Спутниковая связь. 8

Введение 

Спу́тниковая свя́зь — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает — в большинстве случаев достаточно и одного. 

Inmarstat

Международная система морской спутниковой  связи INMARSAT была создана по инициативе Международной Морской Организации  (ИМО) и вступила в действие с 1 февраля 1982 года.

Основной  целью создания системы было обеспечение  морских пользователей надежной глобальной связью, лишенной основных недостатков, присущих традиционным наземным системам связи: подверженность влиянию  помех, ограниченная дальность связи, перегруженность частотных каналов  и т.п. Система INMARSAT, основываясь  на современных технологиях и  используя  новейшие разработки в области радио коммуникаций, обеспечивает различные виды  пользователей (морские и воздушные суда, автомобили, береговые терминалы) по всему миру непрерывной, глобальной и надежной связью, что в значительной степени способствует повышению безопасности жизнедеятельности пользователей системы и эффективности их коммерческой деятельности.

В настоящее  время на предоставляемых системой INMARSAT спутниковых каналах связи  имеется возможность вести обмен  практически всеми известными видами связи, как то: радиотелефония, телекс, факс, передача данных, электронная  почта. Благодаря увеличению числа  БЗС наблюдается непрерывное  расширение сферы сервисных услуг, предоставляемых пользователям  системы INMARSAT, а также постепенное  снижение тарифов на предоставляемые  услуги.

На начало 1997 года терминалами системы INMARSAT было оборудовано 42 тысячи судов, 22 тысячи самолетов, 32 тысячи земных станций (мобильных  и стационарных).

Основные  компоненты системы

Система INMARSAT включает в себя четыре основных компонента:

1. Космический сегмент (Space segment) - сеть геостационарных ИСЗ, расположенных в определенных точках над экватором на высоте 36000 км.

Всего в настоящее  время используются четыре ИСЗ, каждый из которых обслуживает свой океанский  район.

AOR-E  - восточная часть атлантики,

AOR-W - западная  часть атлантики,

IOR - Индийский  океан,

POR - Тихий океан;

В дополнение к основным ИСЗ в каждом океанском  районе имеется по одному запасному  спутнику, которые могут быть использованы в любой момент в случае неисправности  основных ИСЗ;

2. Береговые Земные станции системы INMARSAT (БЗС=CES=LES), через которые обеспечивается соединение пользователей системы как между собой, так и с береговыми абонентами, подключенными к международным наземным сетям связи. БЗС принадлежат и подчиняются администрациям тех стран, на территории которых они расположены. Между собой береговые станции различаются набором сервисных услуг, предоставляемых абонентам, а также тарифами на предоставляемые услуги связи.

В каждом из четырех океанских районов  системы INMARSAT одна из БЗС выполняет роль Координирующей станции сети (NCS-network coordinating station). Задачей NCS является предоставление каналов для связи между пользователями системы и БЗС, а также перераспределение каналов, уже используемых для обмена, при получении вызова с более высоким приоритетом срочности (при этом координирующая станция прерывает связь на одном из каналов и предоставляет этот канал абоненту, передавшему вызов с приоритетом) .

3. Подвижные Земные станции (MES -  mobile earth stations), устанавливаемые на различных видах транспортных средств либо носимые вручную. К MES относятся также и Судовые Земные станции (SES - ship earth stations).  В настоящее время в эксплуатации по всему миру находится огромное количество различных MES, которые отличаются между собой размерами, потребляемой мощностью, функциональными и сервисными возможностями, а также стоимостью. Тем не менее каждую из подвижных станций можно отнести к одному из четырех стандартов системы INMARSAT: A, B, C, M (более подробно о каждом из этих стандартов смотрите ниже);

4. Центры  управления системы:

Центр управления сети (NOC - network operation centre),

Центр контроля ИСЗ (SCC - satellite control centre).

Роль  системы Inmarsat в ГМССБ

Ключевая  роль системы INMARSAT в ГМССБ может  быть сформулирована следующим образом:

1. INMARSAT обеспечивает космический сегмент  для непрерывной, надежной связи  в случаях, касающихся бедствия  либо безопасности пользователей  системы, что и является одной  из основных задач ГМССБ.

2. INMARSAT обеспечивает три основных стандарта  спутниковой связи (INMARSAT-A, INMARSAT-B и INMARSAT-C),  призванных обеспечить большинство функций ГМССБ, касающихся связи на дальние и средние расстояния. Кроме того система INMARSAT-E обеспечивает передачу оповещения о бедствии при помощи АРБ L-диапазона.

Рассмотрим  основные функции системы INMARSAT в  ГМССБ:

1. Оповещение о бедствии  ( судно-берег ):

Сигнал  бедствия, инициированный на судовом  терминале INMARSAT-A/B либо INMARSAT-C при помощи нажатия соответствующей кнопки (либо комбинации клавиш) на панели управления, имеет наивысший приоритет при  передаче по каналам связи. Если все  спутниковые каналы заняты, то один из них будет  “освобожден” координирующей станцией для того, чтобы вызов бедствия был немедленно направлен (как правило автоматически) на ближайший СКЦ.

Альтернативным (либо дополнительным) средством передачи оповещения о бедствии является АРБ  системы INMARSAT-E, который может быть включен либо вручную, либо автоматически при затоплении судна. При этом излучаемый сигнал бедствия практически мгновенно передается по спутниковым каналам связи на ближайший СКЦ.

2. Оповещение о бедствии  ( берег-судно ):

Оповещение  о бедствии, инициируемое береговым СКЦ, передается на суда для автоматического приема через международную службу SafetyNET (РГВ)

системы INMARSAT-C. Система группового телексного вызова СЗС INMARSAT-A/B также может быть использована для этих целей в  качестве дополнения, по крайней мере до тех пор, пока все суда не будут оборудованы приемниками РГВ.

3. Связь для координации  поисково-спасательных  операций (ПСО):

СЗС INMARSAT, установленные соответствующим  образом, могут с успехом использоваться  судами, участвующими в ПСО, как для связи между собой, так и для обмена информацией с руководящим операцией Спасательным центром (СКЦ). В случаях, когда в ПСО принимает участие большое колличество судов, наиболее эффективным средством передачи на суда информации и распоряжений СКЦ является система Расширенного Группового Вызова (EGC) INMARSAT-C.

4. Передача Информации  по безопасности  мореплавания (ИБМ):

Судовые станции могут использовать СЗС INMARSAT-A, -B или -C для передачи в адрес  соответствующих береговых служб  срочных сообщений, навигационных  и метео-предупреждений. В свою очередь, ИБМ, поступающая от береговых гидрографических, метеорологических и поисково-спасательных служб, транслируется на суда для всеобщего автоматического приема через международную службу SafetyNET системы EGC.

5. Передача общественной  корреспонденции:

СЗС INMARSAT, устанавливаемые в настоящее время на судах, обеспечивают морских пользователей надежной, высококачественной, автоматической (как правило) связью практически во всех известных режимах, а именно: Телефон, Факс, Телекс и передача Данных. Это в значительной степени способствует повышению безопасности мореплавания, поскольку позволяет судовым специалистам получать от соответствующих береговых сервисных служб консультации и помощь в решении возникающих проблем еще до того, как ситуация примет характер бедствия. С этой целью была разработана и с успехом применяется система двухцифровых кодов доступа, обеспечивающая быстрое прямое соединение с соответствующей сервисной службой (служба технической помощи, служба медицинской помощи, метеослужба и т.п.) по запросу от СЗС, содержащему соответствующий двухцифровой код доступа.

Таким образом, система INMARSAT обеспечивает своим  пользователям по всему миру возможность  надежной высококачественной связи  с любым абонентом в любое  время суток, независимо от характера  передаваемой информации (служебная  или частная). 
 

Стандарты СЗС Inmarsat

В настоящее время  существуют следующие  системы Inmarsat:

Inmarsat-A

Inmarsat-B

Inmarsat-C

Inmarsat-M

Inmarsat-E 

Inmarsat-A

Система спутниковой связи INMARSAT-A впервые  была представлена для коммерческой эксплуатации в 1982 году, и в настоящее  время обеспечивает работу практически  всеми известными видами связи: двухсторонняя  телефония, телекс, факс, электронная  почта, а также другие формы передачи данных, включая высокоскоростную передачу данных. Последние научные разработки в области “уплотнения” данных, используемые в  современных СЗС INMARSAT-A, позволяют передавать и принимать фотоматериалы с высокой разрешающей способностью, видеокадры и даже позволяют проводить видео-конференции.

СЗС INMARSAT-A представляет собой небольшую спутниковую  станцию, включающую в себя легкую параболическую антенну диаметром от 0.8 до 1.5 метра, электронный блок, блок питания, телефонный и телексный терминалы. Предусмотрены  также стандартные разъемы для  подключения факсимильной аппаратуры, модема для передачи данных и персонального  компьютера.

В станциях морского исполнения антенна заключена  в радиопрозрачный стеклопластиковый кожух и носит название “Надпалубное оборудование” (ADE). Общий вес данного устройства обычно составляет около 100 кг. Антенны судовых станций INMARSAT-A оборудуются устройствами гиростабилизации для обеспечения непрерывного наведения аннтенны на выбранный ИСЗ, независимо от курса судна и качки. Электронный блок, факс, телефонный и телексный терминалы, аппаратура передачи данных и блок питания располагаются как правило непосредственно на рабочем месте и в совокупности образуют так называемое “Подпалубное оборудование” (BDE).

В настоящее  время в эксплуатации по всему  миру находится более 22000 терминалов INMARSAT-A, из которых более  15000 установлены на судах различных классов - от супертанкеров до  небольших рыбацких траулеров, и с успехом используются как для связи при бедствии, так и для коммерческого и частного обмена.

СЗС INMARSAT-A передают и принимают сигналы  на частотах L-диапазона (1.5/1.6 ГГц). Передача сигналов от СЗС на спутник осуществляется на частотах 1636.5-1645 МГц, а передача сигналов между ИСЗ и БЗС - на частотах С-диапазона (4/6 Ггц). Передача сигналов от спутника к СЗС осуществляется на частотах 1535-1543.5 Мгц.

В настоящее  время система INMARSAT-A является самой  дорогой из всех систем INMARSAT с точки  зрения тарифов за предоставляемые  услуги связи (особенно в телефонии) из-за использования аналоговых сигналов, что кроме того снижает качество связи. По этой причине СЗС INMARSAT-A на морском флоте (и не только) уступают место более современным, надежным и дешевым системам, например таким, как СЗС INMARSAT-M/B/C. 

Inmarsat-B

Система INMARSAT-B, основанная полностью на цифровых технологиях, в настоящее время  является одной из самых современных  систем спутниковой связи. Данная система  разрабатывалась с целью замены системы INMARSAT-A, однако некоторое время  обе эти системы будут использоваться параллельно с целью охвата максимального  числа пользователей.

Цифровой  дизайн INMARSAT-B обеспечивает более эффективное  использование ресурсов системы INMARSAT и выделенного частотного диапазона, за счет чего обеспечивается высокое  качество и надежность связи при  гораздо более низких ( по сравнению с INMARSAT-A ) тарифах.

СЗС INMARSAT-B обеспечивают работу в следующих  режимах: телефон (автоматическое прямое соединение), факс, телекс, передача данных (DATA) и высокоскоростная передача данных ( HSD ).

Система INMARSAT-B спроектирована таким образом, чтобы обеспечить максимальное сопряжение с системой INMARSAT-M, что позволяет  снизить стоимость СЗС и повысить эффективность использования спутниковых  ресурсов и оборудования БЗС. В связи  с этим, каждая из БЗС, предназначенная  для работы в системе INMARSAT-B либо INMARSAT-M, должна обеспечивать работу в  обеих этих системах.

Стоимость существующих СЗС INMARSAT-B практически эквивалентна стоимости СЗС INMARSAT-A и составляет 28000 - 40000 USD. В продаже имеются также и многоканальные терминалы, которые несколько дороже, однако за счет использования антенн с большими габаритами такие станции используют меньшую мощность спутникового оборудования, за счет чего обеспечивается снижение тарифов за услуги связи до уровня 2 USD за минуту, в то время как для одноканальных станций INMARSAT-B тарифы за минуту составляют от 4 до 6 USD.

В настоящее  время официально одобрены 12 различных  моделей MES INMARSAT-B ( 5 береговых MES и 7 СЗС ), кроме того целый ряд моделей представлены для одобрения. Всего же на конец августа 1995 года в эксплуатации находилось 1000 терминалов INMARSAT-B различных фирм-производителей.

СЗС INMARSAT-B может устанавливаться на судах, совершающих рейсы в районе А3 на тех же условиях, как и СЗС INMARSAT-A. Однако основное свое применение эти  станции найдут на берегу - в офисах различных компаний, банков, судовладельцев. В качестве судовых терминалов более  выгодно использовать станции стандарта INMARSAT-M. 

Inmarsat-C

СЗС INMARSAT-C чаще всего устанавливаются на судах, совершающих рейсы в районе А3.   

Система спутниковой связи INMARSAT-C обеспечивает передачу и прием телексных сообщений (TELEX) и данных (DATA) в режиме с промежуточным  хранением ( Store and Forward ) через БЗС. В сообщении указывается сеть, по которой должно быть доставлено сообщение и номер абонента.

v      Сеть TELEX - для передачи телексных сообщений;

v      Телефонная сеть (PSTN) - для передачи факсимильных сообщений и сообщений на компьютер через модем;

v      сеть передачи данных - DATA (PSDN).

БЗС автоматически  досылает сообщение по указанной  сети береговому абоненту. Прямое соединение с абонентом в данной системе  невозможно.

При помощи СЗС INMARSAT-C можно передать любую информацию, которую возможно заложить в компьютер: текст, графика, видеоизображение и  звук, речь и музыка и т.д. Причем передача информации даже в стандартном  режиме осуществляется с достаточно высокой скоростью - 600 бит/сек., а  использование специальных устройств  уплотнения - модемов позволяет увеличить  скорость передачи в десятки раз. Передача информации осуществляется в  диапазоне частот 1626.5 - 1645.5 МГц, а  прием - в диапазоне 1530.0 -1545.0 МГц.

Система INMARSAT-C обеспечивает своих пользователей  по всему миру глобальной надежной связью во всех четырех океанских  районах INMARSAT через систему БЗС  ( в настоящее время 15 БЗС обеспечивают связь в стандарте INMARSAT-C ), четыре из которых ( по одной БЗС на каждый океанский район ) выполняют функции Координирующих станций ( NCS ).

СЗС INMARSAT-C отличаются от станций других стандартов прежде всего использованием всенаправленной антенны, не требующей гиростабилизации и наведения на выбранный ИСЗ. Малые габариты и вес такой антенны позволяют легко разместить ее на любом судне ( или любом другом транспортном средстве ). Основной электронный блок станции также имеет небольшие габариты и вес около 3-4 кг. и обеспечивает нормальную работу СЗС при питании от резервного источника питания - аккумуляторных батарей напряжением 24 В. Все перечисленные особенности, а также наличие возможности передачи оповещения о бедствии на СКЦ несколькими способами ( в зависимости от ситуации ) - все это делает СЗС INMARSAT-C конвенционной станцией для района А3 ГМССБ.

В СЗС INMARSAT-C предусмотрены стандартные устройства ( интерфейс ) для сопряжения с источниками навигационной информации ( координаты, курс, скорость собственного судна ), а также для подключения устройств формирования и отображения информации ( персональный компьютер, принтер ).  

В настоящее  время в эксплуатации по всему  миру находится более 10000 СЗС INMARSAT-C ( официально одобрено 69 моделей СЗС, производимые 34 фирмами по всему миру ) и их число постоянно растет.  

Система INMARSAT-C обеспечивает своих пользователей  следующими услугами связи:

- Двусторонний  обмен сообщениями: передача сообщений  в направлениях судно-берег, берег-судно  и судно-судно осуществляется  в режиме с промежуточным хранением  ( Store and Forward ). Судовая станция передает свои сообщения в виде пакетов данных ( компьютерные файлы ) через ИСЗ на береговую станцию. А береговая станция доставляет эти сообщения на указанные адреса по береговым сетям ( TELEX, FAX, DATA ). В обратном направлении передача сообщений осуществляется по тому же принципу:

Береговой абонент - БЗС - судно (либо группа MES). Максимальная длинна передаваемого сообщения  может достигать 32 килоБайт (около 130 строк);

- Сбор  информации с судов: значительное  число пользователей системы  INMARSAT-C нуждаются в получении от  подвижных станций различного  рода информации (местоположение, курс, скорость, расход топлива и т.п.).   

Для этого  в СЗС INMARSAT-C предусмотрена возможность  автоматической передачи вводимой информации ( максимальная длина сообщения - 32 Байт )

через заданные промежутки времени ( Data Reporting ). Кроме того предусмотрена возможность автоматической передачи этой информации по запросу от берегового терминала ( Polling );

- Передача  информации о координатах: СЗС  INMARSAT-C может сопрягаться на борту  судна с различными видами  навигационных приемо-индикаторов для обеспечения непрерывного автоматического ввода в СЗС информации о местоположении собственного судна. Эта информация может быть автоматически передана либо по запросу от берегового терминала, либо в установленные промежутки времени;

- Передача  оповещения о бедствии: в СЗС  INMARSAT-C предусмотрена специальная  возможность формирования и передачи  в адрес СКЦ оповещения о  бедствии, содержащего следующую  информацию:

- опознавание  бедствующей станции,

- координаты  места бедствия ( или последние введенные координаты ),

- характер  бедствия ( если не вводился, то UNSPECIFIED ), причем, в зависимости от ситуации, предусмотрено три способа передачи оповещения о бедствии:

1. без  ввода информации ( передача при помощи нажатия одной кнопки ),

2. с  вводом информации о характере  бедствия,

3. передача  расширенного сообщения о бедствии.   

- Система Расширенного Группового Вызова INMARSAT-C ( РГВ = EGC ).

СЗС INMARSAT-C могут иметь специальные устройства и программное обеспечение для  приема сообщений, адресованных либо одной  конкретной станции, либо циркулярно группе станций ( например, судам одной компании, или судам в определенном географическом районе ). Такие сообщения могут содержать либо коммерческую информацию, касающуюся эксплуатации судна, либо информацию по безопасности мореплавания - ИБМ-

(Maritime Safety Information). Передача таких сообщений на суда осуществляется по системе РГВ, которая является частью системы INMARSAT-C и включает в себя две международные службы ( сети ):  

1. SafetyNET - международная сеть, обеспечивающая передачу на суда ИБМ и другой срочной информации по спутниковым каналам связи системы INMARSAT-C. Источниками информации в этом случае являются метеорологические и гидрографические службы, береговая охрана, СКЦ. Система представления информации и кодировки сообщений аналогична используемой в передачах службы NAVTEX. Передачи по сети SafetyNET делятся на те, что выполняются по расписанию ( Schedule ) - все виды сообщений, подлежащие передаче; и на те, что передаются вне расписания    ( Unschedule ) - весьма срочные предупреждения и оповещения о бедствии.

Передачи  “вне расписания” осуществляются через все ИСЗ, зоны которых охватывают район NAVAREA, в который адресованы данные сообщения. Передачи “ по расписанию “ транслируются на каждый район NAVAREA только через один определенный ИСЗ. Все передачи по сети SafetyNET предназначены для всеобщего автоматического приема и осуществляются бесплатно.

2. FleetNET - международная сеть, обеспечивающая передачу различного рода коммерческой информации в любой адрес - от одной конкретной станции или группы станций до всех пользователей системы INMARSAT-C.

Все передачи по сети FleetNET осуществляются на коммерческой основе и каждый пользователь данной сети имеет свой опознавательный номер, который присваивается ему в процессе регистрации.

Все СЗС INMARSAT-C, в зависимости от их функциональных возможностей по приему передач в  системе РГВ, делятся на несколько  классов ( см. рис. 4):

- станции первого класса - не обеспечивают прием сообщений по РГВ;

- станции второго класса - могут работать в двух режимах:

1). Normal MES mode -  в этом режиме станция обеспечивает передачу и     прием обычных сообщений ( TELEX, DATA ), а в перерывах между сеансами связи обеспечивается прием сообщений по РГВ, однако приоритет остается за обычными сообщениями ( если в процессе приема сообщений РГВ приходит обычное сообщение, то прием РГВ прекращается на время приема обычного сообщения ).

2). EGC-only mode - в этом режиме станция обеспечивает только прием сообщений по РГВ. Передача и прием обычных сообщений в этом случае не обеспечивается. При переключении СЗС в этот режим она автоматически снимается с обслуживания на БЗС ( выполняется Log-out ).

- станции третьего класса - могут работать также в двух режимах:

1). Normal mode - в этом режиме станция обеспечивает прием/передачу обычных сообщений и, параллельно с этим, прием по системе РГВ.

2). EGC-only mode - в этом режиме станция обеспечивает только прием по РГВ ( аналогично станции второго класса ). Данный режим используется в том случае, когда станция установлена, но еще не зарегистрирована.

- станции класса “ ноль “ - отдельно стоящее ( опция 1 ) либо сопряженное с СЗС INMARSAT-A ( опция 2 ) оборудование для приема по РГВ.  

В настоящее  время система INMARSAT-C является наиболее выгодной для передачи сообщений  по сетям TELEX и DATA с точки зрения тарифов  за услуги связи.. Станции данной системы  получают широкое распространение как на морском флоте, так и на берегу - устанавливаются на автомобилях, поездах, самолетах, используются в качестве носимых терминалов журналистами и путешественниками, устанавливаются стационарно в различных офисах и компаниях. 
 
 

Inmarsat-M

Система спутниковой связи INMARSAT-M обеспечивает своих пользователей по всему  миру (за исключением полярных районов) высококачественной недорогой и  надежной радиотелефонной связью, низкоскоростной (2.4 Кбит/сек) факсимильной связью, а  также передачей данных (DATA) со скоростью 2.4 Кбит/сек. Передача и прием сообщений  по сети TELEX в данной системе не обеспечивается.   

В отличие  от системы INMARSAT-A, INMARSAT-M - полностью  цифровой стандарт, что позволяет  пользователям системы передавать информацию с использованием минимальной  полосы частотного спектра и минимальной  мощности спутникового оборудования, за счет чего обеспечивается значительное снижение тарифов за услуги связи  ( примерно в 2 раза по сравнению с тарифами в системе INMARSAT-A ).

MES INMARSAT-M отличаются между собой размерами  и дизайном. Особенно большое  распространение получают в последнее  время носимые терминалы, выполняемые  в виде дипломата или Note-book.   

Во всех MES INMARSAT-M используются направленные антенны, габариты которых значительно меньше, чем у станций INMARSAT-A/B. Кроме того все терминалы INMARSAT-M обеспечивают нормальную работу от аккумуляторных батарей.