Файл: Понятие и сущность глобальной системы спутниковой персональной связи Иридиум 4 1 История возникновения и развития 4.docx

В орбитальной группировке для обеспечения минимального расстояния между соседними КА выбрана оптимальная разность углов (27°) между плоскостями орбит.

Основные параметры орбитальной группировки:

- Орбиты квазиполярные с наклонением i = 86,4.

- Число плоскостей — 6.

- Число КА в одной плоскости— 11.

- Угловое расстояние между КА, находящимися в одной плоскости, — 32°.

- Высота орбит — 780 км.

- Период обращения КА вокруг Земли— ЮОмин [12].

Любой КА орбитальной группировки формирует 48 лучей излучения, образуя каждым лучом на Земле соту диаметром 640 км. В совокупности 48 лучей создают подспутниковую зону диаметром примерно 4500 км. Вся орбитальная группировка формирует квазисплошную подспутниковую зону, покрывающую всю поверхность Земли. Формирование подспутниковой зоны осуществляется с помощью расположенных на каждом КА шести антенных фазированных решеток (АФАР), Каждая АФАР формирует восемь лучей. Благодаря применению многолучевых антенн и сотовой структуры обслуживаемой зоны, рабочие частоты в системе Iridium используются многократно. При этом в смежных сотах используются различные частоты, а в каждой восьмой соте, создаваемой орбитальной группировкой, возможно повторение частот. В результате частоты диапазона 1616,0— 1626,5 МГц используются в системе более 150 раз [26].

Частотный диапазон коммерческой радиолинии:

- «Абонент — КА» содержит 64 частотных канала с разносом между ними 160 Кгц (ширина полосы частот каждого канала 126 Кгц).

- «КА—абонент» содержит 29 каналов с разносом между ними 350 Кгц (ширина полосы частот каждого канала 280 Кгц).

В таблице 1 представлены диапазоны частот радиолиний системы Iridium и используемые полосы частот.

Таблица 1 – диапазоны частот радиолиний системы Iridium.

Наименование диапазона	Радиолиния	Диапазон частот	Ширина частот полосы канала
L	«Абонент— КА»	1616,0—1625,5 МГц	126 Кгц
L	«КА—абонент»	1616,0-1626,5 МГц	280 Кгц
Ка	«КА— шлюзовая станция»	19,6 ГГц 29,1-.29,3 ГГц	100 МГц
Ка	Шлюзовая станция—КА»	23,18-23,38 ГГц	100 МГц
Ка	Межспутниковая связь «КА—КА»	29,1-29,3 ГГц	200 МГц

Методы доступа:

В радиолиниях «абонент — КА» и «КА — абонент» применяется временное разделение каналов, формат много станционного доступа сочетает временное разделение каналов для каждой соты и частотное разделение для смежных сот (FDMA). При помощи фазовой Манипуляции ФМ-4 производится кодирование информации, которое обеспечивает сжатие речевой информации в цифровом виде. Информация о сжатии, а также сигналы циклической и тактовой синхронизации передаются по каналу управления, для чего в радиолинии «КА—абонент» задействовано 4 радиоканала. Коэффициент сжатия, информации (2,2/1) позволяет обеспечить передачу в радиолинии «КА—абонент» 55 речевых каналов на 25 несущих частотах. При передаче радиотелефонной информации вероятность ошибки на бит не выше 0,001, при передаче цифровых данных— 0,000001 [14].

Орбитальная группировка КА формирует на поверхности Земли примерно 2150 сот при использовании 48 лучей АФАР каждого КА. Следовательно, при использовании полосы частот 1616,0— 1626,5 МГц пропускная способность системы составляет 3835 дуплексных телефонных каналов связи.

Радиолиния межспутниковой связи.

Каждый КА орбитальной группировки имеет радиолинии связи с двумя соседними КА, находящимися в одной орбитальной плоскости с ним, и двумя КА в соседних (слева и справа) орбитальных плоскостях.

Для поддержания меж спутниковой связи на каждом КА имеются четыре щелевые антенные решетки с коэффициентом усиления 36 дБ. Точность управления диаграммой направленности каждой антенны составляет ±5°. Используется полоса частот шириной 200 МГц в диапазоне 23,18-23,38 ГГц. Для исключения взаимных помех в межспутниковых каналах связи полоса частот шириной 200 МГц разбита на 8 отдельных частотных полос, которые образуют отдельные каналы связи. Скорость передачи информации в каждом канале 25 Мбит/с. Метод модуляции и кодирование информации такие же, как в радиолинии КА—абоненты. Каждый канал межспутниковой линии связи поддерживает 600 телефонных каналов без сжатия (1300 каналов при коэффициенте сжатия информации 2,2/1) [17].

1.5 Примеры изделий и их технические характеристики

Оборудование спутников Iridium:

- Аппаратура AireonSM на борту спутника.

- Крыло солнечной батареи.

- Антенны межспутниковой связи, Ka‑диапазон.

- Атенна основной нагрузки — L‑диапазон.

- Антенны фидерного тракта, Ka‑диапазон.

Рисунок 1 – Внешний вид спутника Iridium NEXT

Характеристики спутника Iridium NEXT (рисунок 1):

- 9,4м - размах крыльев;

- 860 кг - вес спутника;

- 3,1×2,4×1,5м размеры в сложенном виде [12].

Iridium 9555® - это спутниковый телефон, который помогает оставаться на связи в любой точке земного шара. В любую непогоду, в самых суровых условиях Iridium 9555® послужит надежным средством связи (рисунок 2).

Рисунок 2 – Спутниковый телефон Iridium 9555

Характеристики:

- Выдвижная и всенаправленная антенна.

- Размер: 143 x 50 x 30 мм.

- Вес: 266 гр.

- Рабочий диапазон температур: -20°…+60°С.

- Время работы от батареи : до 30 ч в режиме ожидания [16].

Дрейфующий буй STOKES Iridium – это компактное устройство для онлайн мониторинга поверхности воды и маркировки местоположения загрязняющих веществ. Он идеален для моделирования течений, отслеживания перемещения разливов нефти и отслеживания биоматериалов и пластмассовых предметов в открытой воде(соленой и пресной).Виды применения STOKES чрезвычайно разнообразны, буй может использоваться как метка положения или как отличное дополнение к любому мониторинговому проекту или поисково-спасательной операции [23].

Дрейфующий буй оборудован спутниковым передатчиком Iridium, который позволяет ему передавать важные данные в реальном времени.

Так же буй обладает возможностями работы в двух направлениях, что позволяет пользователю не только принимать данные, но и отправлять команды на буй. Кроме того, буй способен передавать сигналы тревоги. Буй STOKES это действительно лучший дрейфующий буй, который применяется для трекинга поверхности [25].

Характеристики:

- Online трекинг (через SBD-модуль).

- Глобальное, от полюса до полюса, покрытие — обеспечиваемое 66 низкоорбитальными спутниками.

- Размер: 240*41.

- Вес: 905.

- Рабочий диапазон температур: От -18°C до +55°C.

- Уровень защиты: IP 68.

- Отправка треков : да.

- Модем Iridium: 9603.

- Источник питания: 10 батареек AA.

Рисунок 3 - Дрейфующий буй STOKES Iridium

Система спутниковой связи LT-3100 — это морской стационарный спутниковый терминал Iridium от Lars Thrane A/S. Система LT-3100 разработана для морского рынка как для коммерческих судов, так и для отдыха. Система LT-3100 соответствует всем стандартам и сертификационным требованиям, предъявляемым к оборудованию морской спутниковой связи во всем мире. Система LT-3100 имеет возможности передачи голоса и данных в любой точке планеты. Система LT-3100 состоит из блока управления, телефонной трубки и антенного блока. Единый кабель соединяет блок управления с антенным блоком. Используя стандартный коаксиальный кабель, можно получить расстояние между устройствами до 500 метров, что дает свободу установки антенны в самом удобном месте со свободной прямой видимостью спутников [8].

Характеристики:

- Программируемая кнопка SOS.

- Глобальное, от полюса до полюса, покрытие — обеспечиваемое 66 низкоорбитальными спутниками.

- Размер: 224 x 120 x 70.

- Размер антены: 151.1 x Ø 149.5 мм.

- Рабочий диапазон температур: От -15°C до +55°C.

- Уровень защиты: IP31 (спереди) / IP30 (сзади), антенна IP67.

- Отправка треков : да.

- Модем Iridium: 9523.

- Скорость передачи данных: 2,4 кбит/с [12].

Рисунок 4 - Система спутниковой связи LT-3100

Глава 2. Основные проблемы, возникающие при разработке и эксплуатации. Перспективы развития. Пути совершенствования

2.1 Основные проблемы, возникающие при разработке и эксплуатации

Недостатками спутникового интернета можно считать:

- необходимость разрешения на радиопередающее оборудование;

- дороговизна и громоздкость оборудования;

- задержка на канале связи (спутниковому сигналу требуется около 250мс, чтобы дойти от передающей антенны до спутника, и столько же обратно);

- период пинга на двустороннем канале может быть 500-800мс;

- несовместимость оборудования различных производителей [21].

Задержка, или иначе latency, – это время, которое необходимо, чтобы ваш сигнал (а точнее, пакет байт с информацией) добрался от гейтвея (хаба, центральной спутниковой станции, в общем, от любого другого спутникового терминала) через спутник до вашего абонентского терминала.

Задержка на сегодня является главной проблемой спутниковой связи через традиционные спутники на геостационарной орбите.

Геостационарная орбита перегружена космическими аппаратами во всем спектре радиочастот, включая Ka-диапазон. Осуществлять координацию новых спутниковых сетей – очень большая проблема.

2.2 Пути совершенствования и перспективы развития

Всемирная (глобальная) экономика в постиндустриальной экономической системе породила глобальное информационное общество, одной из черт которого является запредельно высокая занятость радиочастотного спектра радиосигналами, что приводит к острейшему дефициту, фактически к экологической радиокатастрофе, в распределении полос радиоспектра и стимулирует поиск мер повышения эффективности его использования [14].
Цифровые методы управления, первоначально определенные в концепции сетецентрической войны (Network Warfare), сегодня принимают глобальный характер и перерастают в концепцию цифровой экономики. Все это вынуждает системы связи развиваться не только в рамках физических ограничений, но и в условиях искусственных ограничений на использование радиочастотного спектра со стороны государств и различных международных структур [19].

Между тем в ближайшие годы основные тенденции развития технологий спутниковой связи будут стимулироваться конкуренцией между геостационарными и негеостационарными мультиспутниковыми системами, а также с технологиями наземной радиосвязи. Это обусловлено тем, что создателям систем трудно преодолеть барьеры, определенные их исторически сложившимися технологическими возможностями.

С другой стороны, внедрение в связную аппаратуру новых цифровых технологий, таких как SDR-технологии – программируемого радио (Software-defined Radio) [15], стерли эти барьеры. Если раньше производители диктовали свои условия потребителю, исходя из своих технологических возможностей и соответствующих им технических характеристик систем связи, то сегодня технические ограничения на возможности аппаратуры связи практически сняты. По сути, единственным ограничением остается среда распространения сигналов, которая вводится в состав радиоинтерфейсной части системы связи при переходе к парадигме системы когнитивного радио (Cognitive Radio System – CRS) [16].

Таким образом, сегодня складывается ситуация, когда главная роль, по крайней мере на уровне профессиональных и информационно-телекоммуникационных систем специального назначения, в формировании облика системы связи переходит непосредственно к потребителю, который, во-первых, свободен от технологических барьеров, присущих разработчикам, во-вторых, определяя свои потребности, может увеличить количество передаваемой информации не только за счет наращивания количества и скорости передачи сообщений, но и путем повышения энтропии источника, т. е. информационной емкости самих сообщений, с учетом степени осведомленности потребителя. В этом случае информация передается сообщениями, информационная емкость которых используется наиболее полно.

Заключение

В данной работе была рассмотрена глобальная система спутниковой персональной связи «Иридиум».

На основании проведенного исследования можно сделать несколько выводов.

Во-первых, необходимо понимать, что, спутниковая связь на сегодняшний день актуальна в труднодоступных местах. Речь идет, например, о горах, пустынях, больших открытых водных объектах, полюсах Земли.

Во-вторых, следует отметить, что глобальная система спутниковой персональной связи «Иридиум» - единственная на сегодняшний день, которая покрывает своей сетью всю поверхность Земного шара.