КОМБИНИРОВАННЫЕ  СЕТИ  СПУТНИКОВОЙ  СВЯЗИ  ПРИ  ОДНОВРЕМЕННОМ  ИСПОЛЬЗОВАНИИ  ВЫСОКООРБИТАЛЬНЫХ  И  НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ  КОСМИЧЕСКИХ  АППАРАТОВ

Кожевников  Евгений  Александрович,

научный  сотрудник,  ФГУП  «18  ЦНИИ»  МО  РФ,  г.  Москва

E-mail:  EvgenKozhe@yandex.ru

Спирин  Александр  Александрович

заместитель  начальника  отдела,  ФГУП  «18  ЦНИИ»  МО  РФ,  г.  Москва

COMBINED  SATELLITE  COMMUNICATIONS  NETWORK  WHILE  USING  THE  HIGH  AND  LOW-ORBIT  SATELLITES

Kozhevnikov  Evgeniy  Alekcandrovich

researcher,  Federal  state  unitary  enterprise  «18  Central  scientific  research  Institute»  Ministry  of  defence,  Moscow

Spirin  AlekcandrAlekcandrovich\

deputy  division  chief,  Federal  state  unitary  enterprise  «18  Central  scientific  research  Institute»  Ministry  of  defence,  Moscow

АННОТАЦИЯ

Проведён  анализ  комбинированной  сети  спутниковой  связи  при  одновременном  использовании  высокоорбитальных  и  низкоорбитальных  космических  аппаратов.

Комбинированная  сеть  включает  в  свой  состав  космические  аппараты  на  геостационарной  орбите,  низкоорбитальную  систему  спутниковой  связи  в  составе  орбитальной  группировки  из  36  космических  аппаратов  при  высоте  орбиты  1500  км  и  региональные  земные  станции.

Показано,  что  при  наличии  четырех  региональных  станций  обслуживается  территория  России  и  стран  ближнего  зарубежья  с  вероятностью  0,9—0,99  при  длительностях  сеансов  связи  от  0,5  до  2  минут  и  времени  ожидания  от  0  до  4  минут.

ABSTRACT

The  analysis  of  the  combined  satellite  network  while  using  high  and  low-orbit  spacecraft.

The  combined  network  includes  in  its  membership  spacecraft  in  geostationary  orbit,  low-orbit  satellite  communication  system  in  the  constellation  of  36  satellites  in  orbit  altitude  and  1,500  km  of  regional  ground  stations.

It  is  shown  that  the  presence  of  four  regional  stations  served  by  the  territory  of  Russia  and  neighboring  countries  with  a  probability  of  durations  at  0,9—0,99  communication  sessions  from  0.5  to  2  minutes  and  the  waiting  time  from  0  to  4  minutes.

Ключевые  слова:  Комбинированная  сеть,  спутниковая  связь,  ретрансляция,  космический  аппарат.

Keywords:  Combined  network,  satellite  communications,  retransmission,  space  vehicle.

Одним  из  бурно  развивающихся  направлений  является  создание  спутниковых  систем  мобильной  и  персональной  связи,  а  также  систем  связи  абонентов,  работающих  короткими  пакетами  в  сеансных  режимах.  Возможности  традиционных  направлений  с  использованием  космических  аппаратов  (КА)  на  геостационарных  орбитах  (ГСО)  ограничены  как  по  пропускной  способности,  так  и  по  возможности  существенного  снижения  массы,  габаритов  и  стоимости  абонентских  терминалов  [1].

В  связи  с  этим,  за  последние  15—20  лет  у  нас  в  стране  и  за  рубежом  интенсивно  развиваются  низкоорбитальные  системы  спутниковой  связи  (НССС)  [3].  Низкая  орбита  (700—1500  км)  позволяет  снизить  энергопотенциал  линии  связи  на  величину  до  20  дБ,  что  позволяет  существенно  снизить  массу,  габариты  и  стоимость  абонентских  терминалов  при  достаточно  высоком  качестве  канала.  НССС  позволяют  обеспечить  бесперебойную  связь  с  абонентскими  терминалами,  размещенными  в  любой  точке  Земли  и  практически  не  имеют  альтернативы  при  организации  связи  в  регионах  со  слаборазвитой  инфраструктурой  связи  и  низкой  плотностью  населения.  Увеличение  числа  КА  компенсируется  снижением  затрат  на  их  выведение  на  низкую  орбиту  (нескольких  КА  одной  ракетой-носителем). 

Все  проекты  НССС  можно  разделить  на  два  класса:

·     с  использованием  межспутниковой  связи  между  КА  для  обеспечения  глобальности  зоны  обслуживания  и  непрерывности  канала  связи;

·     многократной  переретрансляцией  через  наземные  пункты.

В  некоторых  системах  используется  запоминание  и  перенос  информации  на  борту  КА,  что  исключает  возможность  организации  дуплексной  телефонной  связи  и  обмен  данными  в  реальном  масштабе  времени.

Для  создания  НССС  с  межспутниковой  связью  приходится  решить  комплекс  научно-технических  проблем.  Это  приводит  к  увеличению  массы  КА  в  два-три  раза  и  к  многократному  увеличению  стоимости  создания  НССС.  Использование  многократной  переретрансляции  через  наземные  пункты  приводит  к  значительному  усложнению  аппаратуры  и  математического  обеспечения,  снижает  надежность  и  качество  связи,  увеличивает  количество  ретрансляционных  станций,  а  на  территории  морей  и  океанов  размещение  этих  станций  практически  невозможно.

Все  это  в  совокупности  может  свести  на  нет  или  сильно  ослабить  преимущество  НССС.

При  отсутствии  межспутниковой  связи  и  многократной  переретрансляции  через  наземные  пункты  НССС  может  обеспечить  связи  только  между  абонентами,  находящимися  одновременно  в  зоне  видимости  одного  КА  диаметром  2—4  тыс.  км  в  зависимости  от  высоты  орбиты  и  ограничений  на  значение  допустимого  угла  видимости  КА.

При  выборе  рациональной  структуры  системы  следует  учитывать  то  обстоятельство,  что  результаты  маркетинговых  исследований,  проведенных  в  рамках  проектов  НССС,  показывают,  что  до  70—90  %  трафика  находится  именно  в  пределах  зоны  видимости  одного  КА  или  зоны  обслуживания  одной  координирующей  (базовой)  земной  станции  (ЗС)  НССС  [2].  При  этом  значительная  зона  трафика  сосредоточена  между  абонентами  с  персональными  или  мобильными  терминалами  и  стационарными  абонентами  телефонных  сетей  связи  общего  пользования.

Можно  отметить,  что  имеется  необходимость  оптимизации  структуры  сетей  мобильной  и  персональной  связи  по  двум  противоречивым  критериям:

·     максимальные  расширение  услуг  связи  (телефон,  передача  данных)  и  рынка  пользователей;

·     минимизация  стоимости  абонентских  терминалов  и  системы  в  целом.

Решение  такой  задачи  лишь  в  рамках  НССС  является  чрезвычайно  трудным.

Это  решение  возможно  в  рациональном  сочетании  достоинств  и  сглаживание  недостатков  высокоорбитальных  и  низкоорбитальных  систем  связи.  Для  этого  предлагается  концепция  комбинированной  системы,  включающей  в  себя  как  каналы  НССС,  так  и  каналы  высокоорбитальных  систем  для  обеспечения  связности  и  глобальности  сетей  мобильных  и  персональных  терминалов.  В  этом  случае  в  НССС  нет  межспутниковых  линий,  а  число  и  сложность  оборудования  наземных  стационарных  станций  сводится  к  минимуму.

Связь  с  персональными  или  мобильными  терминалами  обеспечивается  в  локальных  зонах  отдельных  КА  НССС.  Для  обмена  информацией  с  абонентом,  расположенным  вне  зоны  видимости  КА  НССС,  но  в  пределах  зоны  высокоорбитального  КА,  образуется  составной  канал  через  стационарные  пункты,  оборудованные  как  координирующими  станциями  НССС,  так  и  земными  станциями  высокоорбитальных  систем  спутниковой  связи.  Такой  комплекс  будем  называть  региональной  земной  станцией  (РЗС).

Увеличение  стоимости  РЗС  за  счет  стоимости  ЗС,  расположенной  на  высокоорбитальной  орбите,  должно  компенсироваться  снижением  сложности  и  стоимости  координирующей  или  базовой  ЗС  НССС,  а  также  уменьшением  их  числа  в  системе  [2].

Одним  из  наиболее  важных  вопросов  создания  комбинированной  сети  является  выбор  оптимальной  дислокации  РЗС,  позволяющей  минимизировать  их  количество  при  заданных  вероятностных  характеристиках  требуемой  зоны  обслуживания.  Результаты  моделирования  показали,  что  на  низкой  орбите,  при  высоте  НССС  1500  км  для  обслуживания  территории  России  и  стран  ближнего  зарубежья  с  вероятностью  0,9—0,95  достаточно  иметь  четыре  РЗС.

Зависимость  надежности  обслуживания  (готовности  комбинированного  канала)  от  допустимого  времени  ожидания  Т_ож  для  расположения  одного  из  корреспондентов  в  точке  на  границе  зоны  обслуживания  (38⁰  в.д.,  44⁰  с.ш.)  показана  в  таблице  1.

При  проведении  расчетов  полагалось,  что  в  состав  орбитальной  группировки  НССС  входит  36  КА.

Таблица  1.

Таким  образом,  создание  комбинированной  сети  спутниковой  связи  с  использованием  высокоорбитальных  и  низкоорбитальных  космических  аппаратов  является  эффективным  способом  обеспечения  оперативной  и  надежной  телефонной  связи  и  обмена  денными  в  реальном  времени  в  любой  зоне  обслуживания  вплоть  до  глобальной  между  абонентами,  оснащенными  простыми  малогабаритными  терминалами.

Список  литературы:

1.Банкет  В.Л.,  Дорофеев  В.М.  Цифровые  методы  в  спутниковой  связи.  М.:  Радио  и  связь,  1988.  —  240  с.

2.Бородич  СВ.  О  применении  систем  спутниковой  связи  со  спутниками  на  низких  орбитах  //  Электросвязь.  1995.  №  9.

3.Максименко  Е.И.  Российская  группировка  спутников  связи:  современные  и  перспективные  спутники  /  Е.И.  Максименко  //  Технологии  и  средства  связи.  Спутниковая  связь  и  вещание.  2008.  —  С.  78—80.