CC BY
181
17 декабря 2011 г. 19:36
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Перспективные направления в развитии спутниковых систем связи РФ двойного назначения
Моисее* Н.И.,
начальник центра цЗЗ,
ОАО1Российские космические системы"
Могучее В.И.,
заместитель начальника центра цЗЗ, ОАО1Российские космические системы"
Сигал А.И.,
начальник отделения бортовых специальных комплексов центра цЗЗ, ОАО1Российские космические системы"
Мировая спутниковая промышленность, по данным Satellite Industry Association, последние 10 лет показывает стремительный рост доходов, которые составляют более 110 млрд долл. Рост доходов сосредоточен главным образом в секторе предоставления спутниковых услуг (Satellite Services) — более 65 млрд долл. и, в меньшей степени, в секторе производ ства наземного оборудования (Ground Equipment) — до 30 млрд. долл. Доходы в секторах производства спутников (Sattelite Manufacturing) и производства средств запуска спутников (Launch Industry) колеблются в пределах около 13 и 6 млрд долл. соответственно.
Исторически только США и СССР (РФ как приемник его долгов и наследник ракетно-космической отрасли), обладали раньше возможностью самостоятельно разрабатывать, выводить и эксплуатировать спутники связи. И только потом Объединенная Европа, представленная Европейским Космическим Агентством (ЕКА), догнала и выходит на передовые рубежи в области космических систем связи. Затем Япония, Индия и Китай также стали обладать этими возможностями.
В настоящее время, не смотря на большой исторический опыт и научный потенциал, мы утратили ведущую роль в области производства средств спутниковой связи, постепенно становясь потребителями достижений зарубежного рынка научно-технической продукции. Только в последние годы органы государственного управления и руководство страны стали уделять несколько большее внимание космическим системам связи России, как одному из приоритетных направлений в создании и развитии наукоемких отраслей промышленности. Зарабатывать не на продаже природных ресурсов, а на интеллекте граждан — специалистов, занятых в отраслях промышленности:
— ракетно-космической техники (ракетоносители, стартовые комплексы, ракетное топливо, специальные материалы)
— создания спутников и их бортовых ретрансляционных комплексов;
— разработки наземных станций и связанных с ними компонентов: антенные системы, модемное оборудование, коммутаторы информационных каналов;
— разработки оконечного оборудования массового применения для приема непосредственного ТВ, доступа в Интернет, обеспечения видеоконференцсвязи в области управления, телеобразово-ния и телемед ицины в основе создания которого лежит сложное специализированное программное обеспечение;
— взаимосвязанные отрасли материаловедения и химической промьтленности, электронной компонентной базы и тд.
Научно-технические проблемы практического развития отечественного производства средств спутниковой связи РФ редко находят широкое обсуждение в нашей отраслевой печати. Только в специализированном выпуске журнала "Спутниковая связь и вешание" за 2006 г. РВ. Анпилоговым в статье "Какой спутник связи нужен России?" были затронуты наши общие проблемы, с лежащим в практической плоскости простым ответом: — "на какой соберем средств, соглосуем частотно-орбитальный план такой и купим за рубежом".
РФ в настоящее время может производить весь комплекс работ по созданию космических систем связи, но только с практически полным использованием импортной элементной комплектующей базы и многих материалов. Все новые отечественные коммерческие ретрансляторы и спутники создаются с участием зарубежных фирм, поставляющих, либо приборы ретранслятора и отдельные приборы спутника (серия "Ямал-100,200,300), либо ретрансляторы в целом (серия "Экспресс-АМ"). Все операторы спутниковой связи используют в основном зарубежное оборудование наземных станций.
На данном научном форуме, организованном МТУСИ, как кузницей инженерных кадров, и ведущими НИИ в отрасли инфоком-муникаций, мы как представители предприятия, отвечающие в большей степени за разработку ретрансляторов для специальных систем спутниковой связи, попробуем представить на широкое обсуждение общие вопросы, касающиеся перспектив развития и новых принципов построения спутниковых каналов связи двойного назначения.
1. Общие проблемы развития спутниковой связи
Фундаментальной проблемой развития спутниковой связи является ограниченность природного орбитально-частотного ресурса, которая уже сегодня наиболее остро проявляется для спутников свя зи на геостационарной орбите (ГСО) в1ДСиКи диапазонах чостот.
Быстро растущая загруженность частотно-орбитального ресурса, который может быть использован для нужд мирового сообщества в целом, и Российской Федерации в частности, заставляет искать новые прогрессивные пути развития спутниковых систем связи, в частности, с использованием обработки сигналов на борту (ОСБ) спутника связи.
Алгоритм ОСБ может быть представлен в веде:
siuc(t) - S {М {Y
Л,
Л»,
Лы
(Р (С (Y.
• -/
где, последовательность операторов обработки выполняет функции: С — свертка спектра ансамбля сигналов ЗС;
Р — разделение парциальных каналов связи;
Д —демодуляция и декодирование каналов;
У — уплотнение и маршрутизация информации;
М — модуляция группового сигнала ствола;
Б — Расширение спектра группового сигнала.
T-Comm, #11-2010
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Выбор операторов обработки при проектировании нового поколения спутников связи должен быть направлен на обеспечение:
— максимального использования располагаемой полосы частот за счет повышения эффективности кодирования, ресурсосберегающих методов модуляции и повторного использования полосы в лучах антенных систем, а также наращивания количества стволов ретрансляции во всех диапазонах в нотифицированных (скоординированных) точках РФ;
— максимальной пропускной способности через доступный частотно-орбитальный ресурс.
При этом необходимо обеспечивать условия электромагнитной совместимости (ЭМС) со спугни ковь^и системами других стран мирового сообщества.
Перспективные технологии повышения информативности спутниковых систем на сегодня лежат в направлениях:
Использования многолучевых антенных систем (МЛА)
• Обеспечивается высокая энергетика и пропускная способность радиолиний, многократное повторное использование полосы частот в лучах антенны.
• При этом порождается проблема обеспечения полнодоступных сдноскачковых каналов связи между станциями, расположенными в различных лучах зоны обслуживания МЛА
Использования перспективных сигнально-кодовых
конструкций на спутниковых линиях связи
• Обеспечивается повышение пропускной способности, либо уменьшение апертуры антенных систем (мощности излучения) земных терминалов.
• При реализации ретрансляторов с ОСБ порождает проблему продаж ресурса для большинства операторов связи, использующих введенное в эксплуатацию старое оборудование.
Общее направление в решении задачи повышения информационной емкости орбитально-частотного ресурса и всех связанных с этим проблем — это принципиальный переход на спутники с полной обработкой сигналов на борту. Спутник связи нового поколения — это вькесенный в космос узел связи и коммутации информационносигнальных потоков с реконфигурируемыми непосредственно в процессе эксплуатации, на протяжении многолетнего срока службы, характеристиками бортовых ретрансляционных комплексов (БРЖ) по видам модуляции, кодирования, методам многостанционного доступа, уплотнения, коммутации и распределения информационных потоков между лучами и полосами частот МЛА — в соответствии с эволюцией развивающихся технологий и потребностью ввода новых услуг связи в действующей системе.
2. Опыт создания коммерческих БРТК ФСС
с обработкой сигналов на борту
В отечественной и мировой практике сложились два направления в технологии создания БРТК с процессорами ОСБ:
1. С цифровым преобразованием и коммутацией частотных полос (каналов) на базе быстрого прямого и обратного преобразований Фурье (рис. 1).
Switch
@-0- МРА1
ЁгВ => РА
Рис 1. Функциональная схема ОСБ с цифровым преобразованием и коммутацией частотных полос
Switch
(ATM)
Рис. 2. Функциональная схема ОСБ с полной цифровой обработкой
2. С полным пакетом цифровых процедур ОСБ: фильтрация, демодуляция и декодирование на восходящей линии, коммутация каналов/ пакетов, кодирование, уплотнение и модуляция на нисходящей линии (рис. 2).
Имеющийся международный опыт создания коммерческих БРТК с ОСБ для предоставления услуг связи фиксированной спутниковой службы (ФСС) представлен в таблице 1.
На сегодняшний день в фиксированной спутниковой связи системы с обработкой сигналов на борту (ОСБ) востребованы в двух направлениях
— спутниковое вещание;
— спутниковая связь.
В области вещания задача ОСБ собрать (мультиплексировать) на борту спутника в единый поток программы региональных вещателей (включая передвижные) для прямой доставки абонентам. ОСБ заменяет наземные линии доставки программ из регионов на станцию псща-чи (Hub). Разработанная еще в начале девяностых годов фирмой "AJema Spacio" аппаратура SkyPtex в разных модификациях эксплуатируется на европейских вещательных спутниках HotBird-4,5,6, W3A. Экономt^ecKafl выгсда от ее применения оценивается достаточно просто — соотнесением стоимости радиорелейных или кабельных каналов доставки программ до станции подъема к стоимости спутникового канала. Поскольку спутниковые терминалы подъема программ гринадлежат вещательным компаниям и общее количество таких терминалов невелико, нет проблемы с минимизацией цены и возможностью одновременной закупки терминалов всеми компаниями На абонентских терминалах наличие или отсутствие такого вида ОСБ никак не отражается. Учитьвая ограниченное число вещателей и постепенное сокращение объемов НТВ в пользу спутникового Интернета, можно ожидать, что спрос на бортовую аппаратуру этого типа буд ет стабильным, но в смень малом количестве (срок службы спутника до 15 лет). Поэтому разработка отечественной аппаратуры этого типа не целесообразна. Более того, доже применение импортной аппаратуры ОСБ этого типа на отечественных спутниках пока не востребовано, очевидно, в силу малого объема региональных вещательных программ по сравнению с центральными. Основные характеристики аппаратуры SkyPtex np^вeдeны в таблице 2.
Таблица 1
Няммгно!
I Iponeccop Sfcyptex (Alcau). MI ТПМА wi МН ияерг TDM из линии вит lawww - гм I ПП.
Зарубежные БРТК с ОСБ Тми обработки
hutclsa( после гпттслытьгх «ГСКрмигМХШССМОСМЦв ftipin«iS коммутшми Skypkx пришел к нычпп о пепелссообраиюсти се
Прои»лхор SpiccMm (E.MS).
Vtt I DMA па линии вверх I DM Md .1ИМИМ МММ I. Киммупиикмшаа млрииа и <шж фильтром НеатЧ-ink <tOMDhV)
Процессор A«4J ( Alcatel). Ml I DM А ч4 .ш TDM tw линии i
To.imw * Кя-лшвпот-.
Ьортооои процессор только в 2-х Я)чм и*4А
PsfpeOoifci SpnccMuA u Boen'Lmk Еипансировалась прмипельелюм
Пи.imu оира&нка сш ихю» ФСС AIМ коммутацией па борту
Hei данных. Прожилки 1сл*ио полос типа WAS
кто* обработка сигналов VSAT чцицнй с ATM
нультиплмсяроналмаи трафика.
Примечание
>борузоваиж AmcrHi* ЗЛ* сстсн DVH-S'DVn-RCS
Ус «у in <К?С с шншедом л) 12 Гбш'с
нужд Минобороны США
flujjho <жши.1. -но ил с.кмукиисм КА хрии SpaecWay (Kb пс буэст
IряГм11«К C4WMV licpc.репкп
2*30 ГГи
T-Comm, #11-2010
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Таблица 2
Основные характеристики аппаратуры SkyPiex
hw mam Skyplex №6 (version turbo-code)
Access type SCPC/TDMA
Channel tand.vidth 33MH2
Uplink DVB-RCS compatibility No
Max nb of uplink carriers per Channel up to 18 Low Rate earners
Uplink decoding Turbo decoding (DVB-RCS standard)
Up-lmk Code rate 4/5 m SCPC mode 6/7 m TDMA mode
Uplink EfcvNO 6 5 dB in SCPC mode 7.5 dB in TDMA mode
Frame length 32.4 ms
Number of packets per burst 8 12. 16. 24 0» 48}
Mu data rate / carrier (MPEG level! 2.6399 Mb/s
Max data rate I carrier (MPEG level) 7.9197 Mb/s
Capacity Granularity 1/6 earner (440 kb/s)
Cross-connection between channels No
Downlink DVB-S compatibikty Yes
Downlink convolution rates 3/4. 2/3, 1/2
Downlink symbol rate 27 5 Ms/s
В области фиксированных систем связи задачи ОСБ более многообразны и сложны:
— повышение энергетического потенциала радиолинии;
— обеспечение межлучевого трафика в спутниках с многолучевыми антеннами;
— обеспечение mesh связи "каждый с каждым" без использования узловой станции в VSAT-сетях (что аналогично двойному увеличению пропускной способности спутника без увеличения частотного ресурса).
Как уже отмечалось выше, реализуются эти задачи двумя типо-ми аппаратуры ОСБ:
— с цифровой или аналоговой маршрутизацией частотных полос;
—с полным восстановлением принятых сигналов (демодуляция и
декодирование), маршрутизацией и формированием (кодирование и модуляция) сигналов на передачу.
Причем ОСБ первого типа решает только вторую и третью зо-дачи, а второго типа решает все три задачи.
ОСБ первого типа применяется, как правило, в спутниках связи с многолучевьиии антеннами. Такая аппаратура содержит коммутационную матрицу фиксированной размерности тхп и фиксированный набор (банк) выделяемых (демультиплексер) и объединяемых (мультиплексер) частотных полос Типичная схема цифрового транс* порентного процессора (DTP) этого типа [1,3] приведена на рис 3. Внешний вид некоторых образцов фирмы Alcatel [ 1 ] приведен на рис. 4.
Процессоры с ОСБ второго типа отличаются между собой поддерживаемыми сигнально-кодовыми конструкциями и методами маршрутизации.
Наибольшую летную практику имеют практически одинаковые бортовые комплекты ОСБ — А9343 (Alcatel) и SpoceMux (EMS) ус-
■ jO <»-< h
4ffi£LKS.T!S& OUTPUT SECTION _
IVc. 3. Структурно-функционаїьная схема аппаратуры ОСБ с марируїизацией полос
ft<c.4. Внешний вид аппаратуры ОСБ ф^>«ы Alcatel с маршрутизацией полос
тановленные на спутниках Amazonas и Anik-F2 соответственно. Эта аппаратура обеспечивает прием сигналов с частотным и временным разделением каналов (MF TDMA) в формате DVB-RCS, мультиплексирование каналов и передачу группового потока с временным разделением каналов (TDM) в формате DVB-S(2). В состав комплекта входит собственно процессор (ВВР), и конвертеры частоты вниз (DOCON) и модуляторы радиочастоты на передачу (MOD). Подключается процессор ОСБ вместо тракта прямой ретрансляции и в случае его отказа или ненадобности ствол переключается в режим прямой ретрансляции.
Пример конфигурации полезной нагрузки системы AnrerHis для сетей DVB-S/DVB-RCS с оборудованием А9343 компании Akctel [2,3] приведен на рис. 5. Внешний вид А9343 [2] приведен на рис 6. Основные характеристики аппаратуры А9343 приведены в таблице 3.
Схема процессора ОСБ SpoceMux [4,5] приведена на рис. 7. Основные характеристики аппаратуры SpaoeMux [5,6] приведены в таблице 4.
Образцом более совершенного варианта полной обработки на борту является аппаратура экспериментального японского спутника "Кизуна" (WINDS), созданного и выведенного в космос в марте 2008 года [7].
Эффективное использование многолучевых и перенацеливаемых антенных систем в составе БРТК "Кизуна" [7,8,9] для мультимедийных услуг связи опирается на полную цифровую ОСБ с регенерацией и ATM-коммутацией ^формации на борту (см рисунки 8,9 и 10).
Его особенностью является наличие на борту ATM-маршрутизатора [8J. В результате чего борт реально превращается в узел авто-матуыеской связи, где абонент сом д инамически выбирает нужное ему соединение, а не наземная система управления квазистатически конфигурирует бортовой маршрутизатор, как это имеет место в вышеприведенных системах. До этого такой метод ОСБ применялся
Таблица 3
Основные характеристики аппаратуры ОСБ А9343
а у л s вагемпа нгосемог
Channel BmMdh 36 MH*
Uplink Access mode MF TDMA
IKet/Ptovidu Terminal DVB RCS Si.ind.ird
N" <* Crnwfv0 S Mbp. 64
Data (i**s 0.5, 1. 2. 4 К 8 Mbps
Skjrul reflection Turbo Cod* Vі or 4/5
Downlink MP(b'DVB-S Standdid Yes
DVB-S Irf* 54 Mbps
f Offt.Uil Inor Curecbon (HC|
rtfutnlfy 1/2. 2/3.3/4.5/6. 7/8
On-board PCRconMm Yes
Functions Chamcfc ciovvcmrwrtion Yes
Mass ffVr channel) 4.2 Kq
DC Power (TVr dvmnrti 35 W
T-Comm, #11-2010
ретрансляции, BFTK в режиме с полной ОСБ потенциально способен передать практически в 2 ч- 3 раза больше информации на линиях спутниковой связи, по сравнению с режимом ПР Эго эквивалентно тому, что через един спутник с ОСБ можно передать больше информации, чем через два спутника с прямой ретрансляцией. При стоимости вывода спутника в 300-400 млн. долл., в которой стоимость ретранслятора около 30%, получается хороший экономический выигрыш.
4. Причины медленного развитии спутниковой связи с ОСБ
Прежде всего, медленное внедрение БРГК с ОСБ определяет имеющийся парк наземного оборудования у операторов спутниковой связи, который исторически был создан и продолжает развертываться под спутники с прямой ретрансляцией сигналов, что в конечном итоге, и определяет на сегодня спрос именно на этот класс спутников.
Внедрение ОСБ пока связанно с финансовой рискованностью проектов, предусматривающих уникальность наземных станций, т.е. жесткую фиксацию сигнально- кодовых конструкций на весь срок службы спутника (15 лет). Это было характерно и для системы Astrolink, для эксплуатации которой было создано специальное наземное оборудование, и для системы АлгегНЬ, с бортовьк* блоком ОСБ А9343 в которой могло работать наземное оборудование DVB-S/DVB-RCS только двух фирм производителей. Эю является второй причиной, поскольку пока еще проектирование аппаратуры ретрансляции с ОСБ ведется только под конкретные применения, при которых их реализация будет наиболее эффективна
Для систем фиксированной спутниковой связи (ФСС) ретрансляторы с полной ОСБ разрабатываются под традиционно освоенные виды сигнально-кодовых конструкций, что приводит к необходимости их использования в течение 10-15 летнего срока. Это вызывает проблемы продажи ресурсов таких ретрансляторов другим операторам По этой причине компания HUGHES отказалась от идеи использования космамеских станций с регенерацией сигнала на борту для обслуживания рынка высокоскоростных Интернет услуг, заказав компании Space System Loral многолучевой спутник связи в Ка диапазоне с прямой ретрансляцией, подобный заказанному конкурирующей компанией ViaSat.
При реализации спутниковых систем связи двойного назначения с полной ОСБ в России следует отметить и инженерно-технические сложности освоения инновационной технологии полномасштабной обработки и динамической коммутации потоков цифровой информации. В частности, острой проблемой для Российской промышленности является отсутствие современной отечественной элементной комплектующей базы (АЦП, ЦАП, перепрограммируемые ПЛИС, процессоры, скоростные схемы памяти и т.п.), специального программного обеспечения САПР и высокотехнологичного производственного оборудования, моральная устарелость используемых сетевых топологий и инфраструктуры наземной связи, недостаточный масштаб подготовки профильных специалистов в стране и др.
Кроме этого следует отметить и влияние распространенных у ряда зарубежных и отечественных специалистов мифов [10] или сомнений по перспективам использования, поскольку ретрансляторы с полной ОСБ как бы:
— представляются менее гибкими в прогнозируемых сценариях их применения и монополизируют рынок, хотя это не так на самом деле, весь вопрос — как их спроектировать;
— являются более дорогими и имеют более длительные сроки ввода в эксплуатацию, хотя проблемы комплексного проектирова-
ния и тестовых испытаний цифрового оборудования значительно ускоряются по сравнению с аналоговыми решениями, что уравнивает итоговые затраты на реализацию проекта;
— являются более рискованными в реализации и обеспечении надежности в условиях работы в открытом космосе;
— требуют для реализации большей массы и потребляемой мощности.
На самом деле, последние два мифа могут быть развенчаны только при реализации БРГК с ОСБ на современных принципах их проектирования.
Можно привести еще больше причин, но главной остается отсутствие реальной востребованности. Мысли ученых и будущее прекрасны, но кто будет платить? Большинство крупных (в смысле диаметра антенны и пропускной способности) земных станций межконтинентальной связи функционируют уже по 20-30 лет высоконадежны, окупаемы (капитальные затраты давно компенсированы) и хорошо интегрированы в инфраструктуру наземных сетей. Поэтому никто в обозримом будущем не будет сворачивать эти станции. Ор-битальнью позиции межконтинентальных спутников-ретрансляторов закреплены за крупными операторскими компаниями, и главная задача состоит в повышении энергетических характеристик спутников-ретрансляторов при замене аппаратов выработавших свой ресурс (наращивание количества стволов, как правило, огра-н^ено имеющимся чостотным ресурсом в данной орбитальной позиции). Выигрыш от применения обработки сигналов на борту для магистральных линий типа точка-точка не слишком актуален, но при этом требует чрезвычайно сложного высокоскоростного бортового оборудования и, что самое главное, модернизации дорогостоящего оборудования земных станций, вместо постепенного улучшения использования чостотного ресурса за счет внедрения современных методов модуляции (8PSK, 16QAM и.тд) и количественного наращивания модемного оборудования при наличии борта с улучшенными энергетическими характеристиками.
Однако в плане внедрения обработки сигналов на борту именно такие спутники, как это ни парадоксально, играют решающую роль. Именно тяжелые спутники с максимально возможным количеством стволов прямой ретрансляции, реализованные на пределе возможностей средств выведения и на пределе возможностей систем энергопитания, являются основным полигоном для внедрения систем связи с обработкой на борту.
Дело заключается в том, что основную долю (более 50%) стоимости спутника связи составляет стоимость запуска. Очевидно, что в пересчете на один килограмм полезной нагрузки (ретранслятор) тяжелый спутник является самым выгодным, т.е. килограмм выведенного на орбиту оборудования связи—самый дешевый. Поэтому на таких спутниках операторы могут позволить себе роскошь выделить ограниченный ресурс для коммерчески рискованного проекта создания системы связи с обработкой на борту, особенно когда в создание самой аппаратуры обработки деньги частично вкладывают некоммерческие организации (ESA, NASA NASDA).
Характерным примером такого подхода является спутник Anik-F2, имеющий 94 ствола прямой ретрансляции из них два ствола могут переводиться (а могут и не переводиться!) в режим с обработкой. По массе такая (SpaceMux) аппаратура обработки равна примерно двум-трем стволам прямой ретрансляции, а по энергопотреблению одному Учитывая это, получается, что упущенная выгода из-за отсутствия на спутнике еще одного ствола составит за 10 лет порядка 10 млн. долл., плюс стоимость самой аппаратуры порядка 6-8 млн. долларов, итого около 18 млн. При стоимости упомянутого спутника (с учетом выведения) около 600 млн. долл., максимально возможные потери (при нулевом доходе системы с обработкой) со-
10
T-Comm, # 11 -2010
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
ставят 3%, что является вполне разумным риском.
Для спутников меньшей размерности этот процент будет существенно больше, и именно поэтому на отечественных коммерческих спутниках "Ямал-200” Ямал-300*, "Ямал-4001, которые меньше и дешевле почти в дво-три раза, проект размещения аналогичной аппаратуры обработки каждый раз рассматривался, но не реализовывался из-за недостаточной экономической эффективности.
Что касается государственных спутников серии "Экспресс", то и на них при отсутствии прямого госзаказа на систему с обработкой на борту, во главу угла ставилось высокая стоимость бортового и наземного оборудования. Исходя из изложенного понятно, что пока не будет полностью исчерпан чостотно-орбитальньй ресурс РФ, никто не будет вкладывать деньги в проекты с обработкой на борту. Но если уже сегодня не начать отрабатьвать такие системы, РФ очередной раз технологически отстанет на десять-двадцать лет. Одним из источников долевого финансирования должно стать государство (в рамках военных и инновационных проектов), а полигоном для отработки — запланированные в Федеральной космической программе (ФКП-2020) крупноразмерные технологические спутники серии "Енисей".
В настоящее время широко внедряется ОСБ для систем ПОДВИЖНОЙ спутниковой связи (ПСС) в 1/5 диапазоне с многолучевыми антенн о-фцдерными системами, использующие обработку в виде "псевдо-прямои1 ретрансляции с цифровой коммутацией палое Такой принцип ОСБ при построении Б РЖ на многое годы эксплуатации позволяет легко изменять и вводить новые сигнально-кодовые конструкции в наземном оборудовании, совершенствовать протоколы доступа и сдавать в аренду стволы спутника любым операторам.
5. Современные направления проектирования БРГК с ОСБ
Перспективные БРГК должны разрабатываться, как указывалось выше, на основе гибкой реконфигурации бортовых цифровых платформ в части алгоритмов приема и методов цифровой оброботки сигналов на линиях "ВВЕРХ", коммутации сигнально-информационных потоков, уплотнения и формирования ретранслируемых сигна-
лов на линиях "ВНИЗ". Структурная схема ретранслятора с полномасштабной ОСБ на базе реконфигурируемой бортовой цифровой платформы (БЦП) приведена на рис 12.
Блок модулей приема и цифровой фильтрации (ЦФ) на входе каждого их приемных лучей МЛА должен позволять возможность приема сигналов в полной полосе частот данного диапазона (400/500/10ОО МГц) и обеспечивать, по командам программного медуля управления (ПМУ) этого блока, и выбор требуемого для донного региона и для донного сценария использования, числа стволов приема и полосы (24/ 36/ 54/ 72/110 МГц) их цифрового фильтра.
Коммутатор между блоком приема лучей и блоком, содержащим банк модулей канальной фильтрации (ЭйС), демодуляции и декодирования на несколько сотен ? тысяч каналов, должен обеспечивать возможность их подключения к выходу соответствующего ствола приема для донного сценария предоставления услуг связи в донном регионе, и данному оператору.
Тип демодулятора и декодера, как и другие элементы сигнальнокодовой конструкции (интерливинг, скремблер параметры многостанционного доступа и пр.) должны настраиваться в каждом их модулей банка под текущие задачи оператора.
В качестве бортового блока коммутации пакетов и каналов, по нашему мнению, наиболее приемлем является специализированный многопротокольный АТМ коммутатор, позволяющий реализовать любые функции как коммутации пакетов, в том числе МР15/1В так и функции коммутатора каналов и цифровых потоков бьютрого преобразования Фурье.
Блок модулей формирования ретранслируемых сигналов на линиях "ВНИЗ" также должен иметь широкие возможности по его программной реконфигурации в части используемых сигнально-кодовых конструкций, числа формируемых несущих, в том числе ВВОДИТЬ режим псевдо-прямой ретрансляции на базе быстрого обратного преобразования Фурье. Использование универсального решения с
I, О векторным модулятором выходного сигнала позволяет реализовывать широкие возможности формирования от ОДНОЙ, двух и п несущих с требуемыми видами модуляции до псевдо-прямой ретрансляции.
Блок модулей приеме и ЦФ
і
п>
Луч 1 Луч 2
о-Ой1,
^сьш}
у
Луч п
■сьаИ
ПМУ
Блок модулей демодуляции и декодирования
ПМУ
Бортовой
коммутатор
пакетов/каналов
Блок модулей модуляции (векторной)
Блок
ствольных
передатчиков
0 —
2 л ш 19 Ш О *- о *
> о. О
1 -в- О Щ ^ с
п х 400 МГц
ПМУ
' ітнеш I - »сгеп*> I ;
ПМУ
Уве ЬЛаЛ РА
Усс Мог! РА
Блок процессора оперативного управления режимами ОСБ
Рис. 12. Реконфигурируемая схема БЦП с полномасштабной ОСБ
Т-Сотт, #11-2010
11
Реконфигурация структурно-функциональной схемы БРТК из наземного центра управления связью должна позволять производить его настройку под востребованные (продаваемые) в данный период услуги связи операторов и вводить новые современные сигнальнокодовые конструкции, которые будут появляться на многолетнем сроке эксплуатации, в том числе:
• число и полосы стволов приема и ретрансляции в каждом из лучей зоны обслуживания МЛ А;
• число обслуживаемых каналов приема в каждом из стволов на линиях "ВВЕРХ", их расстановку в полосе ствола, виды сигнальнокодовых конструкций и методы многостанционного доступа;
• число каналов передачи на линиях "ВНИЗ", их расстановку в полосе ствола, виды сигнально-кодовых конструкций и методы уплотнения;
• способы формирования и маршрутизации служебной информации для адоптивных методов модуляции и кодирования, доступной скорости передачи трафика и качества обслуживания.
Выводы
1. Устойчиво растущий спрос на высокоскоростные мультимедийные услуги связи в условиях ограниченного частотно-орбитального ресурса спутниковых систем приводит к необходимости применения и развития цифровой связи с использованием технологий МЛД полномасштабной обработки и динамической маршрутизо-ции сигналов на борту.
2. Реконфигурация бортовой цифровой платформы БРТК для адоптации функциональных операций и алгоритмов обработки сигналов к эволюционным потребностям сетей связи и абонентских терминалов в процессе эксплуатации спутниковой системы открывает новые перспективы применения ОСБ.
3. Решение технологических проблем разработки бортовой аппаратуры ОСБ сегодня требует применения импортной комплектации. Необходима отработка технологии сборки бескорпусных кристаллов АЦП, ЦАП, перепрограммируемых ПЛИС, схем памяти и LVDS-портов обмена между структурно-функциональными элементами В единый гибридный модуль.
4. Создание бортовых цифровых платформ ОСБ с динамической маршрутизацией информации и сигналов земных станций — перспективное направление для сохранения и развития отечественных предприятий на рынке разработки и создания современных спутников, сетей связи и сетевого оборудования.
Литература
1. www.alcatel.es/ espacio
2. Bolefin informalrvo Infotspodo / Space Magazine, 2004, № 6 с 7-10.
3. wwwalcatel.es/espaao/ dvb.jhlnL
4. www.ems-t.com.
5. SpaceMuxTM: An On-Board Mesh Processor, R Takats, M. Cote, EMS Technologies» SJC special issue on On-Board Processing.
6. TeJesafSolution Ka-band Apbcation, т.2, Приложение 4 "Corporate Profiles of COM DEV and EMS TECHNOLOGIES", стр. 1 -5.
7. www.jaxa.jp.
8. Tsuyoshi Moeda et aL WINDS Satellite BUS System, AIAA ICSS, Soul, 2007.
9. Tetsuo Solo et aL 3-1 Overview of WINDS Satelite, Journal of The National Institute of Information and Communications Technology, Vol. 54 Number 4 Dec.2007.
10. Broadband payloads for the emerging ka-band market. Mark Bever, Scolt Willoughby, Eric Wiswell, Kenton Ho, and Stuart linsky TRW Space & Electronics, wwwJnv.com/broadband.
12
T-Comm, # 11 -2010
