Цифровые стандарты APCO 25 и EDACS

Цифровой стандарт APCO 25 был разработан в США на базе частотного разделения каналов (FDMA) для использования в правоохранительных органах. На его основе могут быть построены не только транкинговые, но и конвенциональные (сотовые) системы с ретрансляторами. Ретрансляторы, как и везде, нужны для увеличения зоны обслуживания. При прочих равных условиях зона охвата сети АРСО примерно в 2,5 раза больше зоны TETRA. Важным достоинством сетей АРСО 25 также является возможность их использования в системах существующих аналоговых радиостанций. В Москве построена экспериментальная сеть этого стандарта фирмами «Спецтехника и связь» и Westel Group (Австралия). Уже опробованы две двухканальные базовые станции с выходной мощностью 50 Вт, работающие в конвенциальном режиме в диапазоне частот 136–174 МГц. В системе используются абонентские терминалы EF Johnson Stealth 5000 (носимые, мощность 5 Вт) и 5300 (возимые, мощность 50 Вт). Результаты испытаний оказались весьма впечатляющими: при такой небольшой мощности устойчивая связь фиксировалась в пределах МКАД и до 26 км за пределами городской черты.

Цифровой стандарт EDACS(Enhanced Digital Access Communications System) компании Ericsson рассчитан на работу в диапазоне частот 150, 450 и 800 Мгц. Предусмотрены полудуплексный и симплексный режимы работы. В мире существует более 500 систем EDACS, а первая в России система EDACS используется федеральной службой для охраны Президента РФ с 1994 года. EDACS принимает участие в охране первых лиц таких государств, как США, Швеция, Казахстан, Белоруссия, Италия. В России уже функционируют несколько сетей на базе этого стандарта, в том числе в Санкт-Петербурге.

Персональная спутниковая радиотелефонная связь

На исходе XX века родилась еще одна чудо-технология — персональная радиосвязь с любым абонентом, находящимся в любой точке нашей планеты. Эта технология обеспечивается системами персональной спутниковой радиосвязи (СПСР), использующими комплексы космических ретрансляторов и абонентских радиотерминалов.

Варианты систем персональной спутниковой связи

В общем случае любая спутниковая система связисостоит из трех сегментов: космического (группы космических спутников-ретрансляторов), наземного (наземные станции обслуживания, станции сопряжения) и пользовательского (терминалы, находящиеся у потребителя). И если для сотовой связи важным параметром является высота подъема антенны базовой станции, то для систем спутниковой связи то же значение имеет высота орбиты спутников-ретрансляторов (СР).

В настоящее время все системы спутниковой связи по высоте орбиты можно подразделить на:

l геостационарные орбиты (GEO — Geostacionary Earth Orbit, спутник-ретранслятор как бы висит над одной точкой поверхности Земли): высота орбиты 36 000 км; количество СР, необходимых для охвата всей территории земного шара — 3, один спутник-ретранслятор перекрывает 34% земной поверхности, временная задержка передачи сигнала составляет примерно 600 мс;

l средневысокие круговые или эллиптические орбиты (MEO — Mean Eath Orbit): высота орбиты в диапазоне от 5000 до 15 000 км, количество необходимых СР — 8–12, зона перекрытия одним спутником — 25–28%, временная задержка передачи сигнала — 250–400 мс.;

l низкие круговые или близкие к круговым орбиты (LEO — Low Earth Orbit): высота орбиты в диапазоне от 500 до 2000 км, количество необходимых СР — 48–66; зона перекрытия одним спутником — 3–7%; временная задержка передачи сигнала — 170–300 мс.

Первая, широко известная система спутниковых телекоммуникаций с мобильными абонентами «Инмарсат» (Inmarsat) и ей подобные обеспечивали обслуживание по принципу «следование абонента за терминалом»: радиотерминал с приемо-передающей аппаратурой и мощной антенной устанавливался на подвижном объекте (автомобиле, поезде, корабле, самолете) и абонент был привязан к этому объекту, следовал за ним. Радиотерминал через спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите, получал связь с радиотерминалами других абонентов.

Более поздние системы (Inmarsat 3, EMSS, MSAT, «Марафон») позволили реализовать принцип «терминал следует за абонентом», поскольку при использовании более эффективных узконаправленных антенн мощность сигнала в локальных зонах обслуживания увеличилась и радиотерминал абонента стал более портативным (в виде небольшого чемоданчика, «кейса» и т. п.).

Возможность дальнейшего увеличения мощности радиосигнала и уменьшения размеров абонентских радиотерминалов обеспечивается путем приближения спутников-ретрансляторов к абонентам, то есть переводом их с геостационарных на более низкие орбиты LEO и MEO, но при этом для охвата той же территории приходится использовать большее количество СР. Имеется определенная аналогия СПРС с системами сотовой телефонии — зоны обзора земной поверхности многолучевыми антеннами СР формируют сотовую (макросотовую) структуру покрытия зоны обслуживания.

Низкие орбиты уже давно рассматривались как основа для организации систем спутниковой связи, но их использование тормозилось определенной инерцией мышления, настроенного на то, что спутник-ретранслятор должен быть виден долго и непрерывно, а лучше всего быть неподвижным для наблюдателя (то есть находиться на геостационарной орбите).

И только в последние годы появился ряд систем спутниковой связи, использующих низкие орбиты и более портативные абонентские радиотерминалы, вплоть до карманных радиотелефонных трубок.

В настоящее время имеется уже несколько десятков различных СПРС, характеристики некоторых из них приведены в табл. 17.2.

Таблица 26.2. Основные характеристики некоторых СПРС

Большинство существующих спутниковых систем связи имеют геостационарные спутниковые группировки, что легко объяснимо: небольшое количество спутников, охват всей поверхности Земли. Однако большая задержка сигнала делает их применимыми, как правило, только для радио- и телевещания. Для систем радиотелефонной связи большая задержка сигнала крайне нежелательна, так как приводит к плохому качеству связи и повышению стоимости обслуживания.

Низкоорбитальные СПРС Iridiumимеет 66 спутников-ретрансляторов (5 мая 1997 года запущены первые пять из них) на орбитах высотой 780 км, а Globstar — 48 на высоте 1400 км. Такое количество СР необходимо для поддержания непрерывного канала связи, предоставляемого любому абоненту на территории земного шара, поскольку каждый из низкоскоростных спутников-ретрансляторов находится в зоне видимости абонентского радиотелефона всего несколько минут за время каждого оборота спутника на орбите. Благодаря движению спутников друг за другом, их расположению в разных орбитальных плоскостях и автоматическому переключению связи с одного СР на другой, гарантируется полное перекрытие поверхности планеты зонами обзора и непрерывная связь с абонентом. Число обеспечиваемых системами каналов связи достигает 60 000–70 000.

Система Iridium

Разработчик — международный консорциум Iridium ltd., Вашингтон. Система глобальной подвижной персональной спутниковой связи предназначалась для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами, рассредоточенными на всей территории земного шара. Космический сегмент системы состоял из 66 основных (высота орбиты 780 км над поверхностью Земли) и 6 резервных спутников (645 км). Система предоставляла абонентам следующие услуги: передача речи (2,4 Кбит/с), передача данных и телефакс со скоростью до 9600 Кбит/с, персональный вызов и определение местоположения.

Будучи очень дорогостоящим проектом (более 5 млрд долларов), Iridium в начальной стадии развития установил сверхвысокие цены на терминалы и трафик, ошибочно ориентируясь только на очень богатых потребителей услуги. Кроме того, в процессе эксплуатации возникли непредусмотренные проектом технические и финансовые проблемы, что привело консорциум к банкротству. В настоящее время обслуживание абонентов России не производится.

Система Globalstar

Система глобальной подвижной персональной спутниковой связи Globalstar(компания Globalstar ltd., Сан-Хосе, штат Калифорния) предназначена для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами, расположенными на территории земного шара между 70º северной широты и 70º южной широты.

Портативные терминалы системы Globalstar выпускаются в нескольких модификациях для использования их как для организации связи в системе Globalstar, так и в сетях наземной сотовой связи стандартов GSM, DAMPS, CDMA.

Для примера приведем параметры некоторых имеющихся на российском рынке моделей спутниковых портативных мобильных терминалов системы Globalstar:

l портативный мобильный абонентский терминал QUALCOMM. Трехрежимный терминал — Globalstar/AMPS/CDMA. Размеры — 178 57 44 мм, вес — 357 г. Имеет дисплейна 4 16 символов, записную книжку на 99 номеров, ускоренный автодозвон, голосовую почту, определитель номера;

l портативный абонентский мобильный терминал Ericsson. Режимы работы — Globalstar/GSM. Размеры — 160 60 37 мм, вес — 350 г;

l портативный абонентский мобильный терминал Telit. Режимы работы — Globalstar/GSM. Размеры — 220 65 45 мм; вес — 300 г.

Космический сегмент системы представляет собой группировку из 48 основных и 8 резервных спутников, весом менее 450 кг, размещенных на круговых орбитах на высоте 1414 км над поверхностью Земли. Спутники первого поколения рассчитаны на работу в режиме полной нагрузки не менее 7,5 лет.

Для охвата большей территории земного шара планируется построить порядка 50 станций сопряжения, обеспечивающих максимальное покрытие (до 85%) земной поверхности. На первом этапе развития системы построено 38 станций сопряжения. В России находятся в эксплуатации 3 таких станции: в Московской области (Павловский Посад), в Новосибирске и в Хабаровске. Эти станции обеспечивают предоставление услуг подвижной связи с высоким качеством обслуживания практически на всей территории России южнее 70º северной широты. Каждая из станций связана с сетью общего пользования России. Система Globalstar эксплуатируется в России с мая 2000 года. Предполагается, что к 2002 году Globalstar сможет обслуживать более 150 000 отечественных абонентов.

Среднеорбитальные системы Odyssey и ICOс высотой орбиты порядка 10 000 км, ввиду большего обзора территории с одного спутника-ретранслятора, позволяют сократить количество последних до 10–12 штук (время видимости одного СР доходит до нескольких часов). Число обеспечиваемых системами каналов связи достигает 25 000–30 000.

Весьма перспективной обещает быть среднеорбитальная система подвижной персональной спутниковой связи ICO (международная компания «ICO Global Communications»), предназначенная для предоставления услуг связи с подвижными и фиксированными объектами на всей территории земного шара, включая приполярные районы. Система будет содержать десять основных и два резервных спутника на МЕО-орбите высотой примерно 10 390 км над поверхностью Земли.

Согласно проекту, большую часть абонентских терминалов системы составят персональные телефонные аппараты, способные работать в двух режимах (спутниковый/наземный сотовый).

Особенностью данной системы станет специально сформированная сеть ICONet, которая соединит между собой «интеллектуальными» линиями связи двенадцать узлов спутникового доступа (УСД), расположенных по всему миру, и обеспечит быстрое соединение сетей общего пользования с мобильными терминалами и мобильных терминалов между собой вне зависимости от их местонахождения. На территории России предполагается строительство одного УСД.

Система ICO планирует предоставить пользователям следующие виды услуг: телеслужбы, услуги транспортной среды, услуги, предоставляемые в системе GSM, услуги по передаче сообщений и роумингу.

Телеслужбы будут предоставлять такие услуги, как: цифровая телефония, экстренные вызовы, передача факса группы 3 на скоростях до 14,4 Кбит/с и услуги по передаче коротких сообщений. При этом цифровая телефония будет обеспечивать качество передачи речи, подобное тому, которое обеспечивается существующими стандартами наземной подвижной радиосвязи.

Ожидается, что на территории России системой ICO будут пользоваться в 2003 году 450 тысяч абонентов.

СПРС имеют ряд особенностей в технических аспектах их организации, но в сфере пользовательских характеристик и предоставляемых абонентам услуг они во многом похожи на наземные сотовые системы. Это часто позволяет с одного радиотелефона, в зависимости от местонахождения абонента, поочередно осуществлять спутниковую и наземную сотовую связь (роумингмежду соответствующими сетями). Передача информации в спутниковых системах ведется в цифровой форме со скоростями 9600–64 000 битов/с.

Помимо дуплексной телефонной связи СПРС, обеспечивают предоставление целого ряда сервисных услуг, таких как:

l факсимильная связь;

l электронная почта;

l голосовая почта;

l пейджинговая связь;

l режим приоритетного обслуживания;

l режим персонального радиовызова;

l возможность подключения к радиотелефону портативного компьютера;

l защита информации от несанкционированного доступа;

l определение местоположения мобильного абонента и т. д.

Современные системы подвижной спутниковой связи совместимы с традиционными наземными системами подвижной связи (в первую очередь — с цифровыми сотовыми). При этом взаимодействие сетей подвижной спутниковой радиосвязи с телефонной сетью общего пользования возможно на любом уровне (местном, внутризоновом, междугородном).

В перспективе, СПРС призваны развивать и дополнять сотовую радиотелефонную связь там, где последняя невозможна или недостаточно эффективна — при передаче информации на большие расстояния, в районах с малой плотностью населения, в морских акваториях и т. п.