Мобильными и персональными терминалами

Ранее дальняя связь с морскими судами и самолетами осуществлялась в диапазоне коротких волн за счет многократного отражения радиосигналов от слоя F2 ионосферы и поверхности Земли. Связь в диапазоне коротких волн характеризуется низкой надежностью и неудовлетворительным качеством передачи телефонного сигнала из-за большого количества помех разного рода в этом диапазоне и неустойчивого характера распространения радиосигналов.

Создание спутниковых систем связи с мобильными терминалами позволило разработать надежные высококачественные каналы дальней связи с морскими и воздушными судами, а также с сухопутными мобильными терминалами. В настоящее время спутниковые каналы связи с мобильными терминалами обеспечивают передачу в цифровой форме телефонных сигналов, факсимиле, электронной почты. Создаются спутниковые высокоскоростные мультимедийные каналы связи для мобильных терминалов.

КА фиксированной спутниковой связи и КА телевещания освещают главным образом сушу земного шара и не могут использоваться для связи с морскими судами и самолетами межконтинентальных авиалиний. Кроме того, антенны земных станций фиксированной связи имеют большие габариты и не могут устанавливаться на самолеты, автомобили и другие мобильные объекты. Поэтому для мобильных терминалов необходимо создавать отдельные специализированные системы спутниковой связи.

В этих системах должна обеспечиваться работа мобильных терминалов с малогабаритными антеннами. Из-за недостаточной энергетики спутниковых каналов связи с малогабаритными терминалами скорости передачи информации в них оказываются существенно ниже, чем в каналах связи со стационарными станциями. Можно сказать, что скорости передачи информации в спутниковых системах связи с мобильными терминалами определяются исключительно энергетикой спутниковых радиолиний. Структура спутниковой системы мобильной связи показана на рис. 6.1.

Мобильными и персональными терминалами - student2.ru

Рис. 6.1. Структура спутниковой системы мобильной связи

Протокол спутниковой мобильной связи. Рассмотрим схему (протокол) организации связи на примере международной морской спутниковой системы INMARSAT, в которой для абонентских радиолиний используются диапазоны частот 1,5/1,6 ГГц, а для фидерных линий — 4/6 ГГц. Система INMARSAT использует многостанционный доступ с частотным разделением каналов и метод передачи телефонного сигнала "один канал на несущую", т.е. терминалы являются одноканальными. На выделяемой несущей частоте мобильный терминал может работать в телефонном режиме, режиме передачи данных, либо в телеграфном режиме (телекс).

В системе связи INMARSAT для каналов внеполосной сигнализации выделяются одна закрепленная несущая частота для приема запросных сигналов от терминалов или береговых (базовых на рис. 6.1) станций и одна закрепленная несущая частота для передачи сигналов управления и сигнализации терминалам и береговым станциям от так называемой координирующей станции системы. В исходном состоянии приемники терминалов и один приемник береговой станции настроены на прием несущей частоты сигналов управления и сигнализации.

Для установления связи судовой терминал передает на общей запросной частоте в диапазоне 1,6 ГГц короткий запросный пакет с указанием типа сообщения (телефон и др.), адреса береговой станции и междугородного или международного номера вызываемого абонента наземной сети общего пользования, к которой подсоединена береговая станция. Ретранслятор с глобальным лучом принимает запросный сигнал в диапазоне частот 1,6 ГГц, переносит его в диапазон частот 4 ГГц и переизлучает в глобальном луче.

Этот сигнал запроса принимается координирующей станцией сети связи, которая выделяет пару свободных дуплексных частот для связи и по каналу управления передает значения этих частот терминалу и береговой станции вместе с запросным пакетом. Синтезаторы частот терминала и береговой станции автоматически перестраиваются и устанавливают нужные частоты своей приемопередающей аппаратуры. При этом организуются канал связи "Терминал - береговая станция" и обратный канал связи. Затем производится вызов абонента наземной сети связи общего пользования. По окончании связи терминал и береговая станция посылают сигнал "конец связи" в сторону координирующей станции. Освободившиеся частоты связи могут быть предоставлены другим терминалам.

Каналы связи для мобильных терминалов.Условия работы и соответственно каналы связи для разных классов мобильных терминалов - морских, авиационных, автомобильных, - существенно различаются. Соответственно системы спутниковой связи для мобильных терминалов создаются с учетом этих различий.

Мобильными и персональными терминалами - student2.ru

Рис. 6.2. Полосы частот ретранслятора КА:

а – на передачу; б – на приём

С позиции упрощения антенной системы и станции в целом для мобильного объекта предпочтительно использование метрового и дециметрового диапазонов волн. В настоящее время для геостационарных спутниковых коммерческих систем в этих диапазонах волн выделен только диапазон частот 1,5/1,6 ГГц с полосой рабочих частот 29 МГц. Распределение этой полосы частот между различными службами показано на рис. 6.2.

Связь с морскими судами. Для этой цели используется международная система спутниковой связи INMARSAT с четырьмя геостационарными КА над Атлантическим, Индийским и Тихим океанами с глобальными лучами ретрансляторов (над Атлантическим океаном размещается КА с пятью узкими лучами в глобальной зоне обслуживания). Система морской спутниковой связи в принципе должна быть международной, поскольку ни одна страна, за исключением России, не видит одновременно все КА системы INMARSAT со своей территории и все страны должны использовать береговые станции на чужих территориях при связи со своими судами.

Зоны обслуживания трех геостационарных КА системы INMARSAT с глобальными лучами антенн показаны на рис. 6.3.

Земная или судовая станция внутри зоны обслуживания видит КА под углом места 5° и выше. Морские терминалы могут работать и под меньшими углами места, вплоть до нулевого, однако при этом испытывают воздействие отраженных от морской поверхности сигналов, попадающих в основной лепесток диаграммы направленности приемной антенны, что приводит к сильным замираниям радиосигнала. Для компенсации

Мобильными и персональными терминалами - student2.ru

Рис.6.3. Зоны обслуживания КА системы INMARSAT и

расположение береговых станций.

замираний сигналов энергетические потенциалы абонентских радиолиний увеличены на 7 дБ для обеспечения надежности связи 99%.

В системе INMARSAT используются терминалы с направленной антенной диаметром 0,8-1м (коэффициент усиления 23 дБ). Антенна имеет гиростабилизацию при работе терминала в движении и управление от датчика курса. Передача данных в зональном луче осуществляется со скоростью 56-64 кбит/с, телефонная и факсимильная связь – 2,4-9,6 кбит/с.

Связь с воздушными судами. Спутниковые каналы связи с воздушными судами имеют свои особенности. Поскольку самолетная антенна располагается в верхней части фюзеляжа, корпус самолета экранирует часть отраженных от Земли сигналов, так что отношение мощности прямого луча к мощности отраженных лучей составляет порядка 13 дБ при полете над морской поверхностью. Для достижения надежности связи 99% в этом случае достаточен запас по энергетике абонентских радиолиний на замирания сигнала порядка 4 дБ. Однако большие задержки отраженных лучей относительно прямого луча при связи с самолетами приводят к межсимвольной интерференции сигналов, ограничивая скорость передачи информации в радиоканале до величины около 9,6 кбит/с.

Спутниковые каналы связи с самолетами создаются для связи и навигации самолетов на трассах полета, которые не могут обслуживаться наземными радиосредствами. Сюда относятся трассы полетов над океанами, труднодоступными и пустынными местностями. В соответствии с концепцией Международной организации гражданской авиации (ICAO) самолеты, совершающие международные рейсы, должны быть оборудованы приемником спутниковой навигационной системы. С её помощью определяются координаты воздушного судна, которые периодически в автоматическом режиме должны передаваться от воздушного судна через спутниковый канал связи на наземную диспетчерскую станцию системы организации воздушного движения.

Связь с сухопутными мобильными терминалами. Спутниковая связь с сухопутными мобильными терминалами (автомобили, персональная связь) трудноосуществима и находится в начале своего развития. Этот наиболее массовый вид связи определяется в большей степени национальными задачами отдельных стран и создается в рамках региональных систем мобильной и персональной связи.

При использовании геостационарных КА связь с автомобилями в средних и высоких широтах оказывается ненадежной из-за экранирования трассы распространения сигнала различными препятствиями: деревьями, холмами, зданиями и т.п. Для надежной связи с мобильными и персональными терминалами необходимо обеспечить углы места терминалов не менее 30-40°. Поэтому для средних и высоких широт более выгодными оказываются группировки КА на высоких эллиптических орбитах типа "Молния", а также на круговых низких и средних орбитах.

Наши рекомендации