Спутниковые системы ОМП.

Чтобы обеспечить связь между различным количеством объектов, находящихся на большом расстоянии друг от друга часто наиболее целесообразно использовать системы спутниковой связи(CCC).

Принцип связи с помощью искусственных спутников Земли(ИСЗ) заключается в передаче сигналов с одной или нескольких земных станций (ЗС) на ИСЗ с их последующей ретрансляцией всем ЗС системы. Устройством, осуществляющем прием сигналов от передающей(-их) ЗС, их усиление и передачу в направлении

приемной(-ых) ЗС, является бортовой ретранслятор (БРТР) расположенный на ИСЗ.

Понятие МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОТУПА.

Ширина полосы частот БРТР ИСЗ составляет около 400-500 МГц.

Эта полоса делится на 10-12 частотных диапазонов, которые называются СТВОЛАМИ.В каждом из таких стволов можно обеспечить ретрансляцию десятков и даже сотен сигналов различных ЗС. Но такая " одновременная" ретрансляция в одном стволе требует, чтобы сигналам каждой ЗС был присвоен определенны признак, по которому они будут различаться. Существует несколько таких признаков каждый из которых определяет соответствующий способ многостанционного доступа (МД). Применяют в основном три вида МД

- МД С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ (МДЧР)

- МД С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ (МДВР)

- МД С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ (МДКР)

В соответствии с ТЗ в данной работе рассматривается ССС, использующая МДЧР с равномерной расстановкой частот сигналов.

fс - ширина полосы частот сигнала одной ЗС.

fзащ - защитный промежуток между сигналами соседних ЗС.

fств - ширина полосы частот, отведенная данному стволу.

Все космические каналы связи в первом приближении можно рассматривать как каналы гауссовского типа. Это допустимо, поскольку в космических каналах связи можно не считаться с эффектом многолучёвости, а возможные флюктуации сигнала из-за случайных изменений положений антенн ИСЗ на траектории сравнительно невелики и их можно учесть, выбрав соответствующий коэффициент запаса (см. 3 стр 342).

Таким образом имеем линию связи " ИСЗ-Земля" со свободным распространением сигналов и гауссовский канал связи.

Технической и технологической основой создания и исполне­ния систем являются спутники связи.

Спутник — устройство связи, которое принимает сигналы от земной станции (ЗС), усиливает и транслирует сигналы в широ­ковещательном режиме одновременно на все ЗС, находящиеся в зоне видимости спутника.

Главными компонентами спутника являются его конструк­ционные элементы: системы управления положением, системы питания, телеметрии, трекинга, команд, приемопередатчики и антенна. Предоставленный сам себе спутник, в конце концов, пе­решел бы к случайным вращениям. Устойчивость и нужная ориен­тация антенны поддерживается системой стабилизации. Размер и вес спутника ограничены, в основном, требованиями к солнеч­ным батареям и объему топлива для жизнеобеспечения спутника (обычно в течение десяти лет).

Телеметрическое оборудование спутника используется для пе­редачи на Землю информации о его положении. В случае необходимости коррекции положения, на спутник передаются соответству­ющие команды, по получении которых включается энергетичес­кое оборудование и осуществляется коррекция.

Спутниковая система связи (ССС) состоит из трех базисных частей: космического сегмента, сигнальной части и наземного сег­мента. Космический сегмент решает задачи проектирования спут­ника, расчета орбиты и запуска спутника. Сигнальная часть вклю­чает в себя выбор используемого спектра частоты, оценку влия­ния расстояния на организацию и поддержание связи, определение источников искажения сигнала, схем модуляции и протоколов пе­редачи. Наземный сегмент включает размещение и конструкцию ЗС, типы антенн, используемых для различных приложений, схе­мы организации множественного доступа к каналам спутника.

Благодаря быстрому регулярному автоматическому опросу транс­порта и высокой скорости передачи информации диспетчеры по­тенциально могут получать данные о состоянии ПС в реальном масштабе времени. Ниже рассмотрены основные ССС.

Система Inmarsat обслуживается несколькими геостационарными спутниками, охватывающими почти всю поверхность земного шара, за исключением околополюсного пространства. В настоящее время осуществляется переход на спутники нового поколения Inmarsat 3-F3.

В системе Inmarsat существуют различные абонентские терми­налы, которые отличаются друг от друга как функциональными возможностями, так и конструктивно. Например, терминалы «мор­ского исполнения» оснащены специальной аварийной системой, автоматически генерирующей и передающей сигнал SOS вместе с координатами. В состав терминала может входить дополнительное оборудование для телеметрии или навигации. В конструкции тер­минала Inmarsat-C объединены антенный блок и системный мо­дуль, имеющий стандартные интерфейсы для подключения при­емопередатчика и специальных датчиков, а также параллельный порт типа Centronics. Характеристики системы Inmarsat-C: диапа­зон рабочих частот при приеме 1, 53—1, 545 ГГц, при передаче 1, 6265—1, 6455 ГГц; скорость передачи данных 600 бит/с.

В настоящее время стало возможным производить прием-переда­чу сигнала с мобильного телефона, находящегося в любой точке планеты. Сигнал, поступивший на спутник, передается по цепочке на следующий спутник, пока не дойдет до ближайшей к вызыва­емому абоненту наземной станции системы. Благодаря этому дости­гается высокое качество сигнала. Качество работы спутников посто­янно контролируется, неисправные выводятся из эксплуатации и заменяются другими. Всегда есть несколько резервных спутников.

Система имеет глобальную зону покрытия. Предлагается боль­шой перечень услуг: телефонная связь, передача алфавитно-цифро­вых сообщений на пейджер Iridium, переадресация вызова, конфе-ренц-связь, передача факсимильных сообщений, «голосовая почта». К плюсам терминалов системы Inmarsat следует добавить возмож­ность работать также в стандарте сотовых сетей GSM и AMPS/CDMA.

Основными функциями системы ORBCOMM являются: авто­матизированный сбор данных о координатах и состоянии объек­тов, предоставление услуг электронной почты и ОМП пользовате­ля с помощью автономной навигации ORBCOMM и устройств GPS глобальной системы позиционирования. По охвату зон обслу­живания система в полной мере относится к глобальным, поскольку ее космический сегмент обеспечит работу с абонентами из разных стран мира, в том числе из США, Канады, России, ЮАР, Ниге­рии, а также из стран Южной Америки.

В составе бортового оборудования, кроме приемопередающих устройств дециметрового и метрового диапазонов и антенного ком­плекса, предусмотрена аппаратура радионавигационной системы GPS. Канал «спутник — Земля» (рабочий диапазон частот 1 ЗУ-ИВ МГц) используется для передачи данных в комбинированном стандарте TDMA/FDMA (скорость передачи мобильному объекту 2, 4 Кбит/с), а обратный (полоса 148—149, 9 МГц) — в стандарте FDMA (скорость передачи 4, 8 Кбит/с). Для связи с узловой станцией, входящей в наземный сегмент, используется высокоскоро­стной канал 57, 6 Кбит/с. На спутнике ORBCOMM установлен при­емник системы GPS, что обеспечивает автономное определение координат абонента, поскольку расчет параметров орбиты спут­ника производится на борту и рассылается не только наземным станциям, но и мобильным пользователям. Точность определения координат зависит от диапазона рабочих частот приема и числа спутников в зоне обслуживания, однако разработчики считают, что даже в самом сложном случае (частота 137 МГц, один спут­ник) погрешность не превысит 1100 м.

Наземный сегмент включает единый Центр управления косми­ческим сегментом (ЦУКС) в штате Вирджиния, узловые станции и региональные центры управления сетью, которые отвечают за трафик и сопряжение с другими сетями передачи данных (в част­ности, с Интернет) или с наземными абонентами (по выделен­ным каналам и сети общего пользования). Каждая узловая станция в системе ORBCOMM осуществляет связь одного спутника с цен­трами управления. Соединение в ORBCOMM устанавливается по запросу как пользователя, так и узловой станции. Кроме того, в функции узловой станции входит организация опроса датчиков на необслуживаемых объектах.

Система «Глобалстар» предоставляет услуги по передаче голо­са, данных, факсов, обмену сообщениями и услуги определения местонахождения для клиентов во всем мире, использующих су­ществующие общественные или частные телефонные компании.

Космический сегмент включает группу из 48 низкоорбиталь­ных спутников (и 8 резервных), размещенных на круговых орбитах в 8 плоскостях на высоте 1414 км. Каждый спутник содержит ан­тенный комплекс, формирующий 16 лучей, создающих на повер­хности Земли зону обслуживания диаметром в несколько тысяч километров, внутри которой возможна коммутация на любую CDMA-несущую с шириной полосы развертывания 1, 25 МГц.

Пользовательский сегмент состоит из портативных, мобильных и стационарных терминальных устройств, использующихся для передачи голоса, данных и ОМП.

Наземный сегмент (рис. 5.3) состоит из базовых станций (шлю­зов), центров управления наземным и космическим сегментами (ЦУНС и ЦУКС), телекомандного оборудования, сети передачи данных «Глобалстар», делового офиса «Глобалстар» и центров уп­равления поставщиками услуг (ЦУПУ).

Шлюзы обеспечивают взаимодействие Системы «Глобалстар» и наземных/мобильных сетей. Большое количество шлюзов, установ­ленных по всему миру, обеспечивает непрерывное обслуживание пользователей.