Спутниковая система связи «ICO»

В 1989 году в рамках компании «Inmarsat» была образована группа, получившая название «Проект ХХI века». В ее задачи входило изучение возможностей мобильной спутниковой связи и разработка малогабаритного персонального спутникового терминала. По результатам исследований руководством «Inmarsat» было принято решение построить систему «ICO» на базе средневысотных КА. Для организации работ в рамках системы «ICO» была создана фирма –оператор услуг подвижной персональной связи «ICO Global Communications». «Inmarsat» является одним из крупнейших акционеров «ICO». В настоящее время в концерн «ICO» входит 51 компания, три четвертых которых – национальные или местные операторы сотовой связи, удерживающие более 25% мирового рынка сотовых систем. Примерная структура взаимодействия составляющих системы показана на рисунке 2.31.

Рисунок 2.31 – Структура системы «ICO»

Система «ICO» предоставляет пользователям возможность ведения телелефонных переговоров с абонентами земного шара на сетях общего пользования и по принципу «каждый с каждым», передачу факсимильных сообщений и данных со скоростями на первом поколении спутников – 2,4 Кбит/с за относительно небольшую абонентскую плату – 1,5…2 долл. за минуту занятия канала с любым абонентом мира, а также пейджинговую связь, включая пейджинг с глубоким проникновением (т.е. с большим запасом по энергетике в канале). «ICO» разрабатывается прежде всего как служба персональной подвижной спутниковой связи, дающая возможность немедленной и удобной связи в любой точке планеты. Кроме функции персонального средства связи абонентские станции разрабатываются для применения на судах, самолетах, поездах и автомобилях; для коллективного использования в небольших удаленных поселках (многоканальный вариант).

Космический сегмент «ICO». Космический сегмент системы «ICO» обеспечивает глобальный охват поверхности Земли, включая полярные районы. За счет перекрытия зон охвата в пределах видимости каждой точки зоны обслуживания одновременно находится 2…4 спутника. Один спутник может обслуживать приблизительно 25% поверхности Земли.

Полное развертывание системы требует запуска 12 спутников (10 рабочих и 2 резервных), запущенных на круговую орбиту высотой 10 355 км над поверхностью Земли. Стартовая масса спутника – 2750 кг, расчетный период эксплуатации – 12 лет. Спутники размещаются в двух ортогональных плоскостях, по 6 КА в каждой. Угол наклона орбиты к плоскости экватора составляет 45°. Период обращения – 6 ч. Такая орбитальная группировка обеспечит глобальный охват поверхности Земли, в том числе полярных районов.

Система «ICO» будет использовать для связи L- и С- диапазоны частот. В качестве базовой технологии определен метод многостанционного доступа с временным разделением каналов (ТDMA). Для передачи информации для абонентских станций по каналам Земля-спутник / спутник-Земля были выбраны следующие диапазоны: «вверх» – 1980…2010 МГц, «вниз» – 2170…2200 МГц.

Указанные полосы частот шириной по 30 МГц необходимы для формирования сетки из 1200 частот с шагом 25 кГц для создания дуплексных каналов связи с групповой скоростью 36 Кбит/с в полосе 18 кГц (т.е. по 6 Кбит/с на канал с временным уплотнением). В системе применены цифровые методы передачи, временное разделение каналов, четырехпозиционная фазовая манипуляция с кодированием 1/2. Для связи с наземными станциями используются полосы частот:

Земля – Космос (передача) – 5150…5250 МГц;

Космос – Земля (прием) – 7975…7075 МГц.

Максимальное время пребывания одного спутника в зоне радиовидимости может достигать 1,5…2 ч., при этом средняя продолжительность обслуживания абонентов составит 50 мин.

В системе «ICO» задействованы главным образом уже известные и проверенные технические решения. Так, для изготовления спутников используется спутниковая платформа HS-601корпорации «Hughes Space and Communications», применяемая для создания крупногабаритных геостационарных спутников.

Чтобы исключить взаимовлияние трактов приема и передачи, на КА применяются раздельные антенны для каждого диапазона частот. Антенна L-диапазона имеет диаметр 2 м. использование многолучевой диаграммообразующей схемы обеспечивает многократное назначение частот. Согласно проекту, в системе «ICO» для приема/передачи служат 163 раздельных луча (запас по энергетике составит 8…10 дБ): зона обслуживания одного КА – примерно 7 тыс. км (см. таблицу 2.15).

Спутники с установленными на них ретрансляторами С- и S-диапазонов смогут одновременно поддерживать 4500 телефонных каналов. В системе «ICO» не предусмотрена бортовая обработка сигнала в полном объеме. Однако управление назначением частот и маршрутизация сигнала осуществляется с помощью бортового процессора.

Наземный сегмент системы «ICO». Наземный сегмент включает в себя центр управления спутниковой группировкой SCC (Satellite Control Centre), центр управления наземной сетью NMC (Network Management Centre) и наземную сеть ICONET (ICO network). NMC предполагается разместить в Японии, а центр SCC – в Лондоне.

Спутниковые каналы подключаются к существующим сетям связи через собственную сеть ICONET, в которую на первом этапе войдет 12 наземных станций, так называемых спутниковых узлов доступа (SAN). Узлы должны выполнять роль «шлюзов» между спутниками «ICO» и абонентами наземных сетей общего пользования и обеспечить первичный интерфейс, необходимый для маршрутизации трафика и предоставления данных о местонахождении абонентов. Параметры центральных станций представлены в таблице 2.16.

Таблица 2.15 – Основные характеристики ретрансляционной аппаратуры системы «ICO»

Радиолиния	Абонентская	Фидерная
Рабочий диапазон частот, МГц	прием	1980…2010	5150…5250
передача	2170…2200	6975…7025
Коэффициент усиления, дБ передающей АФАР (min/max) приемной АФАР	28/31,8 26,5
Добротность G/T (Тш. станции = 500 К), дБ/К	1,4…3,0	-16
ЭИИМ, отнесенная к цифровому потоку 36 Кбит/с с полосой частот 25 кГц, дБВт	33,6	1,8
Число цифровых потоков (мах)		–
Число каналов в цифровом потоке
Общая мощность излучения, Вт
Тепловые потери в трактах, дБ		1,5
Канальная скорость передачи, Кбит/с		2,4

Магистральные каналы с высокой пропускной способностью связывают узлы между собой. В настоящее время к разработке спутниковых узлов доступа и оборудования центра управления сетью приступили компании «NEC», «Hughes Network Systems» и «Ericsson».

Связь между абонентами организуется только через узлы доступа, непосредственная связь абонентов не поддерживается. Радиотелефонный терминал «ICO» работает в двух режимах: через спутники системы «ICO» или через наземные базовые станции сотовой связи. Для связи с подвижными объектами предусмотрено создание специальных терминалов. В качестве базового будет использоваться портативный двухрежимный терминал, совмещенный с сотовым телефоном стандарта GSM (или CDMA, D-AMPS, PDC). Компания «ICO» уже заключила соглашение на разработку 3 млн. портативных терминалов с компаниями «Panasonic», «NEC» и «Mitsubishi».

Таблица 2.16 – Технические характеристики центральной станции «ICO»

Рабочий диапазон частот, ГГц	прием	6,9
передача	5,2
Коэффициент усиления антенны, дБ	47,6
Шумовая температура станции, К
Добротность G/T, дБ/К	26,6
ЭИИМ, отнесенная к цифровому потоку 36 Кбит/с, дБВт	48,7
Полоса частот цифрового потока, кГц	25,0
Канальная скорость передачи, Кбит/с

Терминал системы «ICO» был разработан с прицелом на габариты и вес небольших сотовых ручных телефонов, имеющихся на рынке в 1997 году. Новые конструкторские идеи позволят еще более уменьшить вес и габариты, а также увеличить емкость встроенных аккумуляторных батарей в телефонах 2000-го года. При этом ЭИИМ таких станций будет составлять от 0 до 8 дБВт, в зависимости от функционального назначения станции (т.е. персональный телефон или многоканальная необслуживаемая станция; станция, устанавливаемая на автомобиле, судне или самолете). Средняя мощность передатчика не превысит 0,25 Вт.

Высокочастотные радиоизлучения будут находиться в пределах более жестких требований к технике безопасности, имеющихся в настоящий момент в разных странах.

В составе услуг «ICO» – весь набор, обеспечиваемый сотовыми сетями GSM, определение местоположения абонента, оповещение о вызове и т.п. Пропускная способность системы – 1 млн. абонентов при средней продолжительности разговоров 60 мин в месяц.