Сергей Шавараков
При построении региональных систем подвижной спутниковой связи использовались те же один три спутника и одна-две земные станции. Однако благодаря наличию в составе геостационарных ИСЗ больших антенн, формирующих посредством сверхузких лучей сотовую структуру охвата земной поверхности, обеспечивается устойчивая физическая линия связи с АС, выполненной в виде ручного телефона.
Предполагается, что эти системы будут дополнять существующие сотовые радиосистемы связи в местах разрывов зоны обслуживания и работать по протоколам доступа GSM - одного из ведущих стандартов сотовой радиосвязи, что позволяет АС функционировать в двухмодовом режиме.
Учитывая, что стоимость подобных систем будет существенно ниже стоимости глобальных низко- и среднеорбитальных систем персональной связи, можно предположить, что у этих систем хорошие перспективы, главным образом, в экваториальных регионах.
Для перечисленных низко- и среднеорбитальных геостационарных СПСС характерны следующие тенденции и направления развития:
- переход к зональному и сотовому обслуживанию за счет применения бортовых МЛА;
- применение цифровых методов передачи и обработки информации, широкое использование методов многостанционного доступа с временным (МДВР) и кодовым (МДКР) разделением каналов;
- широкое внедрение принципов повторного использования частот в ограниченных выделенных участках диапазонов;
- переход к новым орбитам;
- сохранение (в основном) принципов связи абонентских станций (АС) через центральную, базовую станцию;
- централизованный доступ средств земного сегмента к ресурсам спутника-ретранслятора и архитектура со шлюзовыми земными станциями ЗС (станциями сопряжения) для интеграции с наземной сетью.
Таким образом, в большинстве систем наряду с новыми технологиями сохранились некоторые прежние принципы организации спутниковой связи, заложенные в СПСС Inmarsat, и прежде всего соединение терминалов с любым абонентом наземных сетей либо с аналогичной спутниковой АС через центральную станцию (ЦС) посредством фидерных линий на участке ИСЗ-ЦС.
В целом отличительной чертой СПСС является то, что большинство из них, несмотря на техническое разнообразие, предлагают в общем-то близкие, почти одинаковые услуги, аналогичные тем, которые предоставляет сотовая связь. При этом почти все проекты персональной спутниковой связи предусматривают создание двух- или трехмодовых абонентских терминалов, что дает возможность использовать их и в наземных сотовых сетях различных стандартов. Различия состоят, в основном в конструкции, ценах на ручные терминалы, способах регистрации и тарифах.
Учитывая большое количество проектов, можно предположить, что все эти системы будут вынуждены бороться за клиентов. Поэтому важное значение имеют тесно связанные с рассмотренными системно-технологическими особенностями чисто пользовательские, эксплуатационные показатели и удобства. Вместе с ценой терминала и тарифами они будут оказывать решающее влияние на уровень популярности той или другой системы.
Потребительские требования
Рассмотрим потребительские требования более подробно применительно к системам подвижной спутниковой связи.
К потребительским требованиям можно отнести такие, как зона обслуживания системы, виды предоставляемых услуг, вероятностно-временные характеристики обслуживания, надежность и устойчивость связи.
Сравнивая различные системы ПСС, необходимо учитывать, что во многом их структурное построение и используемые технические решения определяются целевым назначением СПСС, т. е. тем, какую категорию потенциальных пользователей данная СПСС должна обслуживать. Необходимо отметить, что для разных категорий пользователей перечисленные выше характеристики СПСС имеют различное значение.
Космический аппарат системы спутниковой связи Odysseу
Исторически системы подвижной спутниковой связи в мире и в нашей стране возникли для осуществления связи в тех случаях, когда другие виды связи практически нельзя было применять. В качестве примера можно привести международную систему морской спутниковой связи Inmarsat. Ее первоначальной целью было обеспечение связи с находящимися в плавании крупнотоннажными морскими судами. Эта цель определила зону обслуживания системы - с помощью трех ИСЗ на ГСО, ограниченное число береговых станций и их сопряжение с сетями общего пользования на уровне международных центров коммутации. В первом введенном в эксплуатацию cтандарте Inmarsat-А пользователям были предоставлены телефонная и телеграфная связь. Связь между двумя судами рассматривалась как редкое событие и обеспечивалась в двухскачковом режиме, при этом временная задержка в телефонном канале превышала нормы МСЭ-Т. Условия применения и эксплуатации абонентских терминалов не предъявляли жестких требований к стоимости, габаритно-массовым и энергетическим характеристикам аппаратуры, квалификации обслуживающего персонала. Установленные в условиях отсутствия конкуренции тарифы позволили успешно окупить затраты на создание и эксплуатацию системы и создали предпосылки для ее дальнейшего развития.
Хотя система Inmarsat создавалась для морской связи, в ходе ее эксплуатации был получен определенный опыт, позволяющий использовать ее для других целей, в частности для обеспечения связью сухопутных абонентов, оторванных от наземных телекоммуникационных сетей. При этом, а также при использовании спутниковой связи на автомобильном и воздушном транспорте у пользователей резко возросли требования к таким характеристикам терминалов, как стоимость, размеры, масса, энергоемкость, простота в обращении, устойчивость связи при движении транспортного средства в городских условиях или по пересеченной местности. Определенный шаг для удовлетворения этих требований был сделан в cтандартах Inmarsat - С, AERO (класс 1) , системах сухопутной подвижной спутниковой связи Omnitracs, Euteltracs, Prodat и др. Однако используемые в этих системах терминалы по своим энергетическим характеристикам и стоимости пригодны для ограниченного применения (режим низкоскоростной передачи данных).
Появление проектов “больших” СПСС с ИСЗ на низких и средних орбитах означало качественный скачок не только в области техники, но и в назначении этих систем, которые стали системами не только подвижной, но и персональной связи, рассчитанной на обслуживание миллионов пользователей. Появилась возможность “привязывать” абонентский терминал не к транспортному средству, а к самому человеку. Естественно, при этом во главу угла ставятся минимальные вес и энергопотребление терминала (т. е. телефонной трубки), привычное для массового пользователя обращение с ним, минимальная стоимость терминала и услуг связи. Строго говоря, низко- и среднеорбитальные СПСС по удовлетворению пользовательских требований следует сравнивать не только с традиционными СПСС, базирующимися на геостационарных ИСЗ, но и с системами сотовой связи, поскольку они выступают на общем потребительском рынке.
Зона обслуживания
Покрытие (зона обслуживания), обеспечиваемое спутниковой сетью, зависит от параметров спутниковой антенны, высоты орбиты и числа спутников в орбитальной группировке.
СПСС со спутниками на ГСО имеют принципиальное ограничение по зонам обслуживания. Эти ограничения касаются территорий, расположенных в высоких широтах между 75о с. ш. и 75о ю. ш. при минимальных рабочих углах места земных станций 50о и между 70о с. ш. и 70о ю. ш. при углах 10о. Размеры зоны обслуживания по долготе определяются количеством ИСЗ в системе и выбранными точками их стояния.
Например, три спутника “Аркос” российской системы “Марафон” будут размещены в орбитальных позициях 13,5о з. д., 40о в. д. и 90,5о в. д. и обеспечат охват всей территории России. Такая зона обслуживания системы “Марафон” охватывает большинство пользователей, за исключением авиации на северных, в том числе трансконтинентальных маршрутах и части арктического морского флота. Для обслуживания пользователей, дислоцирующихся в северных районах, вне зон обслуживания ИСЗ “Аркос”, в системе “Марафон” планируется организовать сети спутниковой связи с использованием ИСЗ “Маяк” на высокоэллиптической орбите.
Организация связи российской системы “Марафон”
Зона обслуживания СПСС Globalstar с 48 спутниками, с высотой орбиты 1414 км, с углом наклонения 52о охватывает территорию земной поверхности между 72-ми параллелями северной и южной широт и не обеспечивает охват северных и южных регионов, т. е. близка к зонам обслуживания систем с космическими аппаратами (КА) на ГСО. За пределами зоны обслуживания в России оказались труднодоступные районы Севера и трасса Северного морского пути.
Следует также отметить, что реальная зона обслуживания системы Globalstar определяется не только спутниками, но числом и местом расположения станций сопряжения. В результате из зоны обслуживания системы выпадают значительные участки морской акватории, что ограничивает или исключает из состава возможных пользователей морской и воздушный транспорт.
В то же время СПСС Iridium с 66 спутниками, имеющими угол наклонения 86ои более низкую высоту орбиты (780 км), обеспечивает полный охват территории. Системы связи Odyssey и ICO используют меньшее число спутников (10 и 12 соответственно), но на больших высотах (средне-круговые орбиты): 10 300 км с углом наклонения орбиты 50о и 45о, обеспечивая такой же охват, как система Globalstar.
Необходимо обратить внимание на возможность различных СПСС, используя эффект перекрестного покрытия лучами орбитальной группировки, перераспределить часть емкости на менее загруженный спутник с помощью процедуры “hand-off”. Тем не менее ограничение ресурса мощности и емкости непрерывного трафика у больших ИСЗ на низких орбитах дают основания считать это недостатком по сравнению с системами на базе средних и геостационарных орбит. Другими словами, системы на базе низколетящих спутников оптимальны только для слабомаршрутизированных связей на непрерывной основе.
Продолжение в следующем номере.
Продолжение. Начало см. PC Week/RE, № 9/98, с. 34.
