8.3. Особенности организации связи в системе TELEDESIC

Фиксированная сотовая структура на поверхности Земли

Одним из преимуществ небольших размеров обслуживаемой спутником зоны на поверхности Земли является возможность обслуживания каждым спутником всей территории в пределах его зоны при помощи нескольких узконаправленных сканирующих лучей, нацеливаемых в определенный момент времени на единственный малоразмерный элемент сотовой структуры.

Малые размеры элемента позволяют обеспечить эффективное повторное использование частот, высокую плотность каналов и малую мощность излучения передатчиков. Однако, если эта сотовая структура будет смещаться относительно поверхности Земли вместе со спутником (приблизительно со скоростью 25 000 км/с), то терминал будет обслуживаться в пределах одного и того же сотового элемента только несколько секунд. После чего необходимо будет производить "переназначение" канала на следующий элемент. Известно, что частое "переназначение" каналов приводит к неэффективному их использованию. Для сведения к минимуму потери пропускной способности из-за частого "переназначения" каналов в TELEDESIC предлагается использовать сотовую структуру, фиксированную относительно поверхности Земли.

Всю поверхность Земли предлагается разделить сеткой приблизительно из 20000 неподвижных сотовых "суперэлементов", каждый из которых, в свою очередь, состоит из 9-ти сотовых элементов. Каждый суперэлемент представляет собой квадрат размером 160х160 км. Сотовые суперэлементы сгруппированы в пояса, параллельные экватору. В поясе, размещенном на экваторе, должно содержаться приблизительно 250 сотовых суперэлементов, причем их количество уменьшается с увеличением географической широты. Поскольку количество суперэлементов в поясе не является постоянным, их границы в направлении "север-юг" не будут совпадать.

В зону на поверхности Земли, обслуживаемую спутником связи, могут входить максимум 64 суперэлемента или 576 сотовых элементов. Фактическое количество элементов, находящихся в зоне радиовидимости КА, будет изменяться в зависимости от его положения на орбите и расстояния до соседних КА. В общем случае, управление обслуживанием суперэлемента возлагается на ближайший к ее центру спутник. По мере прохождения спутника он перенацеливает лучи диаграммы направленности свой антенны на фиксированные сотовые элементы в пределах его зоны обслуживания.

При этом лучами антенны компенсируется движение КА относительно поверхности Земли и ее вращение. Аналогией является звено гусеницы бульдозера, которое остается в контакте с одной и той же точкой, в то время как бульдозер продвигается над ней.

Ресурсы каждого канала связи (частоты, интервалы времени) закреплены за определенным элементом сотовой структуры. Пока терминал остается в пределах одного и того же фиксированного относительно поверхности Земли суперэлемента, он сохраняет назначенные параметры канала в течение всего сеанса связи, независимо от количества используемых КА и лучей диаграммы направленности. Переназначение каналов будет скорее исключением, чем правилом. Таким образом, будет устранена большая часть проблемы, связанная с управлением частотами и предоставлением каналов.

На борту каждого КА хранятся данные, которые задают тип обслуживания, которое надо проводить в пределах каждого фиксированного относительно Земли сотового элемента. Небольшие размеры элементов сотовой структуры позволяют фирме TELEDESIC эффективно решить проблему ЭМС в отдельных районах Земного шара и привязать границы обслуживаемых участков поверхности к национальным границам. Ту же задачу трудно было бы решить при больших размерах сотовых элементов или при их перемещении по поверхности вместе со спутником.

Метод многостанционного доступа

Для обеспечения эффективного использования выделенного спектра частот в системе TELEDESIC будет использоваться комбинация методов многостанционного доступа с пространственным (МДПР), частотным (МДЧР) и временным (МДВР) разделением каналов. Каждому сотовому элементу в пределах суперэлемента будет выделяться один из 9 временных интервалов. Данные передаются во всей полосе частот в течение выделенного временного интервала. Передающий и приемный лучи антенны спутника будут периодически сканировать все 9 сотовых элементов. В результате в пределах одного суперэлемента обеспечивается временное разделение каналов. Методы многостанционного доступа показаны на рис.8.

Рис. 8. Методы многостанционного доступа, применяемые в TELEDESIC.

Передача данных с борта КА синхронизируется таким образом, чтобы элементы под номером N (N=1...9) всех суперэлементов принимали сигнал в одно и тоже время. Это позволяет скомпенсировать задержку, обусловленную разным временем распространения сигнала. Передача данных от терминалов на спутник также будет синхронизирована так, чтобы с элементов сотовой структуры под одним и тем же номером всех суперэлементов из зоны обслуживания она проходила одновременно. Применение пространственно-временного разделения в сочетании с разделением лучей с левосторонней и правосторонней поляризацией позволит устранить взаимные помехи между элементами, сканируемыми в один и тот же момент времени в смежных суперэлементах. Наличие защитных интервалов устранит перекрытие сигналов, получаемых от следующих по времени элементов.

В пределах выделенного временного интервала для передачи в направлении "Земля-спутник" используется МДЧР, а в направлении "спутник-Земля" используется асинхронное разделение по времени.

Для передачи в направлении "Земля-спутник" терминалу выделяется один или несколько частотных интервалов. В каждом периоде сканирования, равным Т=23,111 мс, в выделенном временном интервале передается один пакет. Общее количество выделенных интервалов определяет максимальную скорость передачи данных терминала. В общей сложности стандартному терминалу выделяется 1440 временных интервалов на период сканирования Т по одному сотовому элементу.

В направлении связи "спутник-Земля" в течение интервала времени сканирования луча по каждому элементу спутник передает серию пакетов, адресованных терминалам, расположенным в пределах зоны сотового элемента. В заголовке каждого пакета указан адрес терминала. Стандартному терминалу, работающему со скоростью 16 Кбит/с, требуется один пакет на интервал времени сканирования. Скорость передачи в линии "вниз" составляет 1440 пакетов на сотовый элемент в течение периода сканирования Т. Спутник ведет передачу только в течение того времени, которое необходимо для отправки всех пакетов, находящихся в очереди на отправку.

Сочетание жесткой фиксации сотовой структуры относительно поверхности Земли и различных методов многостанционного доступа дает возможность с большой эффективностью использовать выделенный спектр частот. Система TELEDESIC будет повторно использовать свой выделенный спектр свыше 350 раз на континентальной части США и 20000 раз - на поверхности Земли.

Управление системой

В TELEDESIC используется децентрализованное управление, распределенное среди элементов сети связи. Терминалы и другие элементы системы используют пакетный протокол, аналогичный D-каналу стандарта ЦСИО и системе сигнализации №7. Передача и прием этих "служебных" пакетов осуществляется аналогичным образом, как и информационных пакетов.

Наиболее сложные проблемы управления связаны с рассредоточенными наземными средствами, которые через высокоскоростные терминалы связаны со спутниковой аппаратурой. В наземной базе данных содержится информация о возможностях терминалов (абонентов), режимах их обслуживания, идентификаторах и кодовых ключах, маршрутах прохождения сигналов и другая информация.

В системе TELEDESIC предусмотрены три уровня управления. Высший уровень обеспечивают станции межсетевого сопряжения (CMC). Процессор CMC контролирует прохождение вызовов и внутрисетевые переговоры. В станции сопряжения разделяется служебная (пакеты управления) и полезная информация. На процессор поступают только пакеты управления, а пакет с полезной информацией на коммутатор CMC, который обрабатывает входящие вызовы. Далее пакеты с полезной информацией передаются через сеть по маршруту, обеспечивающему наименьшую задержку.

Находящийся на спутнике коммутатор осуществляет функции контроля переговоров на среднем уровне. Он обеспечивает назначение каналов, контроль за их состоянием, отключение каналов в контролируемой им зоне обслуживания и передает данные на другие КА. В случае если достоверность передачи данных в каналах снижается, то вырабатывается команда на включение режима контроля мощности в направлении связи "Земля-спутник".

И, наконец, абонентские терминалы выполняют некоторые функции контроля на низшем уровне. В число этих функций входят: идентификация абонента, регистрация его местоположения и др.

Предыдущая страница............ Стартовая страница.............. Следующая страница