Часть 3. Земные станции

Продолжение. Начало см. Сети, 1999, № 1-2, с. 94; № 3, с. 102; № 4, с. 96; № 5-6, с. 128.

Цикл публикаций о спутниковых системах связи (ССС) для радиотелефонии и передачи данных завершает описание существующих типов оборудования наземного сегмента, который включает в себя наземные станции (далее по тексту иногда обозначаемые ЗС, земные станции; см. СЭС. -- Прим. автора) и абонентские терминалы. В этой части статьи рассматривается оборудование разных типов сетей и приводится классификация наземных станций и терминалов в зависимости от предоставляемых ими услуг и используемой ССС орбитальной группировки.

Как уже рассказывалось в предыдущих частях статьи, создание унифицированных космических платформ позволило минимизировать количество их типов, а значит, снизить единовременные материальные затраты на их создание. С оборудованием наземного сегмента дело обстоит несколько иначе. Разнообразные виды связи и услуги, которые должно обеспечивать это оборудование, предопределили огромное число технических решений, необходимых для реализации конкретных задач. Здесь унифицируются лишь устройства определенного класса, но поскольку таковых немало, то о такой же "глобальной" унификации, как для космических платформ, и речи быть не может. (Следует также отметить, что цена оборудования наземного сегмента гораздо ниже космического.) Номенклатура наземных станций и терминалов столь обширна, что простое перечисление их типов могло бы занять не один десяток журнальных страниц. Дело даже не в том, что на мировом рынке их представляют более 100 крупных производителей средств связи (с появлением персональной спутниковой связи к ним присоединились и ведущие компании, традиционно выпускающие аппаратуру для сотовых и транкинговых сетей, такие как Alcatel, Ericsson, Motorola, Panasonic и др.). Причина -- в чрезвычайно широком ассортименте предоставляемых услуг (передача речи, данных, видео и т. п.) и различном назначении ЗС, а значит, и в разнообразии их конструктивного исполнения (стационарные, портативные, автомобильные, железнодорожные, морские, самолетные). Кроме того, наземные станции различаются по своей роли в структуре наземного сегмента: магистральные, VSAT-станции, а также узлы сопряжения и координирующие станции, которые обеспечивают организацию связи в регионе. В зависимости от способа организации связи наземные станции подразделяются на приемопередающие, приемные и передающие станции (радиомаяки и радиобуи). В свою очередь, приемные станции подразделяются на приемные телевизионные станции индивидуального и коллективного пользования и пейджеры.

Рис. 16. Классификация земных станций

Естественно, что для потребителей услуг связи наибольший интерес представляют абонентские ЗС. Их облик в соответствии с ранее проведенной классификацией ССС (см. Сети, 1999, № 1-2, с. 96) определяют главным образом два признака. Первый из них -- это тип используемой орбиты (GEO, MEO, mega LEO, big LEO и little LEO), соответствующий степени удаленности ЗС от ретранслятора. Второй признак указывает на принадлежность земной станции к одной из трех спутниковых служб: фиксированной -- ФСС, телерадиовещательной -- РСС или подвижной -- ПСС. Именно эти два признака легли в основу предлагаемой классификации (рис. 16), в соответствии с которой можно выделить шесть основных классов наземных станций. Три из них принадлежат к исторически сложившимся классам и используют КА на GEO-орбитах: для служб ФСС, телерадиовещания и подвижной связи. Три других обеспечивают персональную связь и работают в составе ССС на базе негеостационарных спутниковых группировок: для организации персональной передачи данных и приема теле- и радиопрограмм, подвижной связи, а также передачи данных по низкоскоростным каналам.

Фиксированная связь

Исторически сложилось так, что станции, которые первыми начали предоставлять услуги спутниковой связи, относились к службе ФСС. Станции данного класса работают через геостационарные спутники в С (6/4 ГГц), Ku (14/11 ГГц) и Ka (20/30 ГГц) диапазонах частот и должны удовлетворять требованиям Регламента радиосвязи на земные станции службы ФСС. Использование следящих остронаправленных антенн и мощных передатчиков позволяет обеспечить высокую пропускную способность их спутниковых радиолиний. В зависимости от назначения и мощности потоков передаваемой информации ЗС фиксированной связи принято разделять на два подкласса: магистральные и VSAT.

Магистральные станции

Основная задача служб ФСС -- организация международной, магистральной и зоновой связи, и главная роль в организации этой связи принадлежит магистральным ЗС, которые формируют прямые многоканальные линии связи между периферийными АТС и радиальные каналы "центр--периферия".

Этот тип станций работает с многоствольными геостационарными спутниками. В настоящее время через магистральные станции передается около 50% международного телефонного трафика. Однако, по прогнозам аналитиков, к 2005 г. удельный вес этих ЗС снизится до 40%, что отражает растущую конкуренцию с ВОЛС на рынке магистральных средств связи.

Таблица 16. Характеристики наземных станций Intelsat

Диапазон Класс G/T, дБ/К Диаметр антенны, м
C-диапазон (4--6 ГГц) A 35 15--18
B 31,7 11
F-3 29 9
F-2 27 7
F-1 22,7 4,5--5
"3,5 м" 19,6 3,2--3,5
Z 16,5 2,4
Ku-диапазон (11--14 ГГц) C 37 11--13
E-3 34 8
E-2 29 5,5
E-1 25 3,5
"1,8 м" 19 1,8
"1,2 м" 16 1,2

Главными характеристиками магистральных ЗС являются диаметр параболического зеркала и добротность приемного оборудования, так как именно они определяют сложность, стоимость и "границы" использования станции (табл. 16).

В отличие от бортовых антенн, у которых форма диаграммы направленности должна быть "согласована" с обслуживаемой земной поверхностью (глобальный, узкий, профилированный луч и т. п.), антеннам магистральных ЗС не свойственны подобные требования, так как они ориентируются строго на определенный КА. Стоимость наземной станции и ее основные эксплуатационные параметры определяются размерами используемой антенны. Чем больше диаметр антенны, тем выше ее стоимость и пропускная способность.

Рис. 17. Структурная схема магистральной ЗС

Так, в системе Intelsat первоначально использовались станции с диаметром антенн 30 м и добротностью G/T=40,7 дБ/К в диапазоне частот 4--6 ГГц. По мере совершенствования КА и увеличения мощности излучения основные показатели были снижены до 16--18 м (диаметр антенны) и 35 дБ/К (добротность). Цена такой станции около 8 млн долл., но при уменьшении диаметра антенны до 5 м стоимость ЗС снижается до 2 млн долл.

В состав каждой магистральной земной станции обычно входит приемопередающая антенная система с дуплексером, аппаратура наведения, многоствольные приемное и передающее устройства, а также каналообразующая аппаратура (рис. 17).

Приемное устройство осуществляет предварительное усиление сигналов с помощью входного малошумящего усилителя (МШУ) и их преобразование на промежуточную частоту. Конструктивная особенность магистральных ЗС -- расположение МШУ не в основном помещении, а рядом с облучателем антенны, что позволяет снизить потери в фидерном тракте и за счет этого увеличить чувствительность станции. В современных МШУ, работающих в С- и Ku-диапазонах (ширина полосы частот от 500 МГц до 1 ГГц), эквивалентная шумовая температура составляет 50--150 К, коэффициент усиления 30--40 дБ.

На выходе усилителя мощности (при необходимости усиления до 0,5--3 кВт) применяются либо клистроны, либо лампы бегущей волны (ЛБВ). Основное достоинство клистронов -- высокая стабильность и невысокий уровень шума, в то время как ЛБВ обеспечивает большую (по сравнению с ними) полосу пропускания. В усилителях мощностью 0,5--1 кВт обычно используют ЛБВ, а в более мощных (1--3 кВт) -- клистроны. Современные усилители мощности оснащены средствами защиты от сбоев в системе электропитания и автоматического восстановления работоспособности.

VSAT

В настоящее время для создания корпоративных спутниковых сетей на базе геостационарных КА используются малые станции, так называемые VSAT (Very Small Aperture Terminal), которых во всем мире уже насчитывается более 250 тыс. VSAT-сети действуют не только в США, европейских и азиатских странах, но и в России, где собственные корпоративные VSAT-сети имеют крупные организации, такие как РАО "Газпром", РАО "ЕЭС России", МПС и Центробанк РФ.

Сети VSAT объединяют географически удаленных пользователей в единую цифровую сеть связи. Но, в отличие от глобальных ССС, вся зона обслуживания сетей VSAT разделена на узкие парциальные зоны, каждая из которых обслуживается одним узким лучом.

В сетях VSAT используются обычно следующие базовые технологии доступа:

  • SCPC (Single Channel Per Carrier), или один канал на несущую, при схеме соединения "точка--точка";
  • DAMA (Demand Assignment Multiple Access) при полнодоступной схеме с предоставлением каналов по требованию;
  • TDMA при топологии типа "звезда".

В первом случае (SCPC) обеспечивается прямая дуплексная связь между любыми двумя географическими пунктами. Такая технология доступа обычно применятся в небольших корпоративных сетях с малым количеством (15--20) наземных станций. Для этих сетей характерно как неэффективное использование спутникового ресурса, так и невозможность взаимодействия с ЛВС, правда, и стоимость их оборудования невелика.

Технология доступа DAMA ориентирована на телефонию; в таких сетях режим передачи данных и взаимодействие с ЛВС крайне неэффективны. А оборудование сетей на основе DAMA тем не менее значительно дороже, чем при использовании SCPC-решений.

Многоточечные сети передачи данных обычно строятся на базе технологии TDMA c использованием топологической схемы "звезда". Скорость передачи информации в них достигает 256--2048 кбит/с.

При современных энергетических показателях бортовых комплексов VSAT-станции могут быть весьма невелики, а размер их антенн 0,5--0,6 м (Ka-диапазон) и 1--1,5 м (Ku-диапазон). Такие терминалы могут размещаться вблизи рабочих мест пользователей. Наземные станции с диаметром антенны менее 0,5 м называются USAT (Ultra Small Aperture Terminal).

ССС, использующие технологию VSAT, отличают не только высокие экономические показатели (по сравнению с типами ССС на базе геостационарных КА), но и богатые возможности управления сетью (распределение нагрузки, установление приоритетов, изменение конфигурации сети, дистанционное управление периферийными станциями), а также высокое качество работы каналов связи.

Станции VSAT-сетей не требуют постоянного обслуживающего персонала, а скорость передачи в такой сети может быть достаточно велика. Они поддерживают разнообразные протоколы обмена, в том числе и для передачи телефонии и видеоинформации.

Средние мировые цены на оборудование VSAT-сетей примерно таковы: базовая станция -- 1 млн долл., наземная на восемь каналов -- 15 тыс. долл., а одноканальная -- 12,7 тыс. долл.

Подвижная связь

В системах подвижной связи, использующих геостационарные КА, чаще всего применяются наземные станции, работающие в L-диапазоне и ориентированные на передачу телефонии и данных. (В пределах зоны обслуживания спутника связь обеспечивается в масштабе реального времени.) На судах, автомобилях, поездах, самолетах устанавливаются станции, в которых предусмотрено автоматическое слежение за спутником. Типовой комплект пользовательской аппаратуры включает приемопередатчик (размером не больше "дипломата" и массой до 5 кг), следящую антенную систему и интерфейсное оборудование (как правило, для факсимильной связи). Терминал комплектуется различными типами антенн, по выбору пользователя. CCC, которые обеспечивают услуги подвижной связи, немало, и число их продолжает расти. Автор счел необходимым рассмотреть наиболее популярные (по виду услуг) ССС, используемые в разных частях света.

Inmarsat

Наземный сегмент ССС Inmarsat состоит из береговых (БЗС), координирующих (КСС) станций, эксплуатационного контрольного центра (ЭКЦ), а также абонентских станций морского, авиационного и наземного исполнения.

Эксплуатационный контрольный центр -- мощная земная станция для приема и обработки информации о состоянии всех элементов системы и контроля характеристик космического сегмента. В ее функции входит обеспечение ввода в эксплуатацию новых технических средств Inmarsat (КА и ЗС).

Береговые станции поддерживают связь между КА системы Inmarsat и абонентами, в том числе и по международным и национальным телефонным и телеграфным сетям. Мобильные абоненты Inmarsat не могут связаться друг с другом непосредственно; их соединение предусмотрено только через береговую станцию. В каждой подспутниковой зоне Inmarsat работают несколько стандартных БЗС, одна из которых выполняет функции координирующей.

Координирующая станция осуществляет мониторинг ССС в данном регионе, распределяет трафик ретранслятора между береговыми станциями, а также передает сообщения вызова морским судам на основной (1537,750 МГц) или резервной (1538,475 МГц) частоте и выполняет ретрансляцию специальных сообщений.

Следует отметить, что каждая БЗС Inmarsat имеет закрепленную за ней несущую, которую уплотняют 22 телеграфных канала. Телефонные каналы за конкретными станциями не закреплены, а находятся в "общем пользовании", но БЗС имеют выход в национальные и международные сети телефонной и телексной связи. Диаметр параболической антенны БЗС 12--15 м. Стоимость береговой станции в зависимости от комплектации составляет 1--2,5 млн долл.

На подвижных объектах могут быть использованы разные типы абонентского оборудования Inmarsat, различающиеся по специфическим требованиям, которые обобщены в виде Стандартов Inmarsat.

Станции Стандарта-А предназначены для работы в сетях телефонной, факсимильной, телексной и телеграфной связи и оснащены параболической антенной диаметром 0,8--1,2 м. Связь устанавливается автоматически после набора номера. В настоящее время известна 71 модель станций Стандарта-А, но разработка новых пока прекращена.

Цифровые станции Стандарта-В являются улучшенной и существенно более дешевой моделью оборудования Стандарта-А с тем же размером антенны. Передача телефонии осуществляется со скоростью 16 кбит/с с использованием модуляции типа QPSK.

Станция персональной связи Стандарта-С с ненаправленной или слабонаправленной антенной ориентирована на передачу информации в пакетном режиме. Обмен данными, в том числе короткими сообщениями, осуществляется со скоростью 600 бит/с. Известно 12 моделей станций этого типа морского исполнения и 8 моделей для других служб.

Малогабаритные станции связи Стандарта-М обеспечивают радиотелефонную и факсимильную связь, а также передачу информации со скоростью 8 кбит/c с использованием модуляции QPSK со сдвигом фазы. Диаметр антенны 0,4--0,5 м.

Станция Стандарта Mini-M предназначена для радиотелефонной и пейджинговой связи.

Другие стандарты Inmarsat, а также абонентские терминалы самолетных станций подробно рассмотрены в статье "Мобильный офис Inmarsat".

Euteltracs

Первой коммерческой системой связи, ориентированной на обеспечение транспортных перевозок в Европе, стала ССС Euteltracs. По своей архитектуре и видам обслуживания европейская система Euteltracs идентична американской Omnitracs, предоставляющей аналогичные услуги в Северной Америке и Мексике. Она обеспечивает передачу групповых и индивидуальных (в том числе аварийных и экстренных) сообщений длиной не более 1900 символов.

Рис. 18. Схема организации диспетчерской связи в системе Euteltracs

В состав наземного сегмента Euteltracs входят: центральная станция (ЦС), станция маршрутизации (СМ), спутниковые диспетчерские пункты (СДП) и мобильные связные терминалы (МСТ, Mobile Communication Terminal) (рис. 18).

Информационный обмен осуществляется через центральную станцию, расположенную во Франции, вблизи которой находится станция маршрутизации, являющаяся фактически почтовым ящиком ЦС. Маршрутизатор анализирует все принимаемые сообщения и выдает разрешение на установление соединения. С помощью спутниковых диспетчерских пунктов устанавливается непосредственная связь с абонентами, причем предварительно всегда делается запрос статуса исходящих и входящих сообщений, накопившихся у абонента.

К станции маршрутизации сообщений подключен стационарный диспетчерский центр, связанный с СМ через телефонную сеть общего пользования (ТфОП) или сеть передачи данных (СПД). Диспетчерский центр наделен правами запросить копию любого сообщения и определить местоположение любого абонента сети.

Мобильный терминал Euteltracs оснащен DSP-процессором и обеспечивает все функции обработки сигналов, включая демодуляцию и установление соединения. Передаваемый сигнал излучается остронаправленной антенной с коэффициентом усиления 19 дБи. Уровень мощности боковых лепестков антенны не превышает 12 дБ. Линейный тракт приемника содержит МШУ и преобразователь частоты. Выходная мощность передатчика 1 Вт. Помехозащищенность сигналов обеспечивается за счет их широкополосной передачи в полосе 1 МГц и скачкообразной перестройки частот в полосе от 5 до 48 МГц. Сигналы, относящиеся к полосе частот 1 МГц, скачкообразно перестраиваются в полосе 48 МГц.

Стоимость терминалов 4--6 тыс. долл., абонентная плата составляет 40--50 долл./мес.

Система Euteltracs способна обслуживать 45 тыс. транспортных средств на территориях не менее 15 европейских стран, включая Россию. Сегодня клиентами этой ССС являются транспортные компании Совтрансавто, Интертрансэкспедиция и др. Дальнейшее наращивание пропускной способности Euteltracs может быть осуществлено за счет оснащения КА дополнительными ретрансляторами.

Prodat -- передача данных на суше

Исследования, проведенные Европейским космическим агентством (ЕКА), подтвердили, что требования к наземным, морским и самолетным терминалам ССС существенно различаются. Для мобильных средств связи морского и воздушного базирования определяющим фактором, ухудшающим условия приема сигналов, является сильная многолучевость, а на наземные устройства наибольшее влияние (вплоть до перерывов связи со спутником) оказывают помехи, обусловленные глубокими замираниями вследствие затухания радиоволн в рельефе местности или при движении в туннелях.

Рис. 19. Структурная схема ССС Prodat

Созданная EKA система Prodat (рис. 19) ориентируется только на использование ее терминалов на сухопутных транспортных средствах, а ее протокол передачи данных оптимизирован по критериям минимизации типичных помех для спутниковой связи с объектами, находящимися на суше.

Prodat базируется на достаточно простой централизованной архитектуре, которая обеспечивает связь мобильных терминалов (рис. 20) со спутником и с различными наземными сетями (телефонными, телексными и др.).

Система Prodat использует два диапазона частот: С-диапазон (4,2 ГГц для приема и 6,4 ГГц для передачи) для связи с центральной станцией и L-диапазон (1631,5--1660,5 МГц на линии "вверх" и 1530--1559 МГц на линии "вниз") для связи между мобильными терминалами.

Рис. 20. Терминалы ССС Prodat

В прямом канале (от центра управления к мобильному терминалу) информация передается в режиме временного разделения каналов -- TDMA (32 канала, в каждом из которых данные передаются со скоростью 1500 бит/c); вид модуляции -- BPSK. В обратном используется кодовое разделение каналов для широкополосных сигналов (SS-CDMA); вид модуляции -- OQPSK. Скорость передачи данных в обратном канале -- 600 бит/с, размер передаваемого сообщения -- 384 бит (восемь блоков по 48 бит); помехоустойчивое кодирование реализовано на основе коротких блочных кодов Рида -- Соломона. В перспективе планируется увеличить скорость передачи до 9,6 кбит/с.

Терминал Prodat оснащен встроенным GPS-приемником, однако позволяет использовать и другие навигационные системы, например "Глонасс" и Loran-C . Данные о местоположении могут передаваться как в автоматическом режиме (с заданной периодичностью), так и по запросу. Базовая конфигурация мобильного терминала Prodat включает в себя три основных блока: внешний радиочастотный (ODU) с антенной, внутренний связной (IDU) и оконечное устройство пользователя. Малогабаритная всенаправленная антенна имеет круговую правостороннюю поляризацию. Масса антенны 180 г, высота 130 мм, диаметр 105 мм. Она может устанавливаться как на крыше автомобиля, так и в кабине водителя. Блок ODU, содержащий радиочастотные модули, может размещаться как внутри, так и снаружи транспортного средства и соединяется с антенной полутораметровым кабелем. Блок IDU состоит из микропроцессора и аппаратуры передачи данных, соединяемых с внешним электронным блоком кабелем длиной 5 м.

Оконечным устройством пользователя служит специальная 60-клавишная клавиатура с встроенным ЖК-дисплеем (восемь строк по 40 знаков) и малогабаритным принтером. Размеры клавиатуры 220 х 210 х 90 мм, масса 1,5 кг. Дополнительно терминал может быть оснащен малогабаритной пятикнопочной клавиатурой (массой не более 150 г), предназначенной для передачи "стандартных сообщений" (коротких сообщений, хранящихся в памяти микро-ЭВМ). Основные параметры терминала Prodat: ЭИИМ 13 дБВт, добротность (G/T) -24 дБ/K. Масса блока ODU 4,3 кг, размеры 250 х 110 х 113 мм. Рабочий диапазон температур от - 20 до +600С. Масса блока IDU 4,5 кг, размеры 335 х 170 х 85 мм. Рабочий диапазон температур от 0 до +500С. Напряжение питания от источника постоянного тока 24 В. Потребление терминала в режиме приема -- не более 25 Вт.

Станции систем АMSC И MSAT

ССС АМSC (Аmerican Mobile Satеllite Corp.) предназначена для мобильной радиотелефонной связи и передачи данных на территориях США, Пуэрто-Рико, Виргинских островов и 200-мильной зоны вокруг них. Коммерческое использование осуществляется через службы Skyсell Fleet Management, организованные в 1992 г. Аналогичное назначение имеет ССС MSAT (Mobile Satellite), обслуживающая территорию Канады и других стран Северной Америки. MSAT была создана по инициативе правительства Канады, разрабатывала систему компания TMI Communications and Company Limited Partnership (Оттава, Канада). В настоящее время на базе этих систем планируется создание единой сети мобильной спутниковой связи для обслуживания североамериканского континента.

Таблица 17. Типы подвижных земных станций стандарта AMSC (США)

Тип станции 1 2 3 4 5 6 7 8
Тип антенны AMSC СН СН ВН ВН ВН Н Н Н
Скорость передачи, кбит/с 4,8 9,6 4,8 2,4 2,4 4,8 9,6 2,4
Вид услуг ТЛФ ПД ТЛФ ТЛФ ПД ТЛФ ПД ТЛФ
Модуляция 8PSK QPSK 8PSK QPSK QPSK 8PSK QPSK QPSK
Пороговое отношение Es/No 12,5 8 12,5 6 8 11 7 7

Примечания.

СН -- слабонаправленная с наведением;

ВН - всенаправленная;

Н -- направленная;

ТЛФ -- телефония;

ПД -- передача данных.

Наземная сеть MSAT использует те же наземные станции, что и система AMSC (табл. 17).

Абонентские станции имеют несколько модификаций, которые отличаются типом антенн и канальной аппаратурой (т. е. видом предоставляемых услуг -- телефонная связь или передача данных). Добротность абонентских станций -22 дБ/К. Радиотелефоны (шести типов) AMSC/MSAT обеспечивают работу со скоростью 2,4 кбит/c (модуляция QPSK), 4,8 кбит/c (8PSK) и 9,6 кбит/c (QPSK). Передача телефонии гарантируется на скорости 4,8 кбит/с (2,4 кбит/с -- с пониженным качеством).

Стационарные абонентские терминалы оснащены направленными антеннами (типов 6--8), а мобильные -- слабонаправленными антеннами с наведением или всенаправленными.

Наибольшее распространение получил портативный терминал универсального применения (типа Omniquest), а также мобильный терминал Fleettalk. Стоимость наземных и морских терминалов от 4,5 до 5,5 тыс. долл. (табл. 18). Абонентная плата в системе AMSC составляет 65 долл./мес, если ежемесячный объем переданной информации не превышает 25 тыс. символов.

Таблица 18. Стоимость абонентских терминалов в системах AMSC и MSAT

Тип терминала Название терминала Стоимость, тыс. долл.
Портативный Omniquest 4,5
Судовой Wavetalk 5
Мобильный Fleettalk 5,5
Стационарный удаленный Remotetalk 4,5
Самолетный Calquest 250
Для грузовых перевозок Trimble Galaxy 5

Наземный сегмент ССС Optus и AceS

Азиатско-Тихоoкеанский регион является одним из самых динамичных по темпам развития персональной связи. Однако при этом существует огромный дисбаланс по степени внедрения средств персональной связи в разных странах региона: пяти странам (Австралия, Китай, Япония, Корея и Тайвань) принадлежит более 75% абонентской емкости рынка сотовой связи. Аналитики полагают, что аналогичная ситуация возникнет и в секторе персональных спутниковых систем.

Спутниковую связь для Австралии и прилегающих океанических стран обеспечивает система Optus, организуя ее через геостационарные КА -- Optus-B1 и Optus-B3. Службы Optus предоставляют телефонную связь с подвижными объектами (служба Mobilesat), каналы теле- и радиовещания в стандарте B-MAC, диспетчерскую связь с самолетами гражданской авиации (служба УВД Австралии), а также услуги телефонии для юго-западных районов Тихого океана, включая Новую Зеландию.

Наземный сегмент Optus использует оборудование компании NEC. Центральная станция (г. Сидней) имеет абонентскую емкость примерно 1000 каналов с пропускной способностью 6,6 кбит/c и способна обслужить до 50 тыс. абонентов с частотой вызовов до 17 с. Наземные станции используют L-диапазон частот: 1646,5--1660,6 МГц (передача) и 1545--1559 МГц (прием); информационная скорость 4,2 кбит/с, скорость в радиоканале 6,6 кбит/с; вид модуляции -- QPSK. Станция Optus оснащена маломощным передатчиком (3 Вт), добротность станции на прием не менее -18 дБ/K. Габариты приемопередающей аппаратуры 315 х 350 х 122 мм (станция NEC S1) или 305 х 180 х 60 мм (станция Series 1000. Westingouse).

Мобильные терминалы Optus оснащены всенаправленными антеннами, а станции стационарного и морского исполнения имеют антенны с механическим или электронным наведением.

Региональная ССС ACeS (Asia Cellular Satellite System) предназначена для обеспечения персональной радиотелефонной связью Индонезии, Индии, Китая и других стран южных районов Азии. Разработку системы ACeS осуществляет консорциум азиатских стран, в который входят: PT Asia Cellular Satellite (Джакарта, Индонезия), Philippine Long Distance Telephone Co (Филиппины), Jasmine International PLC (Таиланд) и др. Завершить развертывание системы планируется в 2000 г.

В системе предполагается использование стандарта GSM, адаптированного к спутниковой связи, а также организация пейджинговой связи с высокой степенью проникновения сигналов (внутри зданий). Как и в любой системе персональной связи, предусмотрена возможность использования абонентом собственного номера сотового телефона во всей зоне обслуживания, а кроме того, весь спектр услуг, предоставляемых наземными сотовыми сетями (автодозвон, переадресация вызова, подключение третьего абонента и др.).

Главный центр управления (о. Батам, Индонезия) планируется оснастить приемопередающей станцией с антенной диаметром 15,5 м и передатчиком мощностью 3 кВт. Терминалы пользователей будут использовать диапазоны частот 1527--1559 МГц (прием) и 1625,6--1660,5 МГц (передача).


Антенны наземных станций

Конструкция антенны включает зеркало с облучателем, антенно-волноводный тракт, опорно-поворотное устройство с электроприводом, аппаратуру наведения и автосопровождения. Зеркало антенны состоит из отдельных секций, выполненных из алюминиевых сплавов и имеющих требуемый профиль поверхности, а в качестве облучателя обычно используется конический рупор. Число секций зеркала зависит от размеров антенн (например, при диаметре 12 м их может быть 15). Современные высокоточные технологии позволяют изготавливать антенны с коэффициентом усиления 60--70 дБ.

К конструкции антенных систем предъявляются очень жесткие требования. Антенна должна оставаться работоспособной при скорости ветра 20--25 м/с и не разрушаться при 40--50 м/с. Для работы наземных станций в условиях сложной электромагнитной совместимости необходимо обеспечить малый уровень мощности излучения на боковых лепестках диаграммы направленности антенн.

Особенностью работы больших остронаправленных антенн (более 5 м) является необходимость слежения за КА (автосопровождение).

В сложных климатических условиях обычно применяют антиобледенительную систему подогрева зеркала с помощью электрических нагревателей, монтируемых на его задней поверхности. Расход электроэнергии при диаметре зеркала 9--14 м составляет 0,8--4 кВт/м2. Для предохранения от солнечной радиации излучающую поверхность антенны покрывают специальными радиопрозрачными диффузионными красками.


Услуги ГПКС

В России одним из поставщиков услуг VSAT-сетей является ГП "Космическая связь" (ГПКС), строят эти сети на базе оборудования Nextar-AA/TDMA и Nextar-BOD (см. таблицу). VSAT-сеть состоит из одной центральной и большого числа абонентских станций. Групповой поток сигналов передается от центральной станции к абонентской в режиме временного уплотнения (TDMA). В обратном направлении реализуются различные его модификации: AA/TDMA, RA/TDMA или DA/TDMA. Например, протокол AA/TDMA (Adaptive Assignement TDMA) обеспечивает эффективный доступ группы VSAT-станций к относительно небольшому числу каналов общего потока данных, используя для этого адаптивный выбор алгоритма доступа. Для относительно коротких сообщений предназначен метод RA/TDMA (Random Access TDMA), а при передаче больших объемов данных наиболее эффективен протокол, обеспечивающий предоставление канала по требованию -- DA/TDMA (Demand Access TDMA).

Земные станции VSAT компании NEC (по данным ГП "Космическая связь")

Тип сети или подсети Nextar-AA/TDMA Nextar-BOD, подсеть Voice Nextar-BOD, подсеть Cl Ch card
Конфигурация Типа "звезда" Полносвязная сеть Полносвязная сеть
Тип канала Интерактивный Прозрачный канал данных Телефония; данные
Скорость передачи в обратном канале, кбит/с 64; 128 19,2; 2048 35; 17,5
Режим организации связи АА/TDMA SCPC; MCPC SCPC
Метод доступа AA/TDMA; DAMA PAMA; DAMA PAMA; DAMA
Физический интерфейс RS-232C, V35, EIA-530,

IEEE 802.3
RS-232C, V35,

IS-449.422, G.703
двухпроводной (FXS/FXO),

четырехпроводной E&M

Примечания.

DAMA (Demand Assignement Multiple Access) -- многостанционный доступ с предоставлением каналов по требованию;

MCPC (multiple channel per carrier) -- несколько каналов на одну несущую;

PAMA (Permanetly Assignement Multiple Access) -- многостанционный доступ с закрепленными каналами;

SCPC (single channel per carrier) -- один канал на несущую.


Наземный комплекс LMI (Lockheed Martin Intersputnik)

В абонентской линии "Земля -- ретранслятор LMI" применяется метод многостанционного доступа FDMA/TDMA, когда информация передается со скоростью от 16 до 2048 кбит/с. Предусмотрено использование простых наземных станций типа USAT (Ultra Small Antenna Terminal) с диаметром антенны от 0,6 до 1,2 м и мощностью передатчиков 0,25--10 Вт. Скорость передачи информации в обратном направлении (в линии "космос--Земля") -- 99 Мбит/с. Метод модуляции -- QPSK.

В подспутниковой зоне предполагается разместить две-три базовые станции, обмен информацией с которыми будет организован по каналам TDMA (скорость передачи 310 Мбит/с).


Организация связи и определение местоположения в системе Euteltracs

Система Euteltracs работает в Ku-диапазоне частот (12/14 ГГц), выделенном на первичной основе для ФСС; для организации связи используются по два ретранслятора на каждом КА -- один с горизонтальной, а другой с вертикальной поляризацией. Первый передает поток данных от ЦС к подвижным терминалам со скоростью от 4960 бит/c (ФМ-2, скорость кодирования 1/2, код Goley) до 14 880 бит/с (ФМ-4, скорость кодирования 3/4, формат TDMA). С помощью другого создается обратный канал, скорость передачи данных в котором равна 55,1 бит/с. При скорости сверточного кодирования 1/3 скорость в радиолинии достигает 165,4 бит/с. Пропускная способность -- 25 каналов.

Связь организована следующим образом: терминал находится в режиме дежурного приема, пока не произойдет захват сигналов со спутника, затем антенна наводится на спутник. После установления связи терминал начинает передачу сообщения в полудуплексном режиме (т. е. примерно в 50% времени сеанса). При этом обеспечивается непрерывное слежение за принимаемым сигналом в линии "Земля--спутник", а при его пропадании терминал прекращает передачу. За один сеанс может быть передано несколько сообщений. Во время регистрации абонентов извещают, что до окончания регистрации передача данных не выполняется, а переданные в это время сообщения могут быть возвращены обратно. Таковы требования безопасности связи. Регистрационное сообщение содержит учетный номер абонента и пароль, по которому в ЦУ производится сравнение их с имеющимися в учетной базе данных и инициируется отказ в соединении при несовпадении информации.

Передавая сообщение в ЦУ, абонент-отправитель получает подтверждение о приеме, а после отправки сообщения через КА и приема его абонентом-получателем отправителю посылается квитанция о том, что сообщение "вручено". Для группы абонентов такие подтверждения не предусмотрены.

Определение координат абонента системы Euteltracs осуществляется за счет автоматического вычисления положения спутника с помощью дальномерных измерений и с учетом допплеровского эффекта: этот метод получил название ASPR (Automatic Satellite Position Reporting). Согласно ASPR вычисление координат объекта выполняется на основе триангуляционного определения расстояний между связным и дополнительным геостационарным КА (так называемым навигационным спутником -- positioning satellite) и мобильным терминалом. При этом основные (информационные) сигналы передаются центральной станцией через связной КА, а контрольные сигналы -- через второй навигационный КА. В начале сеанса связи антенна мобильного терминала автоматически переориентируется на навигационный спутник, а встроенное в него устройство определяет разницу времени прихода сигналов от двух КА и передает эти данные в составе навигационного сообщения по обратному каналу на наземную центральную станцию (в диспетчерский центр).

В настоящее время Европейским космическим агентством (которое является владельцем ССС Euteltracs) накоплен большой статистический материал, позволяющий оценить точность определения местоположения объектов с использованием спутников Euteltracs. Выборка представлена более чем тысячью измерений для различных типов рельефов местности и на разных широтах -- от 250 с. ш. (Сахара) до 700 с. ш. (Финляндия), а также при различных углах разнесения КА (30, 60 и 90). Точность контролировалась сопоставлением вычисленных навигационных данных и координат, определяемых с помощью контрольного GPS-приемника и мелкомасштабной карты. Результаты исследований показали, что основным фактором, влияющим на точность определения координат, является угловое разнесение между навигационным и связным спутниками.

На основании полученных навигационных данных обеспечивается контроль движения и управление подвижными объектами, включая связь с диспетчером, контроль графика движения, управление расписанием прибытия, определение местоположения при катастрофах или несчастных случаях.


Стоимость услуг службы Mobilesat:

Подключение к системе -- 75 долл.

Абонентная плата -- 34 долл./мес

Плата за трафик -- 1,34 долл./мин

За передачу данных в течение 6 с -- 0,18 долл.


Приемные станции спутникового телевидения

Хотя детальное рассмотрение радиотелевещательных служб выходит за рамки данной статьи, наибольшее количество приемных ЗС принадлежит именно службе РСС (см. Сети, 1999, № 1-2, с. 106). Они предназначены для непосредственного приема со спутника сигналов изображения, звукового сопровождения и звукового вещания и преобразования их к стандартам, принятым в наземном вещании, а также последующего распределения этих сигналов абонентам сети вещания. Эти станции подразделяются на индивидуальные, коллективные и распределительные.

Типовая приемная установка для индивидуального приема сигналов в Ku-диапазоне содержит небольшую параболическую антенну диаметром от 0,4 до 1,6 м, наружный (ODU) и внутренний (IDU) блоки. Блок ODU установлен на задней стороне зеркала антенны и предназначен для усиления входных сигналов и их преобразования на более низкие частоты (коэффициент шума СВЧ-преобразователя 0,6--0,7 дБ). По коаксиальному кабелю длиной не более 50 м сигнал поступает в цифровой приемник/декодер IDU (indoor unit), называемый также тюнером, в котором преобразуется в исходный телевизионный сигнал (изображение и звук). Стоимость установок непосредственного телевизионного вещания -- 0,5--1,5 тыс. долл.

Все спутники НТВ расположены на геостационарной орбите, а следовательно, видны на территории России под низкими углами, вследствие чего возможен неустойчивый прием сигналов и даже "срыв" изображения при низкой мощности сигнала в зоне приема. Поэтому размер приемной антенны следует выбирать таким, чтобы он гарантировал необходимый энергетический запас в радиолинии, в том числе и на компенсацию дополнительных потерь при неблагоприятных погодных условиях.

Однако индивидуальные станции для приема TВ-программ недешевы, и для жителей больших городов выгоден коллективный прием, когда используются антенны диаметром 1,2--2,3 м, обеспечивающие более высокое качество принимаемого сигнала, чем индивидуальные.

В состав типовой приемной установки коллективного приема входит антенна, устройство распределения и частотной селекции, многоканальный приемник (обычно наружный блок), а также аппаратура преобразования спутниковых сигналов в обычные телевизионные, которые далее передаются по кабелю или переизлучаются через передающую антенну коллективной сети. Станция коллективного приема ТВ-программ стоит примерно 25--40 тыс. долл.

Распределительные приемные станции предполагают создание мощной сети вещания TВ-программ.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями