Обзор низкоорбитальных систем спутниковой связи (LEO)

1. Обзор низкоорбитальных систем спутниковой связи (LEO)

2. Обзор низкоорбитальных CCC

Способы организации связи между абонентами
• Связь в реальном времени без переприема информации, когда абоненты находятся в зоне
радиовидимости одного спутника. Размер зоны обслуживания (диаметр пятна) при высоте
орбиты 700–1500 км равен примерно 4000–5000 км.
• Глобальная связь в реальном времени, когда абоненты находятся в зоне радиовидимости
разных СР, а информация ретранслируется через межспутниковые или наземные линии
связи.
• Связь не в реальном времени (по виртуальным каналам), когда сообщение запоминается на
борту СР и сбрасывается в пункт назначения во время пролета спутника над ним. В этом
случае система работает по принципу электронной почты. При малом числе спутников
время доставки информации может составлять несколько часов.

3. Обзор низкоорбитальных CCC

Характеристика услуг:
Организацию каналов передачи данных (дуплексных или симплексных), работающих в
реальном времени, в пакетном режиме или в режиме электронной почты;
Организацию дуплексных телефонных (речевых) каналов связи между абонентами
национальных ССС (НССС), а также с абонентами других систем, включая телефонные сети
общего пользования;
Доставку циркулярных сообщений абонентам, находящимся в разных регионах мира;
Автоматизированный сбор данных о состоянии различных объектов, в том числе
транспортных средств; глобальный персональный вызов абонентов.

4. Обзор низкоорбитальных CCC

Globalstar
Система персональной
спутниковой связи Глобалстар
(Globalstar) предназначена для
предоставления услуг глобальной
телефонной связи и
низкоскоростной передачи
данных мобильным и
стационарным пользователям в
зоне между 70 гр. южной широты
и 70 гр. северной широты.
АТ
Центр Управления
Центральная наземная станция
ТСОП
Наземная станция сопряжения
Узловая наземная станция

5. Обзор низкоорбитальных CCC

ВИДЫ УСЛУГ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫХ СИСТЕМОЙ
Дуплексная телефонная связь - обеспечивается глобальная телефонная связь с использованием
мобильных и стационарных терминалов как между пользователями системы, так и с абонентами
ТФОП. Для кодирования речи применен вокодер c линейным предсказанием и переменной
скоростью кодирования.
Передача данных - в настоящее время предусмотрена передача данных со скоростью до 7.2
кбит/c. В дальнейшем скорость передачи может быть доведена до 9.6 кбит/c

6. Обзор низкоорбитальных CCC

Мультисервисная многорежимная
спутниковая сеть ГлобалТел

7. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар
Система Глобалстар состоит из Космического сегмента, Пользовательского сегмента и
Наземного сегмента.
Архитектура построения системы напоминает обычную сеть сотовой связи с размещенными на
борту КА ретрансляторами базовых станций. Вся работа по установлению соединений и
обработке сигналов выполняется наземным коммутационным оборудованием. При этом,
спутники выполняют роль активного ретранслятора, обеспечивающего подключение
пользовательского терминала к ближайшей земной станции (шлюзу).
Структурная схема связной нагрузки не предусматривает обработки сигнала на борту.
СР представляет собой сквозной активный двунаправленный ретранслятор со сдвигом
частоты, связывающий абонентов с так называемыми шлюзовыми станциями (ШС).
В ССС Глобалстар не заложена возможность установления межспутниковых соединений или
непосредственной связи двух абонентов через спутник, минуя ШС. Связное оборудование
состоит из двух независимых сквозных трактов, обеспечивающих ретрансляцию сигналов в
направлении от узловой станции к пользователям и обратно.

8. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар
15
14
16
6
5
13
4
12
7
8
2
9
3
10
11
Парциальные зоны (соты)
Две антенны образуют на поверхности Земли 16
неперекрывающихся
парциальных
зон
(сот)
диаметром около 1100 км. В каждой из сот
формируется групповой канал, занимающий всю
полосу в 16,5 МГц, распределенную системе для связи
с абонентами. Эффективное выделение сигналов
соседних парциальных зон достигается благодаря
применению
многостанционного
доступа
с
синхронным кодовым разделением каналов.

9. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар
Для обеспечения полного покрытия земной
поверхности на орбите размещено 48 КА - по
шесть спутников-ретрансляторов в восьми
орбитальных плоскостях. Все орбиты имеют
высоту 1410 км и наклонение 52°. При такой
высоте орбиты каждый спутник делает один
виток вокруг земного шара за 114 минут, а
время видимости одного спутника абонентом
составляет 10-15 минут.
Спутниковая группировка на мониторе Центра Управления

10. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар
Важной особенностью Глобалстар является использование на спутниковых линиях связи
широкополосных сигналов и многостанционного доступа с кодовым разделением сигналов
(МДКР). Применение указанной технологии позволило добиться максимально возможной на
сегодняшний день эффективности в использовании частотных диапазонов, а также решить ряд
технологических проблем, таких как:
• борьба с многолучевым распространением сигналов;
• обеспечение “мягкой эстафетной передачи” от соты к соте, от спутника к спутнику;
• затруднение несанкционированного доступа к системе.

11. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар
Определение местоположения - определение координат абонента производится с помощью
собственных сигналов системы. При этом предусматриваются два значения точности
местоопределения: низкая и высокая.
Под низкой точностью понимается определение координат терминала с погрешностью не более
10 км. Положение абонента с таким разрешением определяется всякий раз при регистрации его
терминала в системе и не рассматривается как самостоятельная услуга. Эти данные позволяют
локализовать пользователя в пределах национального сегмента и используются самой системой
для расчета шлюза, спутника и луча при установлении соединений и передаче вызывных
сообщений.
При высокой точности местоопределения достигается расчет координат абонента с
погрешностью, не превышающей 300 м.

12. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар: Космический сегмент
Спутники для системы Глобалстар производятся фирмой "Space Systems Loral", которая
представляет собой международный конгломерат нескольких фирм, совместно работающих над
рядом проектов в области космических исследований, а именно: "Alcater", "Aerospatiale", "Alenia",
"Deutche Aerospace".

13. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар: Космический сегмент
Запуск спутников группировки Globalstar осуществлялся ракетами-носителями
"Дельта-II" (США) и "Союз-Икар" (Россия). Запуски осуществлялись из Центра им.
Кеннеди во Флориде и с космодрома Байконур в Казахстане.
"Дельта-II" (США)
"Союз-Икар" (Россия)
"Дельта-II" (США)

14. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар: наземный узел системы
Наземный узел состоит из: узловых станций, систем слежения, телеметрии и передачи команд,
систем управления полетом спутников и центра управления сетью. Каждая узловая станция
одновременно поддерживает связь с тремя спутниками и, кроме того, обеспечивает интерфейс
для связи сети системы Глобалстар с АТС местной телефонной сети региона или с центрами
коммутации сотовых радиотелефонных сетей, прежде всего стандартов AMPS и GSM.
Оборудование системы Глобалстар не влияет на работу наземных сотовых сетей, поскольку в ней
используются другие частоты. Каждая страна будет осуществлять независимый контроль над
своими узловыми станциями и над доступом к телефонной сети находящихся на ее территории
абонентов. В функции системы входит также оперативное обнаружение абонента, посылающего
или принимающего вызов. В функции центра сетевого управления входит регистрация и проверка
вызовов, определение длительности и тарификация разговора и т.д., а также управление базой
данных о состоянии сети, контроль и распределение сетевых ресурсов (каналов связи, частот,
спутников). Контроль над эскадрильей спутников осуществляется с помощью систем слежения,
телеметрии и передачи команд.

15. Обзор низкоорбитальных CCC

Система Глобалстар: наземный узел системы
Данные контроля орбитальной деятельности
спутников посылаются в центры контроля над
сетью, откуда направляются в узловые станции
для осуществления сопровождения и других
функций.
Российский наземный сегмент системы
Глобалстар включает 3 станции сопряжения,
расположенные под Москвой, Новосибирском
и Хабаровском. Они обеспечат покрытие на
всей территории России южнее 70-й
параллели с гарантированным качеством
обслуживания.

16. Обзор низкоорбитальных CCC

Зона покрытия сети Глобалстар

17. Обзор низкоорбитальных CCC

Зона покрытия сети Глобалстар

18. Обзор низкоорбитальных CCC

Частотный план

19. Обзор низкоорбитальных CCC

Частотный план

20. Обзор низкоорбитальных CCC

Значения доплеровских частот (наихудший случай)
Линия связи
Частота(МГц)
Доплер(КГц)
Скорость(Гц/се
к)
ШС - КА
7075.0
131.6
634.9
КА - АБ
5225.0
97.2
468.8
АБ - КА
2500.0
46.5
224.3
КА - ШС
1626.5
30.2
146.0

21. ССС с пакетной передачей данных

22. Обзор СПСС Inmarsat

Основные характеристики СС пакетной передачи данных
Наименован
ие
Страна
Число СР
Гонец -Д1
Россия
06.дек
1400
82.5
Гонец
Россия
45 (5 х 9)
1400
82.5
Курьер -1
Россия
08.дек
700
Курьер - 2
Россия
60
700
ЭлеконСтир-М
Россия
7 (7 х 1)
Высота Наклонение Диапазон
Масса КА, Кг
орбиты, км , град
частот, МГц
1000
225
76
235-265
312-315,387390
430-470
76
430-470
-
82.5
1,621-1,626;
2,490975
2,493025;
5,1505,2155;
7,025-7,0405
-
260

23. Обзор СПСС Inmarsat

Основные характеристики СС пакетной передачи данных
Наименова
ние
Страна
Число СР
Leosat
США
18
США
36
(4 х 8)
(2 х 2)
Orbcomm
Starsys
США
24
(6 х 4)
TAOS
Франция
5
Высота Наклонение Диапазон Масса КА,
орбиты, км , град
частот, МГц
Кг
1000
45
775
45
775
90
-
50
137-138, 148
150.05,
400,1
39.5
170
150
1300
53
137-138, 148
150.05,
400,1
1208
57
148/137
149.9-150.05

24. Обзор СПСС Inmarsat

Взаимосвязь сегментов

25. Обзор СПСС Inmarsat

Структура системы «Гонец-Д1»

26. Обзор СПСС Inmarsat

Какие возможности предоставляет орбитальная группировка КА
передачи информации в цифровом пакетированном виде между абонентами,
расположенными в любых точках Земного шара
автоматизированного сбора данных различного назначения;
сбора координат местоположения подвижных пользователей путем использования
абонентских терминалов специальной модификации.
Орбитальная группировка КА, имеющая заданную баллистическую структуру, имеет
оперативные характеристики обслуживания пользователей и географию предоставления услуг.
Для существующей ОГ среднее время ожидания сеанса связи абонентского терминала,
расположенного на широте 56 градусов северной широты, составляет 20 минут (возможно
увеличение длительности ожидания сеанса связи до 3 часов – не более 1 раза в сутки). При
наращивании орбитальной группировки время ожидания сеанса связи будет уменьшаться.

27. Обзор СПСС Inmarsat

Основные характеристики КА «Гонец-Д1»
Пропускная способность КА
15 Мбит/сут.
Объем бортового ЗУ
1,5 Мбайт
Срок активного существования КА
1,5 года
Скорость передачи информации
2,7 Кбит/с
Количество каналов связи
Прямой-1; Обратный-1
Коррекция орбиты
Нет
Диапазон частот
0,2-0,3 ГГц
Вероятность ошибок в
информационном канале
0,00001

28. Обзор СПСС Inmarsat

НСПСС «Гонец»: Персональный режим

29. Обзор СПСС Inmarsat

НСПСС «Гонец»: групповой режим

30. Обзор СПСС Inmarsat

НСПСС «Гонец»: групповой режим

31. Обзор СПСС Inmarsat

НСПСС «Гонец»: групповой режим

32. Обзор СПСС Inmarsat

Региональные станции
Региональные станции созданы на базе технических средств с программным обеспечением,
реализующим следующие функции управления связью:
организацию связи пользователей ведомственных и корпоративных сетей в регионе;
организацию межрегиональной связности земной пользовательской сети (сортировку,
оптимальную маршрутизацию и ретрансляцию межрегиональной информации);
организацию взаимодействия своих абонентов (пользователей) с абонентами других сетей, в
том числе сетей общего пользования, сети Internet;
контроль абонентского трафика, адаптивное изменение режимов обслуживания при его
изменениях, включая отключение части абонентов при превышении установленных пределов;
оперативный контроль исправности бортового радиотехнического комплекса (БРТК) и
формирование отчетов для Центра управления системой (ЦУС);

33. Обзор СПСС Inmarsat

НСПСС «Гонец»: Зоны радиовидимости в РС

34. Обзор СПСС Inmarsat

НСПСС «Гонец»

35. Обзор СПСС Inmarsat

ORBCOMM
Система ORBCOMM разработана фирмой "Orbital Sciences Corporation" и предназначена для
низкоскоростной передачи данных в глобальном масштабе. Основные области применения
системы – сбор данных о состоянии и местоположении удаленных объектов, а также
предоставление услуг электронной почты (E-mail).

36. Обзор СПСС Inmarsat

ORBCOMM: Космический сегмент
В системе ORBCOMM предполагается использование 36 спутников, 4 из них выводятся на две
круговые околополярные орбиты (по два СР в каждой плоскости). Оставшиеся 32 спутника
выводятся на четыре круговые орбиты с наклонением 45 гр (по восемь СР в каждой из четырех
плоскостей). Эти четыре плоскости разнесены между собой по долготе на 135 гр. Высота орбит
составляет 775 км.

37. Обзор СПСС Inmarsat

Техническое устройство

38. Обзор СПСС Inmarsat

Состав бортового радиотехнического комплекса (БРТК)
– два передатчика диапазона ДМВ для связи с узловой станцией;
– передатчик метрового диапазона для связи с абонентами (работает при коэффициенте
загрузки не более 0,33);
– шесть приемников метрового диапазона, каждый из которых может быть настроен на любую
частоту канала абонент – СР;
– приемник радионавигационной спутниковой системы GPS.
СР системы Orbcomm осуществляет обработку сигналов на борту:
– демодулирует пакеты данных, принятые от пользователей, производит уплотнение их во
времени и ретранслирует на узловую станцию;
– демодулирует поток данных от узловой станции и ретранслирует его для абонентов с учетом
оптимизации нагрузки на передатчик метрового диапазона.

39. Обзор СПСС Inmarsat

ORBCOMM: организация связи
В системе ORBCOMM используется многостанционный доступ с частотным разделением сигналов
(FDMA). Для передачи данных от пользователей на спутник отведен диапазон частот 148,0–150,05
МГц.
Скорость передачи для любых абонентских терминалов составляет 2,4 кбит/с. Тип
модуляции в канале абонент – СР – фазовая манипуляция со сдвигом (SDPSK). В канале СР –
абонент используется комбинация временного и частотного разделения каналов. СР излучает
одновременно на одной или двух частотах из диапазона 137,0–138,0 МГц, при этом скорость
передачи данных составляет 4,8 кбит/с, тип модуляции – SDPSK.
Для связи СР с узловой станцией используются высокоскоростные каналы (57,6 кбит/с в обоих
направлениях). Узловая станция ведет передачу сигналов на одной из частот в диапазоне 148,0–
150,05 МГц. СР ведет передачу на частоте 400,1 МГц. Тип модуляции в фидерных линиях –
квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом.
Соединение в системе Orbcomm может быть установлено по запросу пользователя или узловой
станции. Узловая станция может инициировать опрос датчиков и передавать команды на
необслуживаемые объекты.