начальник отдела, ФГБУ «16 ЦНИИИ» Минобороны России, к. т. н.
Предлагаемый вниманию читателей материал не содержит рекламы того или иного производителя оборудования для спутниковой связи. Статья нацелена на освещение технических аспектов, на которые целесообразно обратить внимание при выборе абонентского терминала, чтобы максимально обеспечить потребности абонентов и при этом не приобрести лишнего.
Прежде всего необходимо договориться о ключевых терминах и определениях. Например, под абонентским терминалом далее будет подразумеваться земная станция, находящаяся в распоряжении абонента в сети спутниковой связи. Таким образом, вопросы создания центральных и контрольных земных станций в настоящей статье не рассматриваются.
Требования к спутниковому терминалу
Главная проблема в деле создания в России нового поколения абонентских терминалов спутниковой связи заключается в обосновании требований к оборудованию. Качественное формирование технического задания, выдаваемого разработчику или поставщику, весьма трудоемко и требует системного и квалифицированного подхода. Идеально, если выдаче технического задания предшествует серьезная научно-исследовательская работа или, как минимум, некий предварительный проект (аванпроект).
В таком процессе необходимо выделить два основных взаимодействующих органа – это заказчик и исполнитель.
Вариант взаимодействия заказчика и исполнителя при выполнении работ по созданию абонентского терминала схематично представлен на рис. 1.
Первоочередная задача заказчика – определить и формализовать потребности, иными словами, понять, для чего, собственно говоря, нужны спутниковые абонентские терминалы, сформулировать цель и область их применения. Для начала необходимо определить количество и размещение абонентов в сети спутниковой связи, объемы и вид передаваемой информации.
После того как абоненты «расставлены» по территории и установлены пропускные способности требуемых каналов спутниковой связи исходя из объемов и видов передаваемой информации, заказчик может плавно перейти к формированию спроса на абонентский терминал.
При формировании спроса следует учитывать, что в общем случае в состав абонентского терминала должны входить:
- антенный пост, включающий: антенну на опорно-поворотном устройстве с устройствами монтажа, приемник бортового маяка космического аппарата связи, систему управления антенной со встроенной навигационной системой, передатчик с повышающим конвертором (Block UpConverter – BUC), приемный малошумящий усилитель (Low-Noise Block downconverter – LNB) с понижающим конвертором, облучатель;
- блок аппаратуры, включающий: блок управления терминалом, спутниковый модем-маршрутизатор, комплект сетевого и коммутационного оборудования для сопряжения с внешними сетями связи;
- система электроснабжения;
- комплект соединительных кабелей и переходников;
- комплект запасных частей и принадлежностей;
- комплект документации, обеспечивающей качественную эксплуатацию терминала.
На этом этапе начинается взаимодействие с потенциальными исполнителями. Следует провести анализ рынка абонентского оборудования, начать подбор наиболее интересного и подходящего предложения.
Далее идет работа по формированию так называемых структурно-технических требований. Заказчик подбирает абонентский терминал исходя из их соответствия требуемым тактико-техническим характеристикам. Этот этап наиболее важен и требует проведения квалифицированной технической работы. Здесь происходит выбор технических решений, диктуемых как необходимой мощностью передатчика и коэффициентом шума приемника абонентского терминала, так и географией (условиями) его применения.
На указанном этапе у заказчика возникает необходимость в условиях ограниченных данных (в том числе по материалам рекламного характера, предоставленных исполнителем на этапе выдачи предложения) оценить возможности предлагаемых образцов абонентских терминалов.
В качестве примера целесообразно остановиться на следующем.
Нередко производитель пытается несколько завысить такой важный параметр, как информационная скорость в канале связи, образованном предлагаемым средством.
Пропускная способность зависит, в частности, от энергетического бюджета радиолинии спутниковой связи, потому для получения экспресс-оценки минимально необходимой эффективной изотропно-излучаемой мощности в децибелах (ЭИИМ) (Effective Isotropically Radiated Power – ЕIRP) в целях обеспечения заданной пропускной способности рекомендуется воспользоваться следующей формулой:
Eb/N0 (дБ) – отношение энергии одного бита информации к спектральной плотности мощности шума на выходе демодулятора, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибки в канале. Этот параметр, как правило, указывается в характеристиках применяемого в составе станции спутниковой связи демодулятора. Например, представим спутниковый модем-маршрутизатор, который в режиме DVB-S2 QPSK FEC 1/2 способен обеспечить вероятность ошибки на выходе демодулятора (Bit Error Rate – BER) 10–5 при Eb/N0 = 0,75 дБ;
X (дБВт) – величина, характеризующая взаимосвязь между ЭИИМ и добротностью приемной системы на одном участке радиолинии спутниковой связи (РЛСС). Если рассматривается линия «Земля – космос», то речь идет об ЭИИМ земной станции (ЗС) и добротности (G/T – отношение полного коэффициента усиления антенны к общей шумовой температуре системы) транспондера космического аппарата (КА). На линии «космос – Земля»: парциальная ЭИИМ КА и добротность ЗС соответственно (рис. 2).
Таблица 1. Значения коэффициента B
| R, кбит/с | B |
| 16 | –6 |
| 32 | –3 |
| 64 | 0 |
| 128 | 3 |
| 256 | 6 |
| 512 | 9 |
| 1024 | 12 |
| 2048 | 15 |
| 4096 | 18 |
| 8192 | 21 |
| 16384 | 24 |
| 32768 | 27 |
L∑ (дБ) – суммарное ослабление радиосигнала на трассе распространения. Этот параметр учитывает ослабление за счет сферического расхождения фронта волны (затухание при распространении в свободном пространстве), а также дополнительные потери, вызванные эффектами атмосферы.
Рассчитанные значения для глобальной среднегодовой стандартной атмосферы, например, при работе через космический аппарат на геостационарной орбите (ГСО) при различных показателях коэффициента готовности радиолинии, представлены в табл. 2.
Табл. 2. Оценка ослабления для угла радиовидимости β = 7 (наклонная дальность Rн = 40910,7 км)
|
Частота,ГГц |
Kг = 0,995 | Kг = 0,99 | Kг = 0,95 | Kг = 0,90 |
| L∑ (дБ) | L∑ (дБ) | L∑ (дБ) | L∑ (дБ) | |
| 4 | 197,08 | 197,06 | 197,05 | 197,05 |
| 6 | 200,83 | 200,74 | 200,66 | 200,64 |
| 11 | 207,77 | 207,17 | 206,45 | 206,31 |
| 14 | 211,43 | 210,37 | 209,08 | 208,83 |
Δ (дБ) – это дополнительный запас на шумы ретрансляции. За счет того, что в режиме прямой ретрансляции происходит накопление шумов (ретранслируются шумы с входа бортового ретранслятора), для обеспечения заданного Eb/N0 (дБ) на участках РЛСС необходим дополнительный запас.
Если на одном участке, как правило более энергетически напряженном, принят запас Δ = 1 дБ, то на другом будет необходим запас не менее Δ = 6,87 дБ (рис. 3).
Ниже приведен пример, как заказчик может оценить предлагаемый вариант абонентского терминала на предмет соответствия заявленной ЭИИМ и скорости передачи информации.
Допустим, исполнитель предлагает терминал, у которого ЭИИМ составляет величину 49 дБВт. заказчику необходимо оценить минимальную ЭИИМ терминала для обеспечения на линии «вверх» пропускной способности канала 2048 кбит/с с вероятностью ошибки 10–5 в режиме DVB-S2 QPSK FEC 1/2. Работа осуществляется в Ku-диапазоне через транспондер с добротностью G/T = 2,9 дБ/К.
Угол места на КА β = 7, надежность (коэффициент готовности) радиолинии Kг = 0,99.
По графику (см. рис. 2) определяем на пересечении линий: X = –168,4 (дБВт).
Таким образом, для заданных условий абонентский терминал способен «поднять» 2048 кбит/с, если ее ЭИИМ составляет 44 дБВт. Заказчику предлагаемый терминал может подойти.
Факторы, оказывающие влияние при выборе абонентского терминала
Соответствие ЭИИМ не является достаточным условием для окончательного принятия решения. Необходимо оценить и другие важные факторы, имеющие значение при выборе абонентского терминала .
Весь парк абонентских терминалов можно разбить на два больших класса: стационарные и мобильные. Мобильные терминалы, в свою очередь, классифицируются по следующим признакам:
- подвижные – предназначенные для работы в движении и (или) во время коротких остановок;
- неподвижные – предназначенные для работы со стоянки.
К подвижным терминалам можно отнести:
- носимые терминалы – земные станции спутниковой связи, которые имеют собственные источники питания, предназначенные для работы при переноске и во время остановок;
- возимые терминалы для работы в движении – постоянно размещенные на транспортном средстве, позволяющие обеспечивать связь в движении или с коротких остановок.
К неподвижным терминалам относятся:
- переносные терминалы – земные станции спутниковой связи, имеющие собственный источник питания, предназначенные для работы во время остановок и переносимые или перевозимые в нерабочем состоянии;
- возимые терминалы для работы на стоянке – постоянно размещенные на транспортном средстве, развертываемые и функционирующие в полном объеме только на стоянке;
- контейнерные терминалы – земные станции спутниковой связи, размещенные в специальном или универсальном контейнере.
По типу транспортной базы терминалы могут быть: сухопутными, железнодорожными, авиационными, корабельными.
Станции, принадлежащие различным классификационным группам, должны отвечать различным специфическим требованиям.
Сложные условия применения абонентского терминала, в том числе работа в движении, в условиях Крайнего Севера и т. п., оказывают влияние на стоимость создаваемого терминала.
Здесь в противоречие вступают имеющийся у заказчика бюджет и предлагаемая исполнителем цена. Далее, в процессе тесного взаимодействия заказчика и исполнителя необходимо обеспечить баланс, чтобы добиться удовлетворения потребностей наиболее рациональным образом.
Выводы
Таким образом, создание в России нового поколения абонентских терминалов спутниковой связи возможно лишь с учетом факторов, которые оказывают влияние в том числе на условия распространения радиоволн в диапазонах частот спутниковых служб, на выбор орбитального построения систем спутниковой связи, а также конструктивных решений, обеспечивающих требуемый уровень устойчивости к внешним воздействиям условий окружающей среды.
Для обеспечения массового применения российских абонентских комплектов спутниковых средств связи (вещания) необходимо максимально их упрощать и снижать стоимость.
Залог успеха – в качественной разработке технического задания.
Литература
- Камнев Е.Ф., Аболиц А.И. и др. Системы спутниковой связи с эллиптическими орбитами, разнесением ветвей и адаптивной обработкой / Под ред. Е.Ф. Камнева. М.: Глобсатком, 2009.
- Бартенев В.А., Болотов Г.В. и др. Спутниковая связь и вещание: Справочник / Под ред. Л.Я. Кантора. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1997.
- Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е изд., испр.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс», 2007.
- Электромагнитная совместимость систем спутниковой связи / Под ред. Л.Я. Кантора и В.В. Ноздрина. М.: НИИР, 2009.
