Характеристика спутниковых сетей связи

     В 2005 г., после окончания развертывания  системы ODYSSEY, число ее абонентов превысило 2 млн. На данный момент число пользователей составляет около 9 млн. человек. Цена одного абонентского терминала, составляет 350—1000 долларов, размер ежемесячной абонентской платы — 25 долларов, а стоимость минуты телефонной связи в спутниковом канале — 0,75 долларов. 
 

2.2 Международная система  IСО 

2.2.1 Частотное обеспечение 

     Система ICO использует для связи L- и С-диапазоны  частот, поддерживая цифровую обработку  сигнала на борту спутника. В качестве базовой технологии определен метод многостанционного доступа с временным разделением каналов (TDMA).

     При определении оптимальных полос  частот для абонентских линий  связи были рассмотрены несколько  вариантов. Принимались во внимание следующие соображения. Диапазон 1,5/1,6 ГГц, широко используемый для подвижных спутниковых служб (ПСС), очевидно, окажется чрезмерно перегруженным, что сильно ограничит потенциал служб ICO. Диапазон 1,6/2,4 ГГц, выделенный службе ПСС на Всемирной административной конференции по радиосвязи (WARC-92), чреват серьезными проблемами координации с другими службами, которые применяют этот диапазон, например для фиксированной наземной связи; кроме того, США намерены использовать его для национальных систем.

     Наконец, были выбраны следующие диапазоны: «терминал-спутник» — диапазон 1980— 2010 МГц, «спутник-терминал» — 2170-2200 МГц.

     Для организации связи между КА и  узловыми станциями предназначены  фидерные линии. Для их работы Всемирная  конференция по радиосвязи WRC-95 рекомендовала  диапазон 5/7 ГГц («узловая станция—спутник» диапазон 5150-5250 МГц, «спутник—узловая станция» - 6975-7075 МГц). 

2.2.2 Космический сегмент 

     Система ICO состоит из космического, наземного  и пользовательского сегментов. Космический сегмент включает в  себя 12 КА (10 рабочих и 2 резервных), запущенных на круговую орбиту высотой 10 355 км над поверхностью Земли. Стартовая масса спутника — 2750 кг, расчетный период эксплуатации — 12 лет. Спутники размешены в двух ортогональных плоскостях, по 6 КА в каждой. Угол наклона орбиты к плоскости экватора составит 45°.

     Такая орбитальная группировка обеспечивает глобальный охват поверхности Земли, в том числе полярных районов. Вследствие перекрытия зон охвата в  пределах видимости каждой точки  зоны обслуживания одновременно находятся  два—четыре КА. Один спутник обслуживать приблизительно 25% поверхности Земли (рис. 2.3). Первый спутник системы ICO был запущен в 1998 г.; ввод системы в эксплуатацию произведен в 2000 г. 

Рис. 2.3 Диаграмма мгновенной зоны покрытия поверхности Земли системой ICO при  использовании 10 КА 

     Продолжительность обслуживания абонентов определяется следующими величинами:

     • временем пролета одного спутника над  зоной обслуживания;

• средним  временем, затрачиваемым на переключение абонента с уходящего за горизонт КА на восходящий КА;

• продолжительностью установления соединения, определяемого  схемой организации связи. Средняя  продолжительность обслуживания абонентов  составит 50 мин; максимальное время  пребывания одного КА в зоне радиовидимости может достигать 1,5-2 ч.

     В системе ICO применены, главным образом, уже известные и проверенные технические решения. Для изготовления спутников используется спутниковая платформа HS-601 корпорации Hughes Space and Communications (США), применяющуюся для создания крупногабаритных спутников на геостационарной орбите. В конструкцию внесены изменения, в частности переработанная программа ориентации бортовых антенн и панелей солнечных батарей, установлена упрощенная двигательная установка.

     Чтобы исключить взаимовлияние системой IСО при использовании 10 КА трактов приема и передачи, на КА применяются раздельные антенны для каждого диапазона частот. Антенна L-диапазона имеет диаметр 2 м. Использование многолучевой диаграммообразуюшей схемы обеспечивает многократное назначение частот. Согласно проекту, в системе ICO для приема/передачи служат 163 раздельных луча (запас по энергетике составит 8—10 дБ); зона обслуживания одного КА — примерно 7 тыс. км (рис. 2.4). Спутники с установленными на них ретрансляторами С- и S-диапазонов одновременно поддерживают 4500 телефонных каналов. 

Рис. 2.4 Зона обслуживания одного КА (163 луча) системы ICO 

     В системе ICO не предусмотрена бортовая обработка сигнала в полном объеме. Однако управление назначением частот и маршрутизация сигнала осуществляются с помощью бортового процессора.

     Применение  арсенид-галиевых батарей обеспечивает в конце эксплуатации потребляемую мощность 8700 Вт. В предварительном  списке ракетоносителей, которые произвели  запуск спутников системы ICO, числятся Atlas IIA, Delta III, «Протон» и «Зенит» (для запуска с морских площадок). 

2.2.3 Наземный сегмент  и организация  связи 

     В состав наземного сегмента входят центр  управления спутниковой группировкой SCC (Satellite Control Centre), центр управления наземной сетью (Network Management Centre) и наземная сеть ICONET (ICO network),( рис. 2.5).

Рис. 2.5 Структура системы ICO (схематично) 

     NMS, центр управления наземной сетью  ICONET, размещен в Японии, а центр  SCC — в Лондоне. В функции  последнего входят поддержание  орбитальной группировки в работоспособном состоянии, сбор телеметрических данных об отдельных подсистемах КА, контроль рабочих параметров и др. Службы SCC несут ответственность за запуск КА, управление и перераспределение частот между лучами КА.

     Спутниковые каналы подключаются к существующим сетям связи через собственную сеть ICONET, которая на первом этапе внедрения состоит из 12 наземных станций — так называемых спутниковых узлов доступа SAN (Satellite Access Node). Узлы SAN служат «шлюзами» между спутниками ICO и абонентами наземных сетей общего пользования. Магистральные каналы с высокой пропускной способностью связывают узлы между собой.

     Связь между абонентами (как и в существующей системе Inmarsat) организуется только через  узлы SAN; непосредственная связь абонентов  не поддерживается. Радиотелефонный терминал IСО работает в двух режимах — через КА системы IСО или наземные базовые станции сотовой связи — и совместим с ее основными стандартами. Для связи с подвижными объектами применяются специальные терминалы. 

2.2.4 Терминалы пользователя 

     В спутниковой сети IСО в качестве базового используется портативный двухрежимный терминал, совмещенный с сотовым телефоном стандарта GSM (или CDMA, D-AMPS, РDС). Предполагается разработка однорежимного радиотелефонного терминала, работающего только через КА системы IСО. Основные характеристики базового терминала:

• масса — менее 750 г,
• объем — около 500 см,
• стоимость — 750—1500 долларов,
• отдельная батарея обеспечивает одночасовую передачу и 24-часовой режим дежурного приема.

     Портативный радиотелефонный терминал IСО отвечает всем требованиям безопасности, связанным с работой в ВЧ-диапазоне. Средняя мощность передатчика не превышает 0,25 Вт (для сравнения: мощность сотовых радиотелефонов равна 0,25—0,6 Вт).

     На  основе технологии, используемой в  базовом терминале, могут быть созданы различные модификации абонентских терминалов. Это, например, терминал только для передачи данных, терминалы в автомобильном, морском и воздушном исполнении, полустационарные («сельский таксофон») и стационарные, а также необслуживаемые (SCADA unit) терминалы. Компания IСО заключила соглашение на разработку 3 млн. портативных терминалов с тремя ведущими компаниями — Panasonic, NEC и Mitsubishi.  

2.2.5 Услуги системы  IСО 

     Пользователям предоставлены следующие виды услуг: двусторонняя речевая связь, передача факсимильных сообщений группы 3, передача данных со скоростью 2,4 кбит/с. Качество речевой связи соответствует стандарту GSM для сотовых сетей. Предусмотрена пейджинговая связь с глубоким проникновением (т. е. с большим запасом по энергетике канала), а также дополнительные услуги — речевой вызов, связь с оплатой по кредитной карточке, отображение номера вызывающего абонента на встроенном в терминал индикаторе, определение местоположения абонента. При отсутствии КА в пределах прямой видимости имеется оповещение абонентов о вызове, о наличии сообщения электронной почты и отображение на дисплее номера вызывающего абонента.

     Разработчики  видят пять ключевых областей применения системы IСО:

• расширение спектра услуг для абонентов  спутниковой связи в районах, уже охваченных сотовыми сетями;

• подвижная  связь общего пользования через  портативные радиотелефонные терминалы  в районах, не охваченных сотовой  связью или использующих несовместимые  стандарты;

• специализированная подвижная связь для грузовых перевозок, а также обеспечение автомобильной, морской и воздушной связи;

• полуфиксированая связь для корпоративных пользователей  нефте- и газодобывающей промышленности, малого бизнеса (склады, большие магазины и др.);

     • связь для государственных структур.

     Пропускная  способность системы составляет 1 млн. абонентов при средней продолжительности  разговоров 60 мин/мес. Для сравнения: по прогнозам специалистов, в системе Iridium при тех же условиях число  пользователей равно 600—800 тыс., а  в Globalstar — 1 млн.

     Разработка  и изготовление 12 КА оцениваются  в 1,3 млрд. долларов, а их запуск обойдется  в 900 млн. долларов. Согласно расчетам специалистов ICO, цена абонентской аппаратуры составит 750-1500 долларов, а стоимость минуты разговора около - 2 дол. 

2.2.6 Российский сегмент сети IСО 

     В последнее время российский рынок  становится все более привлекательным  для зарубежных поставщиков средств  и услуг спутниковой связи. Персональная радиотелефонная связь позволяет  абоненту связаться с любой точкой планеты в условиях сельской местности, в удаленных и труднодоступных районах, где реализация обычных наземных кабельных систем весьма проблематична.

     В настоящее время известны два  крупных проекта, включающих в себя создание российских сегментов систем персональной спутниковой связи, — это проекты Iridium и Globalstar. Вероятно, вскоре в России появится система IСО, интересы которой готово представлять ГП «Морсвязьспутник».

     Во  время своего последнего приезда  в Москву г-н Лундберг, главный  исполнительный директор ICO, сообщил, что компания намерена инвестировать около 400 млн. долларов в российскую часть проекта. ICO собирается предлагать на российском рынке три вида услуг:

     • персональную связь для бизнесменов;

     • обеспечение грузовых автомобильных  и морских перевозок;

• персональную связь для средств массовой информации, министерств и других правительственных учреждений.[4] 

2.3 Сравнение систем Odyssey и ICO 

     В число наиболее крупных проектов создания систем глобальной персональной радиотелефонной связи входят (кроме  рассмотренных выше систем Odyssey и ICO) низкоорбитальные системы Iridium и Globalstar, приведено в таблице 5. Предоставляя пользователям практически тот же набор телекоммуникационных услуг (речь, данные, пейджинг, короткие сообщения, определение местоположения), конкурирующие системы существенно различаются по своим характеристикам и наземным структурам. Так, для обеспечения глобальной связи в системах Odyssey/ICO требуются всего 7—12 узловых станций, а для обслуживания пользователей Globalstar — в 20 раз больше. Структура наземного сегмента сети Iridium несколько проще, чем в Globalstar (благодаря использованию межспутниковых линий связи).

Табл. 5 сравнительная  характеристика глобальных систем радиотелефонной  связи.