CC BY
67
КОМБИНИРОВАННЫЕ СЕТИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫСОКООРБИТАЛЬНЫХ И НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Кожевников Евгений Александрович,
научный сотрудник, ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, г. Москва.
E-mail: EvgenKozhe@yandex.ru Спирин Александр Александрович
заместитель начальника отдела, ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, г. Москва.
COMBINED SATELLITE COMMUNICATIONS NETWORK WHILE USING THE HIGH AND LOW-ORBIT SATELLITES
Kozhevnikov Evgeniy Alekcandrovich
researcher, Federal state unitary enterprise «18 Central scientific research Institute»
Ministry of defence, Moscow Spirin AlekcandrAlekcandrovich\ deputy division chief, Federal state unitary enterprise «18 Central scientific research
Institute» Ministry of defencc, Mossow
АННОТАЦИЯ
Проведён анализ комбинированной сети спутниковой связи при одновременном использовании высокоорбитальных и низкоорбитальных космических аппаратов.
Комбинированная сеть включает в свой состав космические аппараты на геостационарной орбите, низкоорбитальную систему спутниковой связи в составе орбитальной группировки из 36 космических аппаратов при высоте орбиты 1500 км и региональные земные станции.
Показано, что при наличии четырех региональных станций обслуживается территория России и стран ближнего зарубежья с вероятностью 0,9—0,99 при длительностях сеансов связи от 0,5 до 2 минут и времени ожидания от 0 до 4 минут.
ABSTRACT
The analysis of the combined satellite network while using high and low-orbit spacecraft.
The combined network includes in its membership spacecraft in geostationary orbit, low-orbit satellite communication system in the constellation of 36 satellites in orbit altitude and 1,500 km of regional ground stations.
It is shown that the presence of four regional stations served by the territory of Russia and neighboring countries with a probability of durations at 0,9—0,99 communication sessions from 0.5 to 2 minutes and the waiting time from 0 to 4 minutes.
Ключевые слова: Комбинированная сеть, спутниковая связь, ретрансляция, космический аппарат.
Keywords: Combined network, satellite communications, retransmission, space vehicle.
Одним из бурно развивающихся направлений является создание спутниковых систем мобильной и персональной связи, а также систем связи абонентов, работающих короткими пакетами в сеансных режимах. Возможности традиционных направлений с использованием космических аппаратов (КА) на геостационарных орбитах (ГСО) ограничены как по пропускной способности, так и по возможности существенного снижения массы, габаритов и стоимости абонентских терминалов [1].
В связи с этим, за последние 15—20 лет у нас в стране и за рубежом интенсивно развиваются низкоорбитальные системы спутниковой связи (НССС) [3]. Низкая орбита (700—1500 км) позволяет снизить энергопотенциал линии связи на величину до 20 дБ, что позволяет существенно снизить массу, габариты и стоимость абонентских терминалов при достаточно высоком качестве канала. НССС позволяют обеспечить бесперебойную связь с абонентскими терминалами, размещенными в любой точке Земли и практически не имеют альтернативы при организации связи в регионах со слаборазвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения. Увеличение числа КА компенсируется снижением затрат на их выведение на низкую орбиту (нескольких КА одной ракетой-носителем).
Все проекты НССС можно разделить на два класса:
• с использованием межспутниковой связи между КА для обеспечения глобальности зоны обслуживания и непрерывности канала связи;
• многократной переретрансляцией через наземные пункты.
В некоторых системах используется запоминание и перенос информации на борту КА, что исключает возможность организации дуплексной телефонной связи и обмен данными в реальном масштабе времени.
Для создания НССС с межспутниковой связью приходится решить комплекс научно-технических проблем. Это приводит к увеличению массы КА в два-три раза и к многократному увеличению стоимости создания НССС. Использование многократной переретрансляции через наземные пункты приводит к значительному усложнению аппаратуры и математического обеспечения, снижает надежность и качество связи, увеличивает количество ретрансляционных станций, а на территории морей и океанов размещение этих станций практически невозможно.
Все это в совокупности может свести на нет или сильно ослабить преимущество НССС.
При отсутствии межспутниковой связи и многократной переретрансляции через наземные пункты НССС может обеспечить связи только между абонентами, находящимися одновременно в зоне видимости одного КА диаметром 2—4 тыс. км в зависимости от высоты орбиты и ограничений на значение допустимого угла видимости КА.
При выборе рациональной структуры системы следует учитывать то обстоятельство, что результаты маркетинговых исследований, проведенных в рамках проектов НССС, показывают, что до 70—90 % трафика находится именно в пределах зоны видимости одного КА или зоны обслуживания одной координирующей (базовой) земной станции (ЗС) НССС [2]. При этом значительная зона трафика сосредоточена между абонентами с персональными или мобильными терминалами и стационарными абонентами телефонных сетей связи общего пользования.
Можно отметить, что имеется необходимость оптимизации структуры сетей мобильной и персональной связи по двум противоречивым критериям:
• максимальные расширение услуг связи (телефон, передача данных) и рынка пользователей;
• минимизация стоимости абонентских терминалов и системы в целом.
Решение такой задачи лишь в рамках НССС является чрезвычайно
трудным.
Это решение возможно в рациональном сочетании достоинств и сглаживание недостатков высокоорбитальных и низкоорбитальных систем связи. Для этого предлагается концепция комбинированной системы, включающей в себя как каналы НССС, так и каналы высокоорбитальных систем для обеспечения связности и глобальности сетей мобильных и персональных терминалов. В этом случае в НССС нет межспутниковых линий, а число и сложность оборудования наземных стационарных станций сводится к минимуму.
Связь с персональными или мобильными терминалами обеспечивается в локальных зонах отдельных КА НССС. Для обмена информацией с абонентом, расположенным вне зоны видимости КА НССС, но в пределах зоны высокоорбитального КА, образуется составной канал через стационарные пункты, оборудованные как координирующими станциями НССС, так и земными станциями высокоорбитальных систем спутниковой связи. Такой комплекс будем называть региональной земной станцией (РЗС).
Увеличение стоимости РЗС за счет стоимости ЗС, расположенной на высокоорбитальной орбите, должно компенсироваться снижением сложности и стоимости координирующей или базовой ЗС НССС, а также уменьшением их числа в системе [2].
Одним из наиболее важных вопросов создания комбинированной сети является выбор оптимальной дислокации РЗС, позволяющей минимизировать их количество при заданных вероятностных характеристиках требуемой зоны обслуживания. Результаты моделирования показали, что на низкой орбите, при
высоте НССС 1500 км для обслуживания территории России и стран ближнего зарубежья с вероятностью 0,9—0,95 достаточно иметь четыре РЗС.
Зависимость надежности обслуживания (готовности комбинированного канала) от допустимого времени ожидания Тож для расположения одного из корреспондентов в точке на границе зоны обслуживания (380 в.д., 440 с.ш.) показана в таблице 1.
При проведении расчетов полагалось, что в состав орбитальной группировки НССС входит 36 КА.
Таблица 1.
Длительность сеанса связи Тсс, мин Допустимое Тож, мин
0 1 2 3 4
0,5 0,9 0,961 0,995 1,0 1,0
1,0 0,888 0,937 0,982 0,998 1,0
2,0 0,871 0,92 0,961 0,983 0,999
Таким образом, создание комбинированной сети спутниковой связи с использованием высокоорбитальных и низкоорбитальных космических аппаратов является эффективным способом обеспечения оперативной и надежной телефонной связи и обмена денными в реальном времени в любой зоне обслуживания вплоть до глобальной между абонентами, оснащенными простыми малогабаритными терминалами.
Список литературы:
1. Банкет В.Л., Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. М.: Радио и связь, 1988. — 240 с.
2. Бородич СВ. О применении систем спутниковой связи со спутниками на низких орбитах // Электросвязь. 1995. № 9.
3. Максименко Е.И. Российская группировка спутников связи: современные и перспективные спутники / Е.И. Максименко // Технологии и средства связи. Спутниковая связь и вещание. 2008. — С. 78—80.
