т. е. вместе с подвижным объектом - кораблем, автомобилем, поездом, самолетом. На них устанавливаются приемопередающая аппаратура и антенны, работающие через спутник-ретранслятор (СР), находящийся на геостационарной орбите (GEO - Geostacionary Earth Orbit).
Позднее начали появляться мобильные спутниковые терминалы, следующие за абонентом, т. е. переносимые или перевозимые в виде "кейсов", небольших контейнеров и т. п. и приобретающие таким образом персональный характер.
Снижение массы и габаритов терминалов спутниковой связи и превращение их в переносные стало возможным благодаря установке на борту геостационарных СР более эффективных узконаправленных антенн, обеспечивающих дополнительное усиление радиосигнала в локальных зонах обслуживания. К числу таких систем, относящихся к подвижной спутниковой службе, принадлежат, в частности, международные - "Инмарсат-3", EMSS, MSAT, а также российский проект "Марафон".
Создание упомянутых систем предполагает расширение производства мобильных терминалов, однако все же основным их назначением остается связь с подвижными объектами. Это обстоятельство, а также масса, габариты и стоимость АТ (от нескольких тысяч до десятков тысяч долларов), существующие и ожидаемые тарифы на пользование каналами сдерживают их коммерческое применение и массовое использование.
Дальнейшее упрощение, облегчение и удешевление АТ, приближение его к портативному, сугубо персональному варианту возможно при повышении энергетической эффективности бортовых GEO-ретрансляторов и антенных устройств или при снижении орбит с одновременным увеличением числа СР на орбите.
И в том и в другом случае главная задача - увеличить уровень радиосигнала на входе СР и АТ до такой степени, чтобы пользовательский приемопередатчик с антенной мог разместиться и нормально функционировать в объеме ручной телефонной трубки, подобной сотовому радиотелефону.
Низкие и средние орбиты - шаг в XXI век
Первые проекты глобальных коммерческих СПСС, появившиеся всего несколько лет назад, базируются на втором направлении - использовании низких орбит (LEO - Low Earth Orbit). К ним относятся прежде всего "Иридиум" и "Глобалстар", создаваемые за рубежом одноименными консорциумами при ведущей роли таких крупных фирм-производителей, как Motorola/ Lockheed и Qualcomm/Loral соответственно.
Низкие орбиты СР рассматривались наряду с другими еще на заре становления спутниковой связи, но до недавних пор не пользовались широкой популярностью. На это имелся ряд причин, среди которых не последнюю роль сыграла определенная инерция взглядов и суждений, согласно которой спутник "должен быть виден долго и непрерывно", а лучше всего "быть неподвижным для наблюдателя", т. е. находиться на геостационарной орбите. Эта удобная, прозрачная и действительно уникальная концепция, высказанная Артуром Кларком еще в 1946 г. и эксплуатируемая уже три десятилетия, хорошо себя оправдала и имеет большое будущее.
Правда, за это время были созданы и низкоорбитальные системы, но для ограниченного применения, связанного главным образом с передачей коротких и относительно редких сообщений (примером может служить российская система "Гонец"). И лишь сверхзаманчивая идея глобальной персональной связи, основанная к тому же на сегодняшней технологии, а также и на экономических соображениях, возродила интерес к негеостационарным орбитам.
СПСС "Иридиум" содержит в своем составе 66 спутников-ретрансляторов на орбитах высотой 780 км, "Глобалстар" предусматривает 48 СР на высоте порядка 1400 км. Такое число спутников необходимо для поддержания непрерывного канала связи, предоставляемого любому абоненту на территории земного шара, ибо каждый из низкоорбитальных СР находится в зоне видимости АТ всего несколько минут за время одного оборота (витка). Благодаря следованию СР одного за другим и их расположению в разных орбитальных плоскостях обеспечивается полное покрытие земной поверхности зонами обзора и непрерывная видимость СР земными станциями. При этом переключение каналов АТ с одного СР на другой является делом техники, а увеличение их числа компенсируется меньшим весом и снижением затрат при выведении на более низкую орбиту.
Вслед за LEO появились среднеорбитальные системы (МЕО - Mean Earth Orbit) с высотой орбит порядка 10 000 км. При таких орбитах время и зона видимости одного СР значительно больше (до нескольких часов), что позволяет уменьшить число спутников до 10 - 12 и, кроме того, увеличить углы, под которыми их "видят" АТ. Из проектов МЕО-систем наиболее известны ICO (Intermediate Circular Orbit) и "Одиссей", предлагаемые соответственно Inmarsat/Hughes и Teleglobe/TRW.
Снижение орбит позволило уменьшить размеры и вес АТ до величины ручной микротелефонной трубки. Причем с помощью такого терминала в СПСС можно обеспечивать поочередно как спутниковую, так и наземную сотовую связь, в зависимости от местонахождения абонента. Имеется определенная аналогия с сотовыми системами и по принципам построения, так как в СР применяются бортовые многолучевые антенны (МЛА), образующие на поверхности Земли сотовую структуру покрытия зоны обслуживания, называемую иногда макросотовой.
Помимо космического и пользовательского сегментов (орбитальной группировки СР и абонентских радиотерминалов) архитектура LEO- и MEO- систем включает наземный сегмент: комплексы радиочастотного, линейного, коммутационного оборудования стационарных станций сопряжения - шлюзов для соединения мобильных или обособленных абонентов СПСС с абонентами телефонной сети общего пользования и других наземных сетей и служб, в том числе сотовых систем радиосвязи. Станции сопряжения образуют так называемые фидерные линии с СР, обеспечивая концентрацию спутниковых каналов от/к АТ в том или ином регионе, их коммутацию и распределение по наземным соединительным линиям в пределах своей зоны влияния.
В самые последние годы появились предложения по разработке GEO-систем внутрирегиональной персональной связи. Это проекты АРМТ (Asia Pacifik Mobile Telecommunications), ASC (Afro-Asian Satellite Communications), ACeS (Asia Cellular Satellite). Их отличительная особенность - использование СР с бортовыми многолучевыми антеннами значительно большего диаметра (12 м и более), чем у спутников на низких орбитах, а также во всех предшествующих спутниковых GEO-системах. Это необходимо для установления надежных линий связи с маломощными ручными АТ на расстояниях до 40 000 км. Число СР в таких СПСС, рассчитанных на региональное обслуживание, не превышает 3 - 6 (с резервом).
Будущее надо завоевывать
Системы персональной спутниковой связи обладают рядом особенностей, обусловленных, главным образом, различием параметров орбитального построения, но в сфере пользовательских характеристик и предоставляемых услуг они имеют много общего, в том числе и с наземными сотовыми системами.
Передача всех видов информации ведется в них в цифровой форме со скоростями от 1200 до 9600 бит/с. Телефонный режим организуется с помощью встроенных в АТ вокодеров с переменной скоростью преобразования речи (типа CELP). Помимо дуплексной телефонной связи персональные АТ позволят подключать ПК и поддерживать разнообразный набор услуг, таких, как передача факсимиле, электронная и голосовая почта, персональный вызов и приоритетное обслуживание, шифрование, а также определение местоположения мобильного абонента. Возможно и объединение АТ с универсальным ПК (мобильный спутниковый телекоммуникатор).
Сегодня и в обозримом будущем СПСС призваны развить и дополнить сотовую связь там, где она невозможна или недостаточно эффективна: при передаче информации в глобальном масштабе, в морских акваториях, районах с малой плотностью населения, в местах разрывов наземной инфраструктуры и т. д. Вместе с тем в граничащих областях применения не исключена конкуренция. При проектировании и внедрении СПСС, так же как и сотовых систем, особое внимание уделяется их интегрированию с наземными сетями, прежде всего с центрами или узлами коммутации того или иного уровня, использованию международных, европейских стандартов для сетевых интерфейсов и протоколов обмена, сигнализации, нумерации.
Число абонентов в сетях СПСС определяется пропускной способностью радиолиний СР-АТ и трафиком для тех или иных регионов, а также групп пользователей. Пропускная способность зависит от системно-технических решений, энергетических и орбитальных параметров СР, типа радиоинтерфейса, что и отличает рассмотренные выше системы друг от друга. Так, в MEO- и особенно в GEO-системах для достижения необходимой пропускной способности применены более эффективные МЛА (с более узкими лучами и большим их числом) по сравнению с LEO. В "Иридиуме", ICO и многих GEO СПСС используется метод многостанционного радиодоступа с временным разделением каналов (TDMA - Time Division Multiple Access), сходный с применяемым в наземном сотовом европейском стандарте GSM, тогда как в "Глобалстаре" и "Одиссее" заложено кодовое разделение (CDMA - Code Division Multiple Access), соответствующее по параметрам американскому стандарту IS-95.
В "Иридиуме" для глобального охвата предусмотрены межспутниковые линии и коммутация с маршрутизацией каналов в СР, что усложняет и удорожает систему, но придает ей более широкие возможности связи между мобильными абонентами без выхода в сеть общего пользования. В то же время в этой и других СПСС (за исключением "Глобалстара") достаточно редкое расположение земных станций-шлюзов (по одной-две на континенте) затрудняет организацию внутригосударственных сетей, обеспечивая глобальную связь лишь с помощью наземных каналов.
Указанные особенности влияют, с одной стороны, на уровень затрат, расценки, тарифную политику производителей систем, операторов и поставщиков услуг, с другой - будут определять формы образования рынка и спрос на услуги персональной связи, в частности на территории России. Как видно из таблицы, предполагаемые тарифы пока таковы, что трудно ожидать появления массового спроса, что, впрочем, характерно и для сотовой связи, несмотря на ее многолетнюю жизнь. Поэтому разработчикам СПСС на этапе внедрения следует учитывать сближение тех и других, а расставит все по своим местам, как водится, только рынок.
Аркадий Аболиц
СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ
+-----------------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Показатели | "Иридиум" | "Глобалстар" | ICO | "Одиссей" |
+-----------------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Количество | 66/6 | 48/8 | 10/2 | 12/3 |
|спутников/орбитальных | | | | |
|плоскостей | | | | |
+-----------------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Высота орбиты, км | 780 | 1414 | 10 355 | 10 355 |
+-----------------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Количество шлюзов | <25 | 200 | 12 | 7 |
+-----------------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Число каналов (2400 | 1100/72 000 | 2500/65 000 | 2000/24 000 | 2300/28 000 |
|бит/с) на спутник/в | | | | |
|системе | | | | |
+-----------------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Ожидаемый тариф, | 2 - 3 | 0,25 - 0,5 | 1,0 - 1,5 | 0,5 - 1,0 |
|долл./мин | | | | |
+-----------------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Год начала | 1996 - 1998 | 1997 - 1998 | 1998 - 2000 | 2000 |
|развертывания системы | | | | |
+-----------------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
