использования высоконаправленных многолучевых антенн на борту ИСЗ.

Вторую группу в нашей условной классификации составляют системы мобильной связи на базе геостационарных и высокоэллиптических ИСЗ. Здесь Прежде всего необходимо упомянуть систему INMARSAT (International Maritime Satellite Organization - Международная организация морской спутниковой связи), функционирующую с 1981 г. и использующую геостационарные спутники. система помимо передачи сигналов аварийного оповещени обеспечивает мобильную связь, в основном на море, и имеет модификаций, в том числе:

- Inmarsat-A - телефонная и телексная связь; параболические антенны диаметром порядка 1 м, направляемые на ИСЗ; передача речи - с аналоговой частотной модуляцией;

- Inmarsat-C - с 1991 г. - цифровая симплексная система передачи данных с накоплением и последующим «сбросом»;

- Inmarsat-M - с 1992 г. - цифровая система с портативным терминалами (масса около 10 кг, включая антенну), тольк телефонная связь;

- Inmarsat Aero-H - с 1991 г. - цифровая система телефонно связи для использования в воздушной навигации;

- Inmarsat-B - с 1993 г. - цифровая система, по назначени аналогичная Inmarsat-A, но более совершенная и сравни тельно малогабаритная.

Россия (ранее СССР) активно участвовала в создании и ис пользовании системы INMARSAT: был разработан комплекс спут никовой связи «Волна», включая сеть судовых станций «Волна-С» которые выходили на связь с абонентами на территории страны через соответствующие каналы ИСЗ «Горизонт». К этой же группе принадлежат североамериканская система OmniTRACKS (передача данных и определение местоположения), западноевропейская EU-TELTRACKS (те же функции), австралийская Mobilesat (фиксированная и мобильная связь, передача речи, данных и факса), российская «Сокол» - все на геостационарных ИСЗ, а также разрабатываемая в России система «Марафон» с высокоэллиптическими спутниками «Маяк», предназначенная в первую очередь для связи в высоких широтах.

К третьей группе мы отнесем системы подвижной связи на базе больших низкоорбитальных (LEO) и среднеорбитальных (МЕО) спутников с круговыми (реже - эллиптическими) орбитами. Разработка таких систем, рассчитанных на широкое коммерческое применение с использованием портативных (ручных) терминалов с ненаправленной антенной, не требующих, следовательно, слежения за ИСЗ, началась в самом конце 80-х годов, и первая из систем уже введена в эксплуатацию в конце 1998 г.

Возможность реализации таких систем в значительной мере обязана развитию технологии, в частности совершенствова-

нию элементной базы и миниатюризации электронных устройств. Из числа систем этой группы можно отметить проекты США IRIDIUM, GLOBALSTAR, ODYSSEY, INMARSAT-P (все с круговыми орбитами), ELLIPSO (с эллиптическими орбитами), ARIES (с полярными орбитами), TELEDESIC (в системе предполагается использовать очень большое число спутников - 840), а также российские «Коскон», «Паллада», «Сигнал». В большинстве своем эти системы предусматривают также определение местоположения мобильных терминалов. В силу ряда причин системы этой группы представляют значительный практический интерес, и на некоторых из них мы подробнее остановимся ниже. В частности, благодаря меньшим высотам орбит они энергетически выгоднее, чем геостационарные и высокоэллиптические. По той же причине задержка сигнала в них в большинстве случаев не превышает 100 мс, что вполне приемлемо для организации двусторонней телефонной связи в реальном времени. Для сравнения: в геостационарных системах задержка достигает 250...270 мс, что считается недопустимым, так как приводит к заметному дискомфорту при телефонной связи.

Наконец, четвертая группа объединяет системы на основе г/.,лых низкоорбитальных (LEO) ИСЗ, предназначенные для работы в режиме электронной почты вне реального времени при малых скоростях передачи информации, т.е. для передачи данных с накоплением и последующим «сбросом», с задержкой во времени до нескольких часов. К этой группе относятся проекты США ORBCOM, STARNET, LEOSAT, итальянский проект TEMICON и российские «Гонец», «Курьер». Эти системы во многих случаях также обеспечивают определение местоположения абонентов.

Таким образом, как это видно из приведенных примеров, спутниковая связь вообще и подвижная спутниковая связь в частности - достаточно самостоятельные и весьма обширные области, со своей историей, своими техническими проблемами и достижениями, с большим числом участвующих в ее развитии и использовании национальных и международных компаний и организаций. Более или менее полное описание систем подвижной спутниковой связи далеко выходит за пределы возможностей настоящего издания, и требует отдельной книги или даже нескольких книг. Поэтому мы ограничимся в дополнение к уже приведенному обзору несколько более подробным описанием четырех систем -IRIDIUM, GLOBALSTAR, ODYSSEY, INMARSAT-P (ICO) [173, 84, 7, 129 и др.]. Выбор именно этих систем, место которых среди других систем спутниковой связи ясно из предшествующего изложения, обусловлено продвинутостью их разработки и известной кор-релированностью с системами сотовой связи, как по некоторым техническим особенностям построения, так и по возможностям применения, и ниже мы постараемся пояснить это подробнее.

В табл. 4.1 представлена сводка основных характеристик указанны, четырех систем. Из данных таблицы видно, что все четыре системы используют ИСЗ на круговых орбитах, но две из Них, IRIDIUM и GLOBALSTAR, - на низких орбитах 780 и 1400 км, а

две, ODYSSEY и ICO, - на средних 10350 км. Соответственно, существенно отличается и число используемых спутников: 48...66 -на низких орбитах и 10...12 - на средних, причем вторые значительно больше и тяжелее первых.

Таблица 4.1. Сводка характеристик четырех систем мобильной спутниковой связи

Система

Компания

Тип орбиты ИСЗ

Высота орбиты,,км

Наклонение орбиты, град

Число орбит/общее число ИСЗ

Масса ИСЗ. кг

I Наличие связи между ИСЗ системы (частотный диапа

ЗОИ)

Преобразование сигналов на борту ИСЗ

Число наземных узловых станций

Частотные диапазоны, МГц: фидерные линии связи

- Земля - спутник

- спутник - Земля пользовательские линии связи

- Земля - спутник

- спутник - Земля

Тип множественного доступа

Область обслуживания по широте

Абонентский терминал: мощность передатчика,

Вт масса, г

примерная стоимость, долл.

Ориентировочный тарифный план;

ежемесячная абонентская плата, долл. оплата одной минуты эфирного времени, долл.

Срок ввода в эксплуатацию, г.

Стоимость системы, млрд. долл.

IRIDIUM

Motorola

Круговая (LEO)

6/ee

Есть (23,18...23,38 ГГц)

С обработкой сигналов

• 12

29iaC...29300 194 ОС...19600

1616...1626,5 1616...1626,5

TDMA/FDMA

Без ограничений

GLOBA.LSTAR

Loral/Qualcomm

Круговая (LEO)

1400

8/48

450 Нет

Прямая ретрансляция

? 700

2000

50 2

199в

5091 ...5220 6875,95...7052,9

1610 ...1626,5 2483,5...2500

CDMA

70 ф. Ю. ш. -70 ф. с. ш.

0.4 350

7 0,47

1998 (частично)

ODYSSEY

Круговая (МЕО)

10350

3/12

2000 Нет

Прямая ретрансляция

29100...29400 19300...19600

1610.0...162в,5 2483,5...2500,0

CDMA

Без ограничений

0,5 ?

5О0...700

20 0,6... 1,0

2001 , (с 6 ИСЗ)

ICO (INMARSAT-P)

ICO Global

Круговая (МЕО)

10350

2/10

2000 Нет

Прямая ретрансляция

5150...5250 6975...7075

1960...2010 2170...2200

ТОМА

Без ограничений

750 S00...1000

7 1...2

1999/2000

Используемый тип множественного доступа - TDMA и CDMA, по две системы, - не связан с высотой орбиты. Все четыре системы в общем соизмеримы по стоимости, срокам создания и ряду других показателей, но в то же время существенно различаются по принципам построения и многим техническим характеристикам. На этих различиях мы сейчас и остановимся и попутно рассмотрим основные принципы построения систем такого типа.

Система IRIDIUM начала разрабатываться компанией Motorola (США) в 1989 г.; в 1993 г. был организован международный консорциум с участием ряда других компаний. Система названа по имени элемента иридия, атом которого имеет электронную оболочку из 77 электронов, так как первоначально в системе IRIDIUM предполагалось иметь 77 спутников, но позднее это число было изменено на 66. Как и три другие рассматриваемые системы, IRIDIUM предоставляет мобильным абонентам услуги передачи речи, факса, данных, персонального радиовызова и определения местоположения. Связь осуществляется с ручного абонентского терминала с ненаправленной антенной, который напоминает терминалы сотовых систем, но больше последних по размеру, массе, стоимости и потребляемой мощности. Для связи абонентского терминала со спутником служит пользовательская линия сьязи {user link), в отличие от фидерных {магистральных) линий связи {feeder links), исюльзуемых для связи ИСЗ с наземными станциями управления к узловыми {шлюзовыми, региональными, базовыми) станциями {i-atewcys}-, через последние обеспечивается выход в наземные стационарные сети - выделенные сети, сети общего пользования (PSTN), цифровые сети с интеграцией услуг (ISDN). Особенностью пользовательских линий связи системы IRIDIUM является то, что в обоих направлениях (Земля - спутник и спутник -Земля) в них используется одна и та же полоса частот с разнесением информации прямого и обратного каналов во времени - дуплексная связь с временным разделением (Time Division Duplex, TDD). При этом в канале Земля - спутник исп(эльзуется метод множественного доступа с разделением по частоте (FDMA), а в канале спутник - Земля - с разделением во времени (TDMA).

Уникальной особенностью системы IRIDIUM является наличие прямых линий связи между спутниками системы: каждый спутник может одновременно связаться с четырьмя другими спутниками - двумя на той же орбите (соответственно по одному «впереди» и «сзади» относительно рассматриваемого) и по одному на двух смежных орбитах. Это позволяет организовать связь между двумя мобильными абонентами напрямую через систему спутников, без промежуточных выходов в наземные сети связи, но приводит к соответствующему усложнению аппаратуры на борту ИСЗ, которой приходится, в частности, производить обработку передаваемых сигналов. Еще одной уникальной особенностью системы является использование спутников на приполярных орбитах, что позволяет обеспечить связью всю без исключения поверхность Земли. Три другие системы используют орбиты с наклонениями

45...50 град. В результате низкоорбитальная система GLOBALSTAR в полярных районах связь не обеспечивает, а среднеорбитальные ODYSSEY и 100 обеспечивают, но при меньших углах места.

Антенная система пользовательской линии связи на борту ИСЗ формирует систему пространственных лучей, направленных на Землю - всего 48 лучей, покрывающих зону, обслуживаемую одним спутником, диаметром около 4500 км. В смежных лучах ис- , пользуются разные рабочие частоты, а для разнесенных по угловым направлениям лучей значения частот повторяются, т.е. для рационального использования частотного ресурса применяется тот же принцип повторного использования частот, что и в сотовой связи. При движении спутника неподвижный абонент на поверхности Земли находится в пределах «следа» {footprint) одного луча примерно в течение двух минут. Поэтому в необходимых случаях производится передача обслуживания абонента из одного луча в другой или даже от одного ИСЗ системы к другому без прерывания сеанса связи, аналогично тому, как это делается в системах сотовой связи.

Вывод на орбиту спутников системы IRIDIUM был начат в мае - июне 1997 г. и завершен в 1998 г.; в ноябре 1998 г. начата полномасштабная эксплуатация системы. Планируемая емкость системы в первые годы ее эксплуатации - около 1 миллиона абонентов.

Система GLOBALSTAR разрабатывается с 1991 г. международным консорциумом, в качестве ведущих в котором обычно выделяют компании Loral и Qualcomm (CLUA). 48 спутников системы располагаются на шести круговых орбитах высотой 1400 км с наклонением 52 град.; при этом для любой точки территории CLUA обеспечивается возможность одновременного наблюдения двух спутников. Для сравнения: система IRIDIUM рассчитана на одно-спутниковое покрытие обслуживаемых территорий. Спутники системы GLOBALSTAR легче и проще по устройству, чем в системе IRIDIUM, и на борту не предусмотрено обработки сигналов; ИСЗ выполняют роль ретрансляторов с преобразованием частоты. Число лучей в многолучевой связке, формируемой антенной системой пользовательской линии связи на борту спутника, равно 16; диаметр соответствующей зоны обслуживания на поверхности земли около 6000 км. Поскольку прямая связь между спутниками системы отсутствует, наземные узловые станции участвуют и в организации связи между подвижными абонентами, за исключением тех ситуаций, когда оба абонента, устанавливающие связь друг с другом, оказываются в зоне действия одного и того же ИСЗ системы. Соответственно на узловые станции здесь ложится существенно большая нагрузка, чем в системе IRIDIUM, и число узловых станций в системе GLOBALSTAR значительно больше. Использование метода множественного доступа с кодовым разделением сигналов (CDMA) в исполнении компании Qualcomm обусловливает заметную корреляцию в построении каналов связи и методах обработки сигналов со стандартом IS-95 сотовой связи

(функции Уолша, «короткая» и «длинная» псевдослучайные последовательности, пилот-сигнал, каналы синхронизации, вызова и трафика, использование одной и той же полосы частот во всех лучах многолучевой связки и т.п.). Хотя разработка системы GLOBALSTAR была начата примерно одновременно с системой IRIDIUM и первая проще (или, во всяком случав, дешевле) второй, ввод ее в эксплуатацию намечен на осень 1999 г.

Система ODYSSEY, разрабатываемая компанией TRW (CLUA), использует 12 спутников на средневысотных круговых орбитах с наклонением 50 град. Как и в системе GLOBALSTAR, спутники здесь являются только ретрансляторами с преобразованием частоты, и связь организуется через наземные узловые станции. Чис- ло последних, однако, значительно меньше, чем в системе GLOBALSTAR, так как большая высота орбит ИСЗ позволяет обслуживать с одного спутника значительно большие территории. Многолучевая связка антенной системы пользовательской линии связи на борту ИСЗ состоит из 19 лучей. Отличительная особенность системы ODYSSEY - квазистатическое расположение следов лучей на поверхности Земли. Во-первых, лучи устанавливаются преимущественно в направлении суши и наиболее активно используемых участков акватории океана. Во-вторых, по мере движения ИСЗ по орбите ориентация лучей корректируется таким образом, чтобы сотовая структура, образуемая следами лучей на поверхности Земли, оставалась неподвижной, и только при уходе спутника за радиогоризонт (раз в 1...2 ч) производится переключение зон обслуживания на другой спутник. В результате передача обслуживания, в том виде как это приходится осуществлять в низкоорбитальных системах IRIDIUM и GLOBALSTAR, производится достаточно редко. Отметим, что корректный перевод названия ODYSSEY на русский язык - ОДИССЕЯ, хотя его произношение по-английски близко к «Одиссей», с главным ударением на первом слоге. В 1998 г. разработка системы ODYSSEY ,была прекращена в связи с финансовыми трудностями, так что эта система умерла не родившись.

Система ICO, первоначально носившая название Inmarsat-P, начала разрабатываться позднее остальных - в 1994 г. по инициативе консорциума INMARSAT. В 1995 г. для реализации проекта была создана дочерняя компания ICO Global Communications со штаб-квартирой в Лондоне. Название ICO является сокращением от Intermediate Circular Orbit - промежуточная круговая орбита. В первоначальных вариантах проекта рассматривались и другие варианты орбит. В системе ICO используется 10 спутников на двух средневысотных круговых орбитах с наклонением 45 град. Спутники, как и в системах GLOBALSTAR и ODYSSEY, выполняют функции ретрансляции без обработки сигналов, и для организации связи используются наземные узловые станции, число которых, как и в системе ODYSSEY, сравнительно невелико. Несмотря на относительно поздний старт, разработка системы ведется очень интенсивно, в чем помогает, по-видимому, опыт