Понедельник, июля 23, 2018

Мобильное сообщество требует мобильные услуги.

Михаил
Диденко
Научный сотрудник
ООО "НПО "Релком",
к.т.н.
Игорь
Столяров
Научный сотрудник
ООО "НПО "Релком",
к.т.н.
Алексей
Шкиттин
Генеральный директор
ООО "НПО "Релком"


Одно из перспективных направлений развития спутниковых телекоммуникационных технологий связано с созданием VSAT-систем, позволяющих организовывать широкополосные каналы связи в сети подвижных терминалов [1]. Работа терминалов в движении позволяет решать задачи непрерывного управления и мониторинга различных мобильных средств, максимально соответствовать современным требованиям по комфортности жизнеобеспечения и оперативности доступа абонентов к информации.

Существующие средства связи, предназначенные для работы на подвижных терминалах, далеко не всегда способны обеспечить требования, предъявляемые к телекоммуникационному сервису, в частности из-за высокой стоимости канала связи, низкой пропускной способности либо малости зоны обслуживания. В связи с этим развитие телекоммуникационных технологий, ориентированных на организацию связи в движении, представляется своевременным и актуальным направлением совершенствования техники связи. Необходимость повышения пропускной способности каналов связи, например, в морских приложениях связана с ростом служебной информации для аппаратуры электронной картографии, оборудования безопасности и судовых "черных ящиков", ведения документооборота, разного рода связи по экстренным вопросам, проведения досугового времени экипажа и пассажиров и т.д.

Сравнительный анализ эффективности существующих узкополосных систем подвижной связи (Inmarsat, Iridium, Thuraya) и подвижных широкополосных VSAT-систем С- и Ku-дпапазона показывает [2], что экономическая выгода от использования VSAT наступает при объемах передаваемой информации примерно более 385 Мбайт/мес. При этом учитывается высокая стоимость оборудования VSAT, что объясняется главным образом сложностью систем стабилизации и слежения антенн.

Особенности спутникового канала связи подвижного VSAT

Для систем спутниковой связи с объектами, находящимися в движении, в общем случае не применимы подход и решения, используемые для спутниковых систем связи фиксированной службы. В частности, в рекомендации ITU-R Р.681 отмечается, что на распространение радиоволн для сухопутных подвижных систем связи в отличие от фиксированной службы большое влияние оказывает местность, что снижает процент готовности средств мобильной связи. В связи с чем для проектировщиков систем наибольший интерес представляет диапазон готовности от 80 до 99%. Основными факторами, влияющими на появление дополнительных потерь при распространении радиосигнала, характеризующими канал мобильной связи, являются:

● Потери при распространении сигнала в тропосфере из-за воздействия атмосферных газов, дождя, тумана, облаков. Влияние особенно сказывается при малых углах места и на частотах примерно выше 10 ГГц.
● Влияние тропосферной турбулентности, атмосферной многолучевости.
● Влияние ионосферы.
● Затенение возвышенностями, зданиями, деревьями, туннелями, волнами и т.д.
● Многолучевость от подстилающей поверхности — земли, моря и т.д. Влияние особенно проявляется в случае использования слабонаправленных антенн и на относительно низких частотах.

Указанные причины приводят к ухудшению распространения радиоволн, при этом канал связи, в первую очередь для морских и аэронавигационных спутниковых трасс, описывается законом Раиса — Накагами. Известные результаты натурных испытаний спутникового канала связи с подвижными объектами в Ku-диапазоне, проведенными зарубежными и отечественными компаниями, в частности специалистами ГПКС и РКСС, подтверждают данную специфику канала.

Анализ особенностей канала показывает, что для реализации подвижного VSAT наилучшим образом подходят территории, на которых угол места направления на ретранслятор составляет не менее 20—30 град., не содержащие больших затеняющих объектов (лесов, высоких гор, строений и т.д.). В данном смысле территория России не является идеальной.

Координация VSAT-систем

Международную координацию вопросов использования радиочастотного ресурса и разработку технических стандартов для систем связи и телекоммуникационного оборудования осуществляет Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union, ITU). Всемирная конференция по радиосвязи (World Radiocommunication Conference, WRC) является конференцией ITU, на которой представители стран вырабатывают согласованные решения в области систем и услуг радиосвязи. В рамках Европейского сообщества телекоммуникационные вопросы координируют Европейский институт стандартизации в области телекоммуникаций (European Telecommunications Standards Institute, ETSI) и Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств (Conference of European Post and Telecommunications, CEPT).

В России документы по регулированию использования радиочастотного спектра формируются Государственной комиссией по радиочастотам (ГКРЧ) при Минкомсвязи, которые затем практически реализуются в Государственном радиочастотном центре (ГРЧЦ) в виде разрешений на использование частот и радиочастотных каналов.

Документы ETSI используют понятия земной станции на поезде (Earth Stations located on Trains, EST), корабельной земной станции (Earth Stations located on board Vessels, ESV), авиационной земной станции (Aircraft Earth Stations, AES), a также обобщенное понятие подвижной земной станции (Vehicle-Mounted Earth Stations, VMES).

Каждое из этих направлений подвижного VSAT успешно развивается, причем системы морского VSAT — наиболее быстро растущее направление развития технологии подвижного VSAT. В табл. 1 приведены основные требования, предъявляемые к морским станциям ESV, работающим в С- и Ku-диапазонах, документами WRC, ETSI и СЕРТ. В настоящее время Администрация связи России принимает конкретные меры по упрощению процедуры получения разрешений на использование VSAT-станций, устанавливаемых на подвижных объектах.


Реализуется задача выпуска обобщенных решений, заменяющих распространенные прежде частные решения ГКРЧ и относящиеся к российским компаниям, работающим через отечественные и скоординированные зарубежные спутниковые сети. Серьезным шагом в данном направлении стало последнее решение ГКРЧ [3], регламентирующее работу подвижных VSAT-терминалов Ku-диапазона на территории Российской Федерации. Основные положения этого решения приведены в табл. 2. В нем, как и ранее, φ — угол между центром диаграммы направленности основного лепестка антенны и рассматриваемым внеосевым направлением, а N — количество подвижных VSAT-терминалов, одновременно излучающих в данной полосе частот, для режима TDMAN= 1.


В решении указывается, что использование выделенных полос радиочастот для применения станций на любых подвижных объектах осуществляется без оформления разрешения на использование радиочастот или радиочастотных каналов при условии соответствия их технических характеристик требованиям, оговоренным в данном решении. Регистрация абонентских станций на подвижных объектах должна осуществляться в установленном порядке по месту приписки (регистрации) объекта транспорта на основании разрешения на использование радиочастот или радиочастотных каналов, выданного владельцу центральной земной станции спутниковой связи этой сети и гарантии владельца центральной станции о соответствии заявленным характеристик подвижных терминалов.

В целом принятое решение полностью соответствует международным требованиям, определенным ITU и ETSI, при этом исправлены некоторые неточности предыдущих решений. В частности, устранены требования [4] на максимальную мощность передатчика и размеры антенны. Разрешено применение антенн с усеченным профилем и фазируемых антенных решеток. Кроме того, расширен список зарубежных космических аппаратов (КА), разрешенных к использованию в системах с подвижными абонентами.

Оборудование для систем подвижного VSAT

Основные критерии при выборе принципов построения систем подвижного VSAT — это удовлетворение заданных требований по надежности связи, приемлемая стоимость оборудования, совместимость с действующими системами, например, фиксированной службы. В настоящее время практически обязательным требованием к подвижной службе является обеспечение принципа предоставления абонентам каналов по требованию, работы в структуре сети типа "звезда" или "каждый с каждым".

Современные системы подвижного VSAT работают в основном в соответствии со стандартом DVB-S2 в прямом канале связи и в режиме с временным доступом для пульсирующего или прерывистого трафика со стороны абонента либо в режиме "один канал на несущую" для постоянного непрерывного трафика со стороны абонента.

Использование стандарта DVB-S2 (ETSI EN 302307) позволяет унифицировать канал доставки информации абонентам, эффективно использовать полосу частот, а применение дополнительно адаптивного кодирования и модуляции (Adaptive Coding and Modulation, ACM) — перераспределять в процессе работы пропускную способность канала для достижения требуемого качества передачи информации. Обратный канал связи от абонентов допускает большую свободу реализации у производителей, поэтому его параметры более многообразны.

Передовые производители предлагают технические решения, специально подготовленные для подвижного VSAT — это использование кодирования с достаточной избыточностью, позволяющей снизить уровень плотности излучаемой мощности, возможность работы с низким приемным уровнем сигнал/шум, применение методов адаптации под реальные условия канала с перераспределением скорости передачи информации и надежности связи и т.д. Учитывая, что энергетика канала от подвижных абонентских станций, как правило, заметно ограничена, используются сигнально-кодовые конструкции с модуляцией QPSK и спектральной эффективностью примерно до 2 бит/с/Гц.

Некоторые производители оборудования вводят дополнительные режимы работы для специальных приложений. В частности, аппаратура iDirect [5] дополнительно может работать в режимах с использованием широкополосных сигналов SS-BPSK с базами 2, 4 и 8 в прямом канале и базами 2, 4, 8, 16 — в обратном. Обладая низкой спектральной эффективностью (0,1—0,02 бит/с/Гц), такие режимы обеспечивают высокую скрытность (сигнал может быть ниже шумов на 7—10 дБ) и низкий уровень плотности излучаемой мощности, как это оговаривается требованиями ITU, ETSI и ГКРЧ. Кроме того, разработчиком анонсировано, что новая версия программного обеспечения позволит реализовать режим АСМ в обратном канале.

Антенные системы подвижного VSAT выполняются в виде законченных конструкций и содержат в своем составе полный комплект СВЧ-оборудования. В настоящее время выпускается большая номенклатура подобных антенных систем С-, Х-, Ku-и Ка-диапазонов, построенных на принципах классических параболических антенн по симметричной или офсетной схеме. Такие антенны имеют достаточно большие габариты в вертикальной плоскости и не подходят для сухопутного (железнодорожного и автомобильного), а также авиационного применения.

Для использования в подвижных сухопутных VSAT-терминалах разработаны антенные системы, имеющие малые размеры по вертикали. Конструктивно такие системы могут быть выполнены в виде вырезки из параболы с малой высотой зеркала либо в виде антенной решетки с несколькими приемными и передающими панелями, размещенными параллельно друг другу, в результате чего уменьшается вертикальный размер конструкции. Основные характеристики некоторых таких антенн для наземного использования приведены в табл. 3.


Все антенны мобильного VSAT имеют постоянно работающую трехпозиционную систему подстройки, обеспечивающую стабилизацию в азимутальной и угломестной плоскостях, а также положения поляризатора. Требования ITU по выполнению требований по кросс-поляризационной развязке обычно с запасом выполняются для антенн с классическими параболическими рефлекторами. Для низкопрофильных систем эти требования легче выполняются для антенн с параболическими рефлекторами и антенных решеток с конструктивно раздельными приемным и передающим устройствами. Все антенны конструктивно имеют ограничения по минимальному и максимальному рабочим углам места, причем в наибольшей степени это проявляется для низкопрофильных антенн.

Заключение

Крупнейшие мировые операторы спутниковой связи начали предоставлять VSAT-услуги спутниковой подвижной службы связи наравне с услугами спутниковой фиксированной службы связи в С- и Ku-диапазонах частот, что способствует конвергенции служб связи на международном рынке. В ближайшие годы для подвижных абонентов будут развернуты системы Ка-диапазона.

Имеющиеся проблемы, связанные с согласованием работы мобильных систем в приграничных и прибрежных зонах, с целью недопущения возможного их влияния на работу систем связи фиксированной службы постепенно разрешаются администрациями связи стран-участниц ITU. На ближайшей сессии WRC планируется рассмотреть возможности упрощения процедуры получения разрешения на работу корабельных и других мобильных систем, в том числе в портах иностранных государств.

В перспективе представляется актуальным дальнейшее развитие международных систем подвижной VSAT-службы, использующих национальные, межнациональные и корпоративные спутниковые ресурсы и наземные технические средства. В России выпущены соответствующие международным требованиям решения ГКРЧ, регламентирующие построение подвижных систем спутниковой связи, ведутся работы в рамках развития технических решений и исследования, направленные на соответствие и совместимость российских и международных правил частотного использования. Но в целом темпы роста подвижных систем VSAT в России заметно отстают от развитых стран, что объясняется целым комплексом проблем и негативных тенденций, существующих в стране и отрасли:

● Слабая техническая база отрасли связи, как производящей составляющей, так и эксплуатирующей. Отсутствие собственного производства практически всех компонентов систем подвижного VSAT: антенных систем, каналообразующей аппаратуры, надежного СВЧ-оборудования и, как следствие, необходимость закупки по импорту. Таможенные пошлины и транспортные расходы существенно повышают стоимость оборудования и, следовательно, услуги в целом.
● Без собственного производства конкурентоспособного связного радиооборудования в полном объеме никакого уверенного роста отрасли быть не может.
● Высокая стоимость оборудования подвижного VSAT, в первую очередь следящих антенных систем (стоимость терминального комплекта может составлять $50—100 тыс.) и каналообразующей аппаратуры центральной станции (HUB) — до $1 млн и более, а также действующих лицензий на оборудование. Массовое производство оборудования и конкуренция должны снизить эту стоимость.
● Катастрофическое состояние отечественной спутниковой группировки, дефицит частотного ресурса. Монополизм владельцев спутников и соответственно высокие цены на космический частотный ресурс. Отсутствие отечественных космических аппаратов нового поколения.
● Недостаточная развитость рынка в стране, обусловленная, в частности, наличием большого числа ограничений, согласований, дополнительных сборов.
● Инерционность регламентирующих и координирующих органов страны.
● Особенности географического положения страны — большие территории, низкие углы места на геостационарные ретрансляторы в совокупности с наличием большого числа затеняющих объектов (лесных территорий, горных массивов и т.д.).

Литература

● Анпилогов В.Р. Особенности применения VSAT Ku в движении на море и на суше // Спутниковая связь и вещание. — 2012.
● Report of iDirect: The Maritime VSAT Advantage: A cost analysis of VSAT broadband versus L-band. 2008.
● Решение ГКРЧ № 12-15-05-6 от 2 октября 2012 г. Об использовании полос радиочастот в диапазонах 14/11—12 ГГц абонентскими земными станциями спутниковой связи, устанавливаемыми на подвижных объектах.
● Решение ГКРЧ № 11-12-01 от 8 сентября 2011 г. Об использовании полос радиочастот радиоэлектронными средствами, обеспечивающими предоставление услуг связи сетями подвижной радиосвязи стандарта GSM-1800 на борту речных и морских (на внутренних водных путях) судов и железнодорожном транспорте.
● iDirect. Link Budget Analysis Guide. iDX Release 3.0.

Звоните нам

Если Вы не смогли самостоятельно оформить заявку на наши услуги или у Вас есть вопросы, свяжитесь с нашими менеджерами по телефону.

+7(495)745-00-95 »

Обратная связь

Оставьте Ваши координаты для связи и сообщение. Наши менеджеры свяжутся с Вами. Мы ценим мнение наших клиентов и рады, когда вы делитесь им с нами.

Отправить сообщение »

Вопросы и ответы

Наша База Знаний постоянно обновляется, скорее всего в ней Вы сможете найти решение проблемы. Наиболее часто задаваемые вопросы уже имеют ответы.

Помощь »