Тема 18. Сети связи на базе негеостационарных ретрансляторов.

В настоящее время наряду с ГССС, много лет успешно функционирующими в режиме коммерческой эксплуатации, на начальном этапе предоставления услуг связи и в процессе проектирования находятся множество систем спутниковой связи нового типа, которые потенциально могут обеспечить своим пользователям более широкий спектр услуг с более высоким качеством.

Это сети спутниковой связи на негеостационарных орбитах (НССС), включая низкоорбитальные сети — LEO. В состав орбитальных группировок LEO входят от десятков до сотен ИСЗ. Последние успехи в области микроэлектроники и космических технологий позволили удешевить массовое производство космических аппаратов данного типа.

Необходимость предоставления широкого класса услуг подвижным

абонентам, абонентам в малонаселенных и труднодоступных районах, в районах Крайнего Севера и приполярных областей, значительно повысили интерес к этим сетям связи. Совершенствование конструкции и технологии производства бортовых радиотехнических комплексов в совокупности с применением новых информационных технологий позволяет удовлетворить этот интерес. Даже в странах с развитой инфраструктурой связи около 35% потребностей в услугах связи могут обеспечить только НССС.

Современные условия характеризуются непрерывным расширением рынка и качества новых услуг связи. Одним из решений этой задачи является использование НССС.

Основными особенностями НССС по сравнению с ГССС являются:

• меньшая высота орбит ИСЗ от 700-1500 км - у LEO, до 10000-20000 км -

у МЕО, и существенно меньшая задержка распространения сигналов;

• небольшие энергетические и массогабаритные характеристики спутниковых ретрансляторов. Например, масса низкоорбитальных спутниковых ретрансляторов, как правило, не превышает 250-750 кг;

• высокая скорость изменения топологии сети и малая продолжительность

времени радиовидимости, например, в LEO средняя продолжительность

времени радиовидимости и неизменной топологии каналов связи составляет только 6-7 минут. Вследствие этого в конце 80-х годов точное

предварительное позиционирование антенн абонентов было сложно

реализовать. Но сейчас данная проблема решена с помощью фазированных

антенных решеток;

• высокие допплеровские сдвиги частот (около +/- 40 кГц в L-диапазоне);

• использование более высоких, чем для ГССС, углов возвышения антенн

терминалов, например 20°- 40°, что обеспечивает надежность связи около

99,9%, и др.

Параметры орбиты СР в НССС во многом определяют потребительские

свойства сети связи, размеры и вес персональных спутниковых терминалов. Одним из параметров орбиты низкоорбитального СР является угол наклонения орбиты — угол между плоскостью орбиты и плоскостью экватора Земли. Чем меньше этот угол, тем уже зона обслуживания НССС.

Зона видимости (зона, из любой точки земной поверхности которой виден спутник) в каждый момент времени имеет форму круга с центром в подспутниковой точке, а её размер зависит от высоты орбиты.

Другие отличия LEO НССС от ГССС приведены в таблице 4. В таблице

условно LEO разбиты на два класса: небольшие (весом до 125 кг) и большие (весом до 500-700 кг).

Таблица 4.

Кроме особенностей, указанных в таблицах, НССС имеет и ряд других

особенностей.

Для низкоорбитальных СР радиус зоны видимости составляет несколько тысяч километров, например для высоты 1000 км радиус равен около 3000 км. С увеличением угла наклона орбиты зона видимости расширяется в направлении севера и юга от экватора. Для обеспечения глобальной связи целесообразно использовать полярные (с наклонением 90 градусов) и околополярные орбиты — это орбиты, проходящие через условную ось вращения Земли. Для обеспечения региональной связи или связи в большинстве густонаселенных районов мира достаточно использовать орбитальные группировки с наклонением орбиты менее 90 градусов — такие орбиты используются в системах Globalstar (наклонение 52 градуса), «Гонец» (наклонение 83 градуса) и др.

Время, в течение которого можно наблюдать низкоорбитальный космический аппарат, для большинства НССС не превышает 15 минут. Поэтому для обеспечения непрерывной связи между абонентами необходимо создание такой орбитальной группировки, при которой достигается непрерывность зоны видимости для сети спутников. Чтобы обеспечить связь между абонентами не только внутри зоны видимости одного спутника, но и на всей зоне обслуживания НССС, необходимо обеспечить связь между различными космическими аппаратами в орбитальной группировке НССС. Для этого применяют либо межспутниковые линии связи, либо наземные шлюзовые (базовые) станции. Очевидно, что для обслуживания абонентов на всей поверхности Земли необходимо большое число спутников. Например, при использовании орбит с высотой от 700 до 1500 км необходимо иметь от 70 до 40 спутников соответственно, так как с увеличением высоты орбиты требуемое количество спутников в орбитальной группировке уменьшается.

На Рис.39 показаны виды орбитальных группировок ИСЗ.

Рис. 39

Эллиптические орбиты ЕЕО {Elliptical Earth Orbit} привлекательны для

избирательного покрытия одного из земных полушарий. Высота точки перигея орбиты выбирается минимально возможной с учетом дестабилизирующего влияния остаточной атмосферы Земли и составляет примерно 500 км. Поскольку скорость движения спутника по орбите возрастает по мере уменьшения ее высоты, он быстро пересекает на низких высотах южное полушарие и при угле наклонения орбиты около 90 градусов в течение длительного времени «зависает» над северным. Высота точки апогея 12-часовой эллиптической орбиты сравнима с высотой

геостационарной орбиты и составляет примерно 40000 км. Для непрерывного покрытия полушария во времени достаточно трех спутников, длительность сеанса связи с каждым из которых равна 8 часов.

Орбиты с аналогичными параметрами впервые были использованы для советских радиовещательных спутников раннего поколения «Молния», поэтому их часто называют орбиты типа Молния (Molniya Orbit).

Большие низкоорбитальные ретрансляторы используются в ССС,

обеспечивающих полное покрытие области обслуживания с нулевым временем ожидания сеансов связи, что позволяет поддерживать интерактивный режим информационного обмена между любой парой пользователей в масштабе времени, близком к реальному времени.

Ниже в таблице 5 сведены указанные преимущества и недостатки каждого типа спутниковых сетей связи.

Таблица 5.

Дата добавления: 2015-09-05