НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

SOME FEATURES OF SATELLITE COMMUNICATION

Boris Kuzyakov

PhD, Member of the Laser Association RF, Associate Professor, Moscow Technological University MIREA, Russia, Moscow

Аннотация. В работе приведены ведущие компании, реализующие мультисервисные услуги спутниковой связи на всей территории Российской Федерации. Проведены оценки предельного расстояния от телефонного абонента до спутника для различных орбит. На графическом материале показано значительное различие, восприятия абонентами различных по длительности задержек с привязкой к системе Иридиум.

Abstract. The paper presents the leading companies implementing multiservice satellite communications services throughout the Russian Federation. Estimates of the maximum distance from the telephone subscriber to the satellite for various orbits have been carried out. The graphic material shows a significant difference in the perception by subscribers of delays of different duration with reference to the Iridium system.

Ключевые слова: спутниковая связь, телефонный абонент, предельные расстояния, различные орбиты, система Иридиум, длительность задержек.

Keywords: satellite communication, telephone subscriber, maximum distances, various orbits, Iridium system, duration of delays.

В наши времена разнообразные услуги спутниковой связи получили широкое распространение на всей территории России. Например, АО «Джи Ти Эн Ти» имеет все необходимые лицензии, включая лицензию №140457 на предоставление мультисервисных услуг спутниковой связи на территории Российской Федерации. Компания обеспечивает надежный канал связи для обмена информацией любого типа и объема в условиях, когда другие средства связи отказываются работать. Компания GTNT является единственным Российским национальным оператором системы связи Thuraya и предоставляет своим клиентам современную персональную мобильную спутниковую связь. Цель компании – предлагать не просто связь, трубки или каналы, а целевые решения, ориентированные на определенные отрасли промышленности [1]. В услугах GTNT заинтересованы крупные корпорации, энергетической, газовой, нефтяной сфер, лесного хозяйства, а также железного, морского и речного транспорта, спасательный службы, СМИ. Наряду с этим, с 28 марта 2001 года возобновилась коммерческая эксплуатация вновь образованной компании Iridium Satellite LLC. Система Иридиум нашла поддержку инвесторов в лице 19-ти стратегических партнеров со всего мира, включая: группу компаний "AIG", ГКНПЦ им. Хруничева, корпорацию "Iridium Africa", корпорацию "Iridium SudAmerica", корпорацию "Iridium Middle East", корпорацию "Lockheed Martin", "Iridium Canada", "Pacific Asia Communications Ltd.", и др. Система Iridium - это беспроводная телефонная сеть мобильной персональной связи, работающая на низкоорбитальных спутниках и разработанная для предоставления набора стандартных телефонных услуг - голосовая связь, передача факсимильных сообщений и компьютерных данных. Она сделала революционный переворот в области связи для профессионалов бизнеса, путешественников, жителей, проживающих в районах с неразвитой или отсутствующей связью, служб спасения, а также других лиц, которым необходима многофункциональная и удобная спутниковая связь в виде спутникового телефона-трубки с единым глобальным номером. В отличие от наземных сетей связи, спутниковая система отслеживает местоположение телефона, обеспечивая, таким образом, прохождение сигнала до абонента вне зависимости от его местонахождения. Иными словами, вы можете позвонить абоненту системы Iridium, не зная, где именно он находится. Телефоны Iridium обеспечивают высококачественное соединение для голосовой связи и предполагают интерфейсное соединение с ноутбуками, "палмтопами", электронными органайзерами и другим телекоммуникационным оборудованием. Относительно короткое расстояние до спутника уменьшило задержку сигнала и улучшило качество разговора. Система Iridium обеспечивает 100% глобальное покрытие всей территории земного шара. Iridium управляет группировкой из 66 основных и 6 запасных спутников, расположенных в 6-ти орбитальных плоскостях с углом наклона 86,4 градуса. Орбитальный период составляет 100 минут 28 секунд, высота орбиты 780 км (485 миль). Каждый спутник покрывает зону шириной в 4000 км. В связи с высокой скоростью пролета спутников (приблизительно 1 оборот вокруг Земли в час), сигнал абонента Iridium передается от спутника к спутнику, не вызывая прерывания. Наземные станции сопряжения связаны одновременно как минимум с двумя спутниками из группировки. Вес спутника - 700 кг, зональные лучи - 48 на каждом спутнике. Мощность канала - 16 ДБ (средняя). Срок службы - 5-8 лет. телефон Iridium - спутник 1616-1626,5 МГц спутник - телефон Iridium 1616-1626,5 МГц спутник - спутник 23,18-23,38 ГГц спутник - наземная станция сопряжения 19,4-19,6 ГГц наземная станция [2 ] сопряжения - спутник 29,1-29,3 ГГц. Наряду с перечисленными преимуществами отмечены некоторые недостатки спутниковой связи. Во всех спутниковых системах связи наблюдаются задержки распространения сигнала, обусловленные конечностью скорости распространения радиоволн. Наибольшие задержки присущи системам связи, использующих спутниковый ретранслятор на геостационарной орбите. В этом случае задержка при распространении в пространстве составляет примерно 250 мс. Учитывая задержки в необходимых для систем связи процессах мультиплексирования, коммутации и обработки сигнала, общая задержка сигнала может составлять 400 – 500 мс. Сравнение низкоорбитальных систем спутниковой связи и систем спутниковой связи с ретранслятором на геостационарной орбите приведено в табл. 1.

Таблица 1.

Наглядная схема связи через спутник-ретранслятор приведена на рис. 1.

Рисунок 1. Схема связи через спутник – ретранслятор

Ядро сети 5G (рис. 1) обеспечивает обработку и коммутацию сигнала после его получения базовой станцией

Проведём оценку предельного расстояния от телефонного абонента d до спутника для различных орбит по формуле из ITU-R S. 1257 [ 3].

d = √ [ R² sin² (α • π/180) + 2 R h + h² ] – R sin (α • π/180)                                                           (1)

здесь, h – высота орбиты спутника, км; R - радиус Земли, км; α – угол места абонента, градусы.

Рассмотрим 2 предельных варианта для угла α : а) - 90⁰ и с) - 10⁰ – минималь-ный угол места, при котором влияние атмосферы ещё не сильно велико и реа-лизуется устойчивая связь между телефоном и спутником. Проведенные рас-счеты по формуле (1), показывают, что в варианте а) для системы связи Iridium величина d составляет ~ 780 км; а в варианте с) величина d составляет ~   3117 км. Проведём анализ влияния задержек на голосовую связь. Согласно стандарту Международного союза электросвязи ITU-T G 107, минимальная односторонняя задержка (от одного абонента до другого), которую абонент может заметить при телефонном разговоре, составляет ~ 100 – 150 мс. В стандарте ITU-T G 114 описано, как абоненты воспринимают более длительные задержки (рис. 2).

Рисунок 2. Восприятие абонентами различных по длительности задержек: 1 – пользователи весьма удовлетворены качеством связи; 2 - пользователи удовлетворены качеством; 3 – некоторые пользователи не удовлетворены качеством; 4 – многие пользователи не удовлетворены качеством; 5 - почти все пользователи не удовлетворены качеством; светлые точки – позиции для системы Иридиум, слева, вверху – для низкоорбитальной группировки, справа, внизу – для геостационарных ретрансляторов

Из приведённого рис. 2 видно значительное различие, на качественном уровне, восприятия абонентами различных по длительности задержек.

В связи с быстрым ростом актуальности вопросов конфиденциальности систем передачи информации, необходимо отметить особенности применения в спутниковых сетях протоколов передачи данных с подтверждением [4]. Считая известными преимущества применения в спутниковых сетях протоколов передачи данных с подтверждением, приведём несколько конкретных данных. На рис. 3 показаны зависимости пропускной способности системы передачи данных с подтверждением от времени задержки в канале связи. Фиксированный размер пакета составляет 64 Кбайт. Расчёты выполнены для трёх скоростей канала.

Рисунок 3. Зависимости пропускной способности С системы  с подтверждением от времени задержки t (c) в канале связи для разных скоростей канала R

Разрывы графика (средняя линия) на рис. 3, для R = 1024 Кбит/с соответствуют параметрам системы Иридиум: слева, вверху – для низкоорбитальной группировки, справа, внизу – для геостационарных ретрансляторов. На рис. 3 наглядно показано, что при малых задержках сигналов в диапазоне 0,001 – 0,01 с, разница в величинах С для крайних значений R, составляет почти 400%. При больших задержках сигнала ( ~ 1 с ) разница в величинах С практически нивелируется и её значение не превышает 200 – 250 Кбит/с.

Краткие выводы.

Таким образом в работе кратко перечислены преимущества спутниковой связи. Приведены ведущие компании: GTNT, Иридиум, которые обеспечивают надежный канал связи для обмена информацией любого типа и объема в условиях, когда другие средства связи отказываются работать. Показано, что эти компании реализуют мультисервисные услуги спутниковой связи на всей территории Российской Федерации. Представлена наглядная схема связи через спутник-ретранслятор. Проведены оценки предельного расстояния от телефонного абонента d до спутника для различных орбит. Сравнены низкоорбитальные системы спутниковой связи и системы спутниковой связи с ретранслятором на геостационарной орбите. Отмечены некоторые недостатки спутниковой связи. Дан краткий анализ влияния задержек на голосовую связь с позициями для широко используемой системы Иридиум. На графическом материале показано значительное различие, на качественном уровне, восприятия абонентами различных по длительности задержек с привязкой к системе Иридиум. Оцененная разница в величинах пропускной способности С для крайних значений скоростей спутникового канала R, составляет почти 400%.