Космическая связь

ВВЕДЕНИЕ

Обширность  территории Российской Федерации создает  определенные трудности в организации  устойчивой, достоверной и оперативной  связи органов внутренних дел. Значительная удаленность населенных пунктов  от районных центров на севере, в  Сибири, на Дальнем Востоке и отсутствие проводных коммуникаций вносят свои коррективы в вопросы взаимодействия подразделений органов внутренних дел.

Для решения  указанных проблем органы внутренних дел используют системы спутниковой  связи. Основное достоинство спутниковой  связи - возможность вести телефонные переговоры в любой точке мира, тогда как владельцы сотовых  телефонов могут разговаривать  только на территории покрытия станциями  сотовой сети.

Все сети спутниковой  связи предоставляют возможность  надежной качественной телефонии. Различия между ними состоят:

• в наборе дополнительных услуг, предлагаемых абоненту (факс, телекс, доступ в Интернет);
• области покрытия (некоторые системы не работают на территории Южного и Северного полюсов);
• стоимости телефонных аппаратов и услуг связи.¹

Сегодня в  мире существует множество различных  систем спутниковой связи. У каждой из них есть свои достоинства и  недостатки. Однако в России имеет  смысл реально говорить только о  нескольких из них - это системы Инмарсат, Глобалстар, Иридиум и Турайя.

 

1. Мобильная спутниковая связь Инмарсат (Inmarsat)

Система Инмарсат является первым в мире провайдером  мобильной спутниковой радиосвязи, абоненты которой могут пользоваться всем спектром предлагаемых услуг, находясь как на суше, так и на море или  в воздухе. Первоначально функции  предшественника Инмарсат - Международной  морской организации (IMO – International Maritime Organization), основанной более 20 лет назад, ограничивались лишь обеспечением связи  с судами, находящимися в море. Название Инмарсат (Inmarsat Ltd) впервые появилось  в 1985 г., а в апреле 1999 г. компания перешла в частную собственность, избрав местом своей штаб-квартиры Лондон.

В настоящий  момент Инмарсат охватывает спутниковой  связью более 210 тысяч абонентов  по всему миру и владеет сетью  из 4 основных и 5 резервных геостационарных  спутников второго и третьего поколения, управление которыми осуществляется непосредственно из Лондона.

Организация бесперебойной спутниковой связи  в любой точке мира и предоставление современных телекоммуникационных услуг конечным пользователям осуществляется Инмарсат через сеть береговых земных станций и многочисленных сервис-провайдеров. Часть сервис-провайдеров, помимо предоставления услуг телефонии, передачи факсов и пакетной передачи данных (до 114 Кбит/с), занимается реализацией, техническим и гарантийным обслуживанием спутникового оборудования.²

Как и любая  другая система спутниковой связи, Инмарсат базируется на единстве трех сегментов: космического, наземного  и пользовательского.

Космический сегмент Инмарсат представляет собой  сеть геостационарных спутников, скорость вращения которых совпадает со скоростью  вращения Земли, что дает дополнительные преимущества перед системами, спутники которых расположены на других орбитах. Геостационарный спутник за счет своей мнимой неподвижности позволяет  повысить устойчивость соединения, поскольку  на протяжении всего сеанса связи  телефонный аппарат взаимодействует  только с одним спутником. Такой  спутник всегда находится в пределах досягаемости, а значит, абонент  может находиться в зоне обслуживания сколько угодно долго, не опасаясь неожиданного срыва телефонных переговоров.

Все спутники Инмарсат, находящиеся на орбите, включая 4 основных, 1 запасной спутник третьего поколения и 4 ранее запущенных спутника второго поколения, расположены  на высоте 35 600 км. Местоположение 4 основных спутников было выбрано с таким  расчетом, чтобы зона обслуживания сети Инмарсат охватывала как можно  большую часть поверхности Земли. В результате вне зоны обслуживания остаются лишь приполярные районы, а 98% территории земного шара попадают в зону покрытия глобальных лучей  трех экваториальных спутников.

Для удобства применения присвоенные спутникам  названия соответствуют тем территориям, над которыми они находятся и  которые обслуживают:

• Индоокеанский спутник (IOR) – 64,5 гр. в.д.
• Тихоокеанский спутник (POR) – 178 гр. в.д.
• Восточно-Атлантический спутник (AORE) – 15,5 гр. з.д.
• Западно-Атлантический спутник (AORW) – 54 гр. з.д.

Во многих точках планеты возможно перекрывание зон обслуживания спутников благодаря  присутствию на орбите сразу четырех  из них. В подобных случаях телефон  сканирует доступные спутники на предмет устойчивости сигнала и  предлагает пользователю наиболее оптимальный  вариант. К примеру, Москва находится  в зоне приема лучей Индийского и  Восточно-Атлантического спутников, а  жители Европы могут воспользоваться  услугами еще и Западно-Атлантического спутника.

Современные спутники третьего поколения используют лучи двух видов: глобальные и зональные (локальные). Определить по карте, в  зоне обслуживания каких лучей находится  тот или иной населенный пункт, не составляет особого труда: глобальные лучи обозначаются овалом, центр которого указывает на точное местоположение спутника; зональным лучам соответствуют окружности. Антенны спутников концентрируют мощность излучения в направлении зональных лучей, которыми покрыта вся суша и главные морские пути. Пропускная способность зональных лучей обладает таким свойством, как динамичность, т.е. может увеличиваться или уменьшаться по мере того, как спутник перераспределяет энергию между зональными лучами с большой и малой нагрузкой. Благодаря этому обеспечивается адекватное качество обслуживания в период интенсивного потока вызовов из того или иного региона. Технология зональных лучей также позволяет уменьшить размеры и вес пользовательских спутниковых терминалов, сохранив при этом их качественные характеристики.

 

 

Рис. 1. Карта определения зоны обслуживания лучей спутников «Инмарсат»

 

Используемые  частоты:

1,6 ГГц-4 ГГц (линия «подвижный объект-КА-Земля»);

6 ГГц-1,5 ГГц (линия «Земля-КА-подвижный объект»).

В состав наземного  сегмента Инмарсат входит:

• спутниковый центр управления (SCC - Satellite Control Center) - находится в штаб-квартире Инмарсат и выполняет функции контролирующего органа, обеспечивая заданное положение всех спутников над экватором и осуществляя непрерывный мониторинг функционального состояния всех бортовых систем. Текущий контроль осуществляются путем обработки данных, поступающих с 4 основных наземных станций слежения, телеметрии и контроля, расположенных на западе и востоке Канады, в Италии и Китае. В случае необходимости может быть задействована запасная станция в Норвегии;
• сеть береговых земных станций (LES - Land Earth Station) - охватывает более 30 стран мира и насчитывает около 40 станций, которые обрабатывают переданные со спутника сигналы от абонентских телефонов, выполняя функции шлюза между космическим и наземным сегментами Инмарсат;
• сетевой операционный центр (NOC - Network Operation Center) при поддержке сети координирующих станций (NCS - Network co-ordination station) контролирует все информационные каналы сети Инмарсат.

Пользовательский  сегмент Инмарсат включает в себя все множество спутниковых телефонных аппаратов и терминалов, приобретаемых  абонентами при подключении к  сети Инмарсат. Широкий диапазон возможностей современных телефонов в сочетании  с простотой в обращении позволяет  использовать их не только по прямому  назначению, но и для решения дополнительных задач: подключения к компьютеру, видеотерминалу, факсимильному аппарату и прочим устройствам.³

В системе  Инмарсат различают следующие стандарты.

Так, цифровой стандарт Инмарсат-М обеспечивает двустороннюю голосовую связь, передачу факсимильных сообщений и данных, но неуклонно вытесняется более новым стандартом – Инмарсат-Мини-М.

Стандарт Инмарсат-Мини-М предлагает аналогичный предыдущему стандарту набор услуг, но благодаря уменьшенным размерам терминала (формат А4 при весе 2 кг), его низкой стоимости, а также способности обеспечивать связь с абонентами любой наземной или сотовой сети он получил более широкое распространение и стал доступен массовому потребителю. Достижением таких преимуществ стандарт Мини-М обязан технологии зональных лучей, применяемой с момента запуска геостационарных спутников третьего поколения в 1996 г. Антенны таких спутников концентрируют в нескольких зональных или узконаправленных лучах всю излучаемую спутником мощность, в результате чего в зоне обслуживания оказывается вся суша и основные морские пути.

Введенный в  эксплуатацию одним из последних Inmarsat-М4, также известный как GAN (Global Area Network), совершил своего рода революцию в современных системах мобильной спутниковой связи. Готовые телекоммуникационные решения, созданные на основе Инмарсат-М4, разрабатываются с учетом таких отличительных особенностей стандарта, как высокая скорость передачи данных (до 64 Кбит/с) и возможность переключения между двумя режимами работы: с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. Отличие между этими режимами состоит в том, что в первом случае тарификация производится по времени соединения без учета количества переданной информации (наиболее распространенный режим), а во втором случае тарифицируется количество переданных и принятых данных, тогда как время соединения не учитывается.

Из-за схожести в скорости передачи данных (64 Кбит/с) стандарт Инмарсат-М4 часто сравнивают с сетями ISDN (Integrated Service Digital Network –  наземные цифровые сети комплексного обслуживания) и порой называют мобильным ISDN (Mobile ISDN). ISDN-устройства, как-то: видеотелефоны, ISDN-модемы, маршрутизаторы локальных  компьютерных сетей, совместимы с терминалами  М4 и также обеспечивают связь  из любой точки мира.⁴

На сегодняшний  день сеть мобильной спутниковой  связи Инмарсат является одним из общепризнанных лидеров в своей  области и занимает достойное  место среди наиболее надежных и  динамически развивающихся телекоммуникационных инфраструктур планеты.

 

2. Глобальная спутниковая система связи Globalstar

Система Globalstar формировалась в 1991 г. как система, предназначенная для взаимодействия с существующими сотовыми сетями, дополняя и расширяя их возможности  за счет осуществления связи за пределами  зон покрытия. Кроме того, система  предоставляет возможность использования  ее в качестве альтернативы для стационарной связи в удаленных районах, где  пользование сотовой связью или  сетью общего пользования по каким-либо причинам невозможно.

В России оператором спутниковой системы связи Globalstar является закрытое акционерное общество «ГлобалТел». Как эксклюзивный поставщик  услуг глобальной подвижной спутниковой  связи системы Globalstar, ЗАО «ГлобалТел»  предоставляет услуги связи на территории всей Российской Федерации. Благодаря  созданию компании ЗАО «ГлобалТел»  у жителей России появилась еще  одна возможность связаться через  спутник из любой точки России практически с любой точкой мира.

Система Globalstar предоставляет спутниковую связь  высокого качества для своих абонентов  с помощью 48 рабочих и 8 запасных низкоорбитальных спутников, находящихся  на высоте 1410 км (876 миль) от поверхности  Земли. Система обеспечивает глобальное покрытие практически всей поверхности  земного шара между 700⁰ Северной и Южной широты с расширением до 740⁰. Спутники способны принимать сигналы до 80% поверхности Земли, т.е. практически из любой точки земного шара за исключением полярных областей и некоторых зон центральной части океанов. Спутники системы просты и надежны.

Используемые  частоты:

• Телефон Глобалстар - Спутник 1610-1625,5 MГц.
• Спутник - Телефон Глобалстар 2483,5-2500 MГц.
• Спутник - Наземная станция сопряжения 6875-7055 MГц.
• Наземная станция сопряжения - Спутник 5091-5250 MГц.

На нижеприведенной  карте показана общая тарифная зона обслуживания ЗАО «ГлобалТел».

 

 

Рис. 2. Общая тарифная зона обслуживания ЗАО «ГлобалТел»

 

Система связи  Глобалстар включает в себя космический, наземный и пользовательские сегменты.

Наземный  сегмент системы Globalstar состоит из центров управления космическими аппаратами, центров управления связью, сети региональных наземных узловых станций сопряжения и сети обмена данными.

Станции сопряжения предназначены для организации  радиодоступа пользователей системы Globalstar к центрам коммутации системы  при установлении связи между  пользователями системы, а также  с пользователями наземных и спутниковых  сетей фиксированной и подвижной  связи, с операторами которых  осуществляется межсетевое взаимодействие. Станции сопряжения являются частью системы Globalstar и обеспечивают надежные телекоммуникационные услуги связи  для стационарных и мобильных  абонентских терминалов по всей глобальной зоне обслуживания.

Наземные  центры управления планируют графики  связи для станций сопряжения, а также контролируют выделение  спутниковых ресурсов каждой станций  сопряжения.

Центр управления спутниковым сегментом следит за системой спутников. Вместе со средствами резервного Центра он производит контроль орбит, обработку телеметрической информации и выдачу команд на спутниковую группировку. Спутники системы Globalstar непрерывно передают данные телеметрии, контролирующие исправность системы, а также информацию об общем состоянии спутников. Центр также отслеживает запуски спутников и процесс их развертывания в космосе.

Центр управления спутниковым сегментом и наземные центры управления поддерживают между  собой постоянный контакт через  сеть передачи данных Globalstar.

Российский  наземный сегмент системы Globalstar включает 3 станции сопряжения, расположенные  под Москвой, Новосибирском и  Хабаровском. Они покрывают территорию России от южной границы до 74 гр. с.ш. и от западной границы до 180 меридиана, обеспечивая гарантированное качество обслуживания южнее 70 параллели. Российские станции сопряжения Globalstar подключаются к сети ТФОП через узлы автоматической коммутации, имеют соединительные линии  с международными центрами коммутации, а также соединены между собой  цифровыми трактами «каждая с  каждой». Каждая станция сопряжения интегрирована с действующими стационарными  и сотовыми сетями России. Станции  сопряжения имеют статус междугородной  станции национальной сети Российской Федерации.