В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Примеры реализации спутников нового поколения

Приложение к обзору "Спутники связи и вещания нового поколения"

Спутник Spaceway 3

Спутник Spaceway 3 (рис. 1.1) создан компанией Boeing на основе космической платформы BSS 702 по заказу компании HNS. Запуск спутника произведен в 2007 г. ракетой-носителем "Ариан-5". Коммерческая эксплуатация началась с 2008 г.

Рис. 1.1. Спутник Spaceway 3 на орбите и при старте

Технические параметры спутника и его ретрансляционной аппаратуры представлены в табл. 1.1. Фиксированные рабочие зоны, формируемые многолучевой приемной антенной (112 зон), показаны на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Зоны приемной антенны

Передающая антенна способна работать в многолучевом режиме с перенацеливанием лучей (число перенацеливаемых лучей до 24). Количество точек прицеливания равно 780, в том числе возможны положения лучей в соответствии с положениями приемных фиксированных зон, или формируется общий контурный луч, охватывающий США (рис. 1.3). Таким образом, число передающих лучей почти в 5 раз меньше числа приемных лучей, но первые в состоянии перенацеливаться за наносекунды в зависимости от трафика (технология была отработана на спутнике ACTS).

Рис.1.3. Рабочая зона общего контурного луча

Ретрансляционная аппаратура спутника работает в Ка-диапазоне, она полностью выполнена по схеме с обработкой сигналов на борту и ориентирована на использование VSAT-технологии, разработанной компанией HNS. Технология представлена (в том числе в Европе) в формате международного стандарта IpOS (по сути, аналог DVB-RCS). Каждый приемный луч имеет полосу частот 62,5 МГц (в полосе 500 МГц имеет 8 частотных литер). Приемные лучи развязаны по поляризации (используется круговая поляризация) и пространству. В каждом приемном луче формируются частотно-разделенные потоки TDMA со скоростями от 512, 2048 и 16 384 кбит/с, занимая соответственно 600 кГц, 2,6 и 20 МГц. Для передающих лучей могут быть образованы полосы: 100, 167 или 500 МГц. Соответственно в передающем луче формируются TDM-потоки с различными скоростями 110, 142 Мбит/с и вплоть до 440 Мбит/с. Передающие лучи развязаны по пространству и поляризации (используется круговая поляризация).

На спутнике обеспечивается коммутация пакетов с учетом приоритизации, поддержание режима адаптивной модуляции и кодирования в стандарте DVB-S2 с использованием QPSK и 8PSK с различными FEC. Используются VSAT-станции с антеннами 0,74-1,8 м для скоростей передачи 512 и 2048 кбит/с и с антенной 3,5 м для скорости передачи 16 384 кбит/с.

Таблица 1.1. Параметры спутника Spaceway 3

Спутник Amazonas 1

Спутник Amazonas 1 создан компанией Astrium на основе космической платформы Eurostar 3000s по заказу компании Hispasat. Запуск спутника осуществлен в 2004 г. Технические параметры спутника и его ретрансляционной аппаратуры представлены в табл. 2.1. Рабочие зоны показаны на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Рабочие зоны в Ku-диапазоне, связанные в ретрансляторе AmerHis

Особенностью спутника является то, что 4 ствола Ки-диапазона частот работают на отдельном ретрансляторе AmerHis с использованием бортового процессора. Бортовой процессор разработан компанией Alcatel Espacio по заказу ESA в рамках инновационных программ. Правила организации каналов соответствуют стандарту EN301 790 (DVB-RCS) и DVB-S. Масса бортового процессора AmerHis составляет 30 кг при потреблении 130 Вт. Общие технические параметры спутника и ретрансляционной аппаратуры представлены в табл. 2.1. В табл. 2.2 указаны параметры аппаратуры AmerHis. Ее эксплуатация начата в 2006 г.

Таблица 2.1. Параметры спутника Amazonas 1

Таблица 2.2. Параметры аппаратуры AmerHis

Спутник Anik F2

Спутник Anik F2 создан компанией Boeing Satellite Systems на основе космической платформы BSS 702 (предыдущее название HS 702) по заказу компании Telesat Canada. Запуск спутника произведен в 2004 г. ракетой-носителем "Ариан-5". Технические параметры спутника и его ретрансляционной аппаратуры представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Параметры спутника Anik F2

Рабочие зоны показаны на рис. 3.1–3.

Рис. 3.1. Anik F2, Ku-диапазон

Рис. 3.2. Anik F2, C-диапазон

Рис. 3.3. Рабочая зона Anik F2 в Ka-диапазоне (WildBlue)

Особенностью спутника является то, что в Ка-диапазоне частот используется многолучевая технология. При этом для организации взаимосвязей между лучами применена коммутационная матрица и блок фильтров, которые объединены в единый комплект оборудования Beam*Link (разработка компании COM DEV). В результате ретрансляционная аппаратура имеет линейную схему, характерную для ретрансляционной аппаратуры с прямой ретрансляцией сигнала. Однако для взаимосвязи двух лучей ("Торонто" и "Ванкувер") используется экспериментальный бортовой процессор SpaceMux (разработан EMS Technologies). Создание ретрансляционной аппаратуры Ка-диапазона (Beam*Link и SpaceMux) субсидировано государством в рамках исследовательских программ Canadian Space Agency и Agency of Industry Canada. На основе Beam* Link создана наземная система VSAT под общим названием WildBlue (разработка компании ViaSat). Ряд технических параметров оборудования Beam*Link приведены в табл. 3.2, а технические параметры экспериментального бортового процессора SpaceMux отражены в табл. 3.3.

Таблица 3.2. Параметры аппаратуры Beam*Link

Ретрансляционная аппаратура Ка-диапазона Beam*Link используется в системе WildBlue на коммерческой основе. WildBlue работает с применением пяти центральных станций (ЦС); возможно увеличение до 6. Каждая ЦС расположена в выбранном для этого Ка-луче. Она обеспечивает передачу на спутник общего потока TDM (возможна скорость от 5 до 72 Мбит/с) и прием со спутника до 8 каналов в режиме MF-TDMA (скорости от 150 до 2400 кбит/с). В качестве абонентских станций используются специальные VSAT-станции Surf Beam.

Рис. 3.4. Оборудование коммутации Beam*Link для обратных каналов

На линии ЦС – VSAT используется QPSK или 8PSK с турбокодированием, применяется адаптивная система модуляции и кодирования. На линии VS AT – ЦС (обратные каналы) применяется QPSK с турбокодированием и FEC=1 /2. Общие правила обмена информацией в системе WildBlue аналогичны стандарту DOCSIS 1.1. В 2006 г. запущен спутник связи WildBlue-1, который работает на коммерческой основе совместно со спутником Anik-F2.

Таблица 3.3. Параметры процессора SpaсeMux

Спутник IPStar

Спутник IPStar создан компанией Space Systems/Loral по заказу азиатского оператора Thaicom (Таиланд). Запуск спутника произведен в 2005 г. ракетой-носителем "Ариан-5". Рабочая зона формируется с использованием многолучевых антенн и антенн с контурной диаграммой направленности. Рабочая зона охватывает территории 22 стран Азии и Тихоокеанского региона (рис. 4.1). По состоянию на август 2008 г. установлено примерно 150 тыс. VSAT-станций (к концу 2006 г. было установлено примерно 60 тыс.). Стоимость создания спутника с учетом запуска составляет порядка $350-400 млн (из них $90 млн –запуск).

Рис. 4.1. Рабочие зоны IPStar

Ретрансляционная аппаратура спутника, работающая с многолучевыми антеннами, выполнена по схеме с прямой ретрансляцией сигнала. Однако имеется возможность перераспределить ЭИИМ (мощность передатчиков) между лучами по командам с Земли. Передатчики выполнены на основе ЛБВ с выходной мощностью 100-125 Вт. Технические параметры спутника представлены в табл. 4.1. По сути, спутник IP$tar является частью общей системы, которая включает 14 центральных станций, объединенных между собой по земле и через спутниковые линии (предположительно в Ка-диапазоне). Каждая центральная станция работает в своем луче (лучи развязаны между собой по поляризации и частоте) и обеспечивает работу VSAT-сетей. Используется технология TDM/MF-TDMA на базе разработок компаний Via$at и ЕСС. В качестве стандарта принят DVB-$2 (применяется QP$K и 8Р$К) – для прямого канала и DVB-RC$ – для обратных каналов. При этом применяется адаптивная модуляция и кодирование с целью компенсации потерь в дожде и достижения коэффициента готовности каналов связи до 0,996.

Станции V$AT применяются с антеннами от 0,84 до 1,8 м. Обеспечивается скорость на передачу до 2 Мбит/с, скорость по приему до 4-8 Мбит/с). Скорость может дискретно наращиваться: 64, 128, 256, 384 кбит/с и т.д. Используются передатчики мощностью 1 или 2 Вт. Интерфейсы пользователя: 10/100 Mbps Ethernet (RJ-45) / USB 1.1. Используется голосовой кодек G.723.1.

Таблица 4.1. Технические параметры спутника IPStar

Экспериментальный спутник Kizuna

Космическое агентство Японии вкладывает серьезные средства в реализацию проектов, которые призваны определить пути технологического развития спутниковой связи в XXI веке. Именно в интересах будущего технологического прорыва была принята и сегодня близка к практической реализации программа создания принципиально нового геостационарного спутника связи и вещания Kizuna.

Рис. 5.1 Организация трафика между рабочими зонами спутника Kizuna

Этот спутник запущен 18.02.2008 г. японской ракетой-носителем НПА и выведен на геостационарную орбиту в позицию 143Е. Это экспериментальный спутник массой 2700 кг (на ГСО) и мощностью 5200 Вт. Его работа рассчитана на 5 лет. Спутник создан компанией Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. no заказу Japan Aerospace Exploration Agency и обошелся в сумму $484 млн (вместе с запуском). Рабочий диапазон частот спутника 20/30 ГГц (Ка-диапазон). Полезная нагрузка выполнена по схеме с коммутацией сигналов на борту (рис. 5.1). Спутник оснащен двумя (№ 1 и № 2) приемопередающими зеркальными многолучевыми антеннами (МЛА) с размером раскрыва 2,4 м (ширина луча 0,4/0,3 градуса). Антенна № 1 предназначена для формирования 10 рабочих зон в регионе Южной Азии (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Рабочие зоны антенн № 1 и № 2 спутника Kizuna

Антенна № 2 предназначена для формирования фиксированных лучей в регионе Японии (9 областей Японии, часть Южной Кореи, Пекин, Шанхай). Кроме того, спутник имеет активные фазированные решетки (отдельно передающую и отдельно приемную), которые могут создавать более широкую рабочую зону (примерно 1 градус) в любой точке на поверхности Земли, видимой со спутника (от центральных регионов Тихого океана до границ Индии). Скорость перенацеливания луча достигает 2 мс, это позволяет реализовать пространственно-временное разделение каналов. Энергетика, создаваемая МЛА в рабочих зонах столь велика, что на земле предусмотрено использование абонентских станций типа VSAT с антенной 45 см, которые позволят передавать информацию на скорости в пределах 1,5-6 Мбит/с, а принимать поток до 155 Мбит/с. При увеличении антенны до 1,2 м достигается скорость на передачу и прием до 155 Мбит/с. Применение больших земных станций с антенной 5 м служит организации симметричного дуплексного канала с предельной скоростью 1,2Гбит/с.
Программа экспериментов включает в себя как апробирование аппаратуры с обработкой на борту (включая сопоставление эффективности применения АФАР с традиционным использованием зеркальных многолучевых антенн), так и отработку современных прикладных задач с использованием технологий VSAT:
• передача видеоинформации из мест актуальных событий;
• исключение информационного неравенства регионов (острова, гористая местность);
• развитие Интернета в образовательных учреждениях (в первую очередь в школах);
• развитие телемедицины путем организации высокоскоростных каналов связи между местными больницами и центральными институтами для консультативных услуг;
• высококачественная передача потребителям информации, получаемой со спутника дистанционного зондирования Земли Daichi.

Эксперименты проводятся с июля 2008 г. после подготовки спутника к эксплуатации. По сообщениям Japan Aerospace Exploration Agency, спутник работает без сбоев. Солнечные батареи раскрылись и работают, многолучевые антенны раскрылись, точность удержания составляет 0,08 град. В начале марта произошел отказ солнечного датчика, пока без серьезных последствий для функционирования (по-видимому, проблемы с точностью прицеливания антенн все же возникнут. – Прим. автора). Управление и контроль бортовыми системами спутника осуществляется из центра Katsuura (пять других японских центров находятся в "горячем" резерве). Идет подготовка центра сетевого управления и контроля для работы с наземным сегментом.
Создание экспериментального спутника, ориентированного на будущий технологический прорыв, показывает: космической отрасли связи и вещания продолжает уделяться особое внимание на государственном уровне.

Спутники вещания Eutelsat, оснащенные аппаратурой SkyPlex

В начале 1990-х гг. при поддержке ESA и по заказу организации Eutelsat компанией Alcatel была разработана аппаратура бортового мультиплексирования SkyPlex. Основной задачей, на которую ориентирована аппаратура SkyPlex, является организация нового подхода к образованию вещательного пакета. Используя SkyPlex, вещатели в состоянии подать свои сигналы на спутник независимо друг от друга и непосредственно из места формирования контента (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Иллюстрация работы SkyPlex

Таким образом, трансляция сигналов на общую для всех центральную ЗССС с целью создания общего пакета для подачи сигнала не требуется. Необходима небольшая ЗССС типа VSAT-станции. Кроме того, оборудование SkyPlex можно использовать и для организации каналов связи. Это свойство позволяет развивать системы интерактивного вещания. Первый экспериментальный комплект SkyPlex был установлен на спутнике HotBird 4. Затем оборудование SkyPlex совершенствовалось, и в настоящее время в компании Alcatel-Lucent разрабатывается его новая версия SkyPlex OBMM. Она обеспечивает мультиплексирование MPEG-потоков на спутнике со скоростями от 0,5 до 12 Мбит/с.

Рис. 6.2а. Рабочие зоны спутника HotBird 6 (Ka-диапазон)

Рис. 6.2б. Рабочие зоны спутника HotBird 6 (Ku-диапазон)

Спутник HotBird 6 является продолжением серии спутников HotBird, полезная нагрузка которых – наряду с обычными прозрачными стволами – содержит аппаратуру SkyPlex. Причем аппаратура SkyPlex может быть подключена к стволам Ка-диапазона или к стволам Ка-диапазона по приему, а также к стволам Ки-диапазона по передаче или полностью применяться в Ки-диапазоне. Аппаратура SkyPlex позволяет мультиплексировать на спутнике потоки TDMA и/или SCPC, поступающие от ЗССС, и формировать общий поток TDM в стандарте DVB-S. Примерные параметры аппаратуры SkyPlex для спутника HotBird 6 представлены в табл. 6.1-6.2.

Таблица 6.1. Спутник HotBird 6

Таблица 6.2. Параметры аппаратуры SkyPlex на спутнике Hotbird 6

Экспериментальный спутник Hispasat AG1

С 2005-2006 гг. в рамках европейской программы развития перспективных технологий космической связи будущего разрабатывается проект SmallGEO. Этим проектом предусмотрено создание спутника нового поколения Hispasat AG1, который относится к типу малых геостационарных спутников связи. Его запуск намечен на 2011 г. Предварительные параметры спутника приведены в табл. 7.1 (один из вариантов).

Рис. 7.1. Иллюстрация рабочей зоны и архитектуры спутника Hispasat AG1

Ретрансляционная аппаратура выполняется с использованием бортового коммуникационного процессора (4 канала по 36 МГц), обеспечивающего коммутацию пакетов между лучами. Предусмотрено использовать экспериментальную АФАР, каждый луч которой по командам центра управления может изменить свою реконфигурацию (форму ДН и точку прицеливания). На рис. 7.1 приведена иллюстрация формирования рабочей зоны и общего вида спутника (один из вариантов).

Таблица 7.1. Предварительные параметры спутника Hispasat AG1

Спутник Intelsat 15

Во II квартале 2009 г. компания Intelsat запланировала запуск нового спутника Intelsat 15 (рис. 8.1) в орбитальную позицию 85Д5Е. Он должен заменить спутник Intelsat 709.

Рис. 8.1. Архитектура спутника IS 15

Запуск будет осуществляться с использованием российско-украинской ракеты-носителя "3eHHT-3SLB". Рабочая зона нового спутника будет охватывать всю территорию России, видимую из данной точки стояния на ГСО, а также среднеазиатские страны СНГ. Характерной особенностью контурной рабочей зоны является то, что она имеет три выраженных максимума (европейский, сибирский, дальневосточный) в регионах с наибольшей плотностью населения. По сути, использовано компромиссное решение при реализации контурной антенной, оно подразумевает локальное увеличение ее усиления в заданных регионах. То есть в общей рабочей зоне имеет место повышенная неравномерность усиления (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Иллюстрация рабочей зоны спутника Intelsat-15

За счет этого происходит увеличение на 1-1,5 дБ усиления антенны в локальных максимумах, соответственно достигнуто увеличение ЭИИМ и G/T. Стволы могут коммутироваться между антеннами, формирующими зоны (лучи) охвата России и арабских стран. По предварительным данным к лучу России подключено 6 стволов. Основные технические параметры спутника Intelsat 15 представлены в табл. 8.1.

Табл. 8.1. Параметры спутника Intelsat 15

Опубликовано: Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2009
Посещений: 12627

Статьи по теме