Сергей Шавараков

 

Для создания зоны охвата важна используемая антенная система, которая формирует множество отдельных лучей, каждый из которых создает на поверхности земли отдельную соту.

Размер соты зависит от диаметра антенны: чем больше антенна, тем ’уже лучи. Размер луча (соты) также зависит от высоты расположения спутника: чем выше спутник, тем больше размер луча при том же диаметре антенны.

Так, например, новые системы персональной связи на базе ГСО будут использовать антенны диаметром 12 м и обеспечат формирование сот с теми же размерами, что и спутники на низких орбитах (обычно 400 - 750 км в диаметре), хотя их спутники будут расположены намного выше. Использование подобных антенн в системах на низких орбитах позволило бы сформировать на поверхности земли микросоты сверхмалых размеров, хотя при этом будут возникать неконтролируемые кратковременные неопределенности положения антенны, вызванные влиянием атмосферы (торможения) из-за низкой высоты орбиты. Системы связи Agrani и Garuda ограничили свои программы одним-двумя спутниками, обеспечивающими охват отдельных регионов. При таком подходе спутники должны быть максимально большими. Например, в Agrani планируется использовать спутники Нughes HS 601 высотой 5 м, массой 4,6 т и с 12-метровой антенной.

Важной характеристикой системы служит величина зоны бесполезного покрытия. Любой охват океанских или других малонаселенных территорий неэффективен, даже если ретрансляторы будут выключаться, пролетая над этими регионами. И если спутники на геостационарных орбитах могут легко осуществлять избирательный охват важных регионов земли, избегая бесполезного покрытия, то спутники на низких и средних орбитах вынуждены будут охватывать моря и океаны. Лучи антенны могут быть выключены при нахождении спутника над водной поверхностью, однако это приводит к уменьшению коммуникационной емкости всей системы и, как следствие, к уменьшению ее эффективности из-за невозможности охвата всей поверхности земли.

Во избежание бесполезного покрытия спутники должны будут иметь управляемые антенные лучи, чтобы обеспечить фиксированное покрытие участка земли за время, которое определяется перемещением спутника по орбите до момента, когда он будет виден с поверхности земли под углом не менее 10 - 20о , а затем луч должен переключаться на следующий участок поверхности земли. Создатели Odyssey и Teledesic намерены решить эту сложную задачу путем использования управляемых антенных лучей, которые будут направляться и удерживаться над густонаселенными районами несмотря на перемещение спутника по низкой и средней орбите и избегать, насколько это возможно, бесполезного покрытия морей и океанов. Из-за различной высоты орбиты бесполезный охват морской поверхности будет меньше для среднеорбитальных систем (Odyssey), чем для низкоорбитальных (Teledesic).

Проект спутника нового поколения для создания региональных сетей

Как переключение, так и удерживание антенных лучей требуют сложной процедуры перехода между лучами (сотами), что снижает достижимую скорость передачи и увеличивает стоимость ручного терминала, хотя это само по себе и является достоинством таких систем (Odyssey и Teledesic). Odyssey обеспечивает непрерывный по времени охват (60 - 70 мин) с одним спутником, тогда как Iridium и Globalstar должны осуществлять переход каждые 1 - 2 минуты. Процедура перехода должна быть, насколько это возможно, прозрачной для пользователя и исключать случайную потерю вызова. Переход усложняется, если ручной терминал перемещается, так как в этом случае возникает ситуация, когда помимо перемещения ручного терминала между сотами осуществляется и движение самих сот по поверхности земли.

Новым системам персональной связи на базе ГСО существенно проще реализовывать процедуры перехода, так как их спутники не перемещаются относительно зоны покрытия и по существу эти процедуры соответствуют аналогичным в сотовых наземных сетях. Учитывая это, а также возможность формировать и направлять узкие лучи в районы с наибольшей плотностью населения в соответствии с потребностями трафика, можно существенно повысить эффективность этих систем.    

Виды предоставляемых услуг связи

Все “большие” СПСС (Iridium, Globalstar, ICO, “Марафон”, Odyssey), предназначенные для широкого круга пользователей, могут предоставлять примерно одинаковый набор услуг  -  передачу речи, данных, факсимильных сообщений, пейджинг. Для передачи речи используются вокодерные каналы 4,8 кбит/с (в Globalstar скорость кодирования речи переменная от 1,2 до 9,6 кбит/с), в радиоканалах применяется избыточное кодирование, т. е. следует ожидать качества речи, аналогичного тому, что обеспечивают сотовые сети. В виде дополнительной услуги все эти системы могут определять местоположение подвижного терминала. Поэтому отдать предпочтение какой-либо СПСС, исходя из этого показателя, затруднительно.

Особенностью канала со спутниками на геостационарной и высокой эллиптической орбитах (ВЭО) является временная задержка сигнала, достигающая 0,3 с, что приводит к ухудшению качества телефонного обмена, особенно в двухскачковом режиме. У СПСС на низко- и среднеорбитальных ИСЗ есть в этом плане потенциальные преимущества. Однако реализуемые в СПСС Iridium методы обработки и передачи речевой информации приводят к задержкам сигнала, приближающимся к имеющим место в системах с КА на ГСО в режиме одного скачка.

Более важен для абонентов способ подключения СПСС к наземным сетям общего пользования. В системах Iridium и ICO сопряжение предусмотрено на уровне международных центров коммутации, что соответствует интересам пользователей, находящихся за пределами национальных территорий (моряки, летчики, коммерсанты, путешественники) и имеющих необходимость связываться с различными странами и регионами. При этом возможности Iridium предпочтительнее, так как за счет межспутниковой связи обеспечивается подключение терминала к любой станции сопряжения системы, а не только к находящейся в зоне взаимной видимости СС и терминала пользователя, благодаря чему сокращается длина участвующего в соединении наземного канала.

В системе Globalstar подключение к сетям общего пользования осуществляется на междугороднем уровне, что больше удовлетворяет абонентов, использующих связь в пределах одной страны.

Для России, с ее огромными территориями, важно использовать спутниковую связь на региональном (внутризоновом) и, в отдельных случаях, на местном уровнях. Принципиальное преимущество при этом имеют СПСС с низкоорбитальными спутниками, так как малая временная задержка в канале связи упрощает организацию сопряжения с внешними сетями. Однако необходимым условием внедрения СПСС для указанных целей является возможность применения недорогих малоканальных земных станций сопряжения, что в указанных системах не предусмотрено.    

Вероятностно-временные характеристики обслуживания

Такие характеристики обслуживания, как вероятность блокировки вызова (отказ в обслуживании), время установления соединения, очень много значат для пользователей и, несомненно, будут играть большую роль при выборе ими системы связи. Указанные характеристики определяются соотношением пропускной способности системы связи (ее составных частей) и обслуживаемым трафиком. В рассматриваемых случаях в соединении абонентов кроме собственно СПСС участвует, как правило, наземная сеть (за исключением связи абонентских терминалов между собой), внося свою лепту в качество обслуживания.

Сравнивать “большие” системы по качеству обслуживания на этапе их разработки вряд ли имеет смысл. Пропускная способность, в частности, космического сегмента рассчитывается на нагрузку при штатной эксплуатации, которой можно достичь через 5 - 6 лет после ввода системы в строй. Оценить эффективность предусмотренных мер по управлению трафиком (например, перераспределение частотно-энергетических ресурсов ИСЗ между лучами) также не представляется возможным. Оценить интенсивность работы пользователей тоже можно лишь приблизительно. Поэтому допустимое число пользователей в СПСС должно устанавливаться на этапе эксплуатации с учетом известных на практике характеристик.

Необходимо отметить, что для стран со слабо развитой наземной инфраструктурой связи сведение к минимуму зависимости СПСС от этой инфраструктуры (Iridium) имеет большее значение, чем для стран с высоким уровнем развития. Кроме того, в СПСС Globalstar время первоначального вхождения в связь достигает одной минуты, что является определенным недостатком, особенно для коротких сеансов, и помимо неудобств приводит к неэффективному использованию наземного канала.    

Надежность и устойчивость связи

Особенностью систем персональной и подвижной спутниковой связи с точки зрения обеспечения устойчивости канала во время сеанса связи является возможность затенения радиотрассы абонентских терминалов, обусловленного рельефом местности или окружающими предметами. Возможности СПСС с КА на ГСО в борьбе с этим явлением достаточно ограниченны и сводятся к использованию методов передачи информации, обеспечивающих сохранение синхронизации при кратковременных перерывах связи и блочную передачу в режиме обмена данными. Напряженная энергетика в абонентских радиолиниях не позволяет иметь существенного энергетического запаса для борьбы с такого рода явлениями. Надежность связи падает по мере удаления абонентов сети от экватора из-за уменьшения рабочих углов места.

В системах с КА на низких и средних орбитах возможностей для устойчивой работы больше. Во-первых, это связано с обеспечением для значительной части зоны обслуживания более высоких рабочих углов места, во-вторых, предусмотрено такое построение орбитальной группировки, когда в зоне видимости абонента и станции сопряжения находится одновременно два и более спутников, в-третьих, есть возможность предусмотреть необходимый энергетический запас абонентских радиолиний. Это преимущество низко- и средневысотных СПСС перед системами с КА на ГСО в большей мере важно для сухопутной службы и особенно для владельцев терминалов типа “телефонная трубка” при работе в городских условиях.    

Эксплуатационные характеристики абонентского оборудования

Эксплуатационные характеристики абонентского оборудования определяются габаритно-массовыми параметрами, его энергопотреблением и степенью сложности обращения с ним, а также экономическими показателями.

Как уже отмечалось, они имеют различное значение для разных категорий пользователей. К терминалам, предназначенным для установки на крупнотоннажных транспортных средствах, требования к габаритно-массовым характеристикам и энергопотреблению не носят жесткого характера. Требования к простоте обслуживания определяются наличием обслуживающего персонала. Для автомобильного транспорта, особенно легкового, требования к эксплуатационным характеристикам, естественно, более жесткие. Рассчитанные на массового пользователя терминалы имеют минимальные вес, габариты и энергопотребление (телефонная трубка). При этом предполагается использовать двухмодовые терминалы, предназначенные для работы как в сотовых сетях, так и в сетях персональной спутниковой связи.

Сравнение различных проектируемых СПСС по ожидаемым эксплуатационным характеристикам абонентских терминалов показывает, что принципиальных отличий между ними нет, терминалы одного класса в различных СПСС имеют примерно одинаковые параметры, которые определяются достигнутым уровнем технологии производства аппаратуры.

Необходимо отметить, что до настоящего времени нет окончательного заключения о степени вредности терминалов типа “телефонная трубка” для здоровья человека. Появляющиеся в зарубежной и российской печати данные по этой проблеме носят противоречивый характер. Сведения об отечественных исследованиях в этой области практически отсутствуют. Учитывая массовое распространение сотовых телефонов, следует в течение ближайших двух лет внимательно следить за развитием событий, чтобы своевременно отреагировать на возможное ужесточение требований по биологической защите.

Бортовое оборудование стандарта Inmarsat-C фирмы Thrane&Thrane A/S (Дания)

Экономическая оценка СПСС со стороны пользователя основывается на стоимости терминалов и их эксплуатации, а также стоимости услуг связи.

Сравнивать на основании данных, полученных в основном из рекламных материалов, и проводить по ним анализ, учитывая неодинаковый уровень проработок для различных систем, а следовательно, и точность имеющихся данных, можно лишь приблизительно. Соответственно принимать решение о перспективности той или иной системы по этим показателям представляется преждевременным. Отметим только, что неизбежной будет борьба на рынке услуг подвижной связи как между сотовыми сетями и системами спутниковой связи, так и между различными СПСС.

Тот, кто выйдет на рынок первым, будет иметь определенное преимущество в проведении ценовой политики. Каждый последующий оператор должен учитывать сложившуюся конъюнктуру и будет обречен на неудачу, если стоимость предлагаемых услуг связи будет выше стоимости аналогичных услуг в уже действующих СПСС.  

Особенности национального использования СПСС

В заключение остановимся на одной проблеме, имеющей принципиальное значение. Для решения задач государственного управления и ряда отраслей хозяйственной деятельности, имеющих общегосударственное стратегическое значение, необходимым условием применения СПСС является обеспечение ее национального суверенитета, т. е. возможность ее использования независимо от международной обстановки.

СПСС с низко- и среднеорбитальными ИСЗ по принципу построения орбитальных группировок являются межнациональными. Применение таких орбит для создания региональных систем заведомо означает неэффективное использование КА и, следовательно, низкую экономическую эффективность системы в целом. В то же время управление системой (или по крайней мере спутниками системы) должно осуществляться из одного центра. Этот центр в любой момент времени может прекратить обслуживание любого региона или каких-либо групп пользователей. Поэтому для рассматриваемой группы пользователей следует ориентироваться на национальную систему спутниковой связи. Создание такой системы должно опираться на всемерную государственную поддержку как на этапе проектирования, так и в процессе эксплуатации.

В этом смысле, по крайней мере на данном этапе, наиболее перспективной представляется  СПСС с ИСЗ на высоких орбитах (ГСО, ВЭО) типа системы “Марафон”. Это объясняется следующими обстоятельствами:

-          региональные СПСС с ИСЗ на ГСО имеют достаточно простую структуру, задачи вывода и управления спутниками хорошо отработаны, стоимость их создания ниже, чем систем с ИСЗ на низко- и средневысотных орбитах;

-          сегодня промышленность и государство не в состоянии создать полноценную, способную конкурировать с зарубежными аналогами СПСС на низко- или средневысотных ИСЗ и обеспечить национальный контроль над ней.

Вместе с тем широкое использование на коммерческой основе зарубежных низко- и среднеорбитальных СПСС для многих групп массовых пользователей без ограничения возможностей создания разрабатываемых отечественных систем в целом будет способствовать развитию российских телекоммуникаций и последовательному их вхождению в глобальную информационную инфраструктуру. При этом, как отмечено в докладе экспертной комиссии по рассмотрению системных проектов российских сегментов систем Iridium и Globalstar, реализация этих и подобных проектов требует регламентации организационных, технических, правовых, экономических и других вопросов с учетом отечественного и международного законодательств.

Дополнительную информацию можно получить по телефону: (095) 261-1527.

Окончание. Начало см. PC Week/RE, 1998 г., №№ и .