СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК H04B7/185 

Изобретение относится к радиотехнике и цифровой технике и может быть использовано для организации спутниковой связи с использованием низкоэнергетических искусственных спутников Земли (ИСЗ), базовой станции с большим диаметром зеркала антенны (≥ 12 м) и ряда наземных рабочих (стационарных или мобильных) станций с малым диаметром зеркала антенны (≈ 1,5 - 2 м).

Спутниковая связь используется в нашей стране уже боле четверти века, однако она не заняла достойного места в общей системе связи.

В последние годы, с появлением самостоятельных промышленных и коммерческих предприятий, административных органов, биржевых и банковских объединений, сети фирм нефтяников, газовиков, геолого-разведчиков, стала актуальной задача создания коммерческих спутниковых линий связи с использованием мобильных или стационарных станций с малыми антеннами, размещаемыми в непосредственной близости от пользователя.

Для обеспечения спутниковой связи в настоящее время используются три вида доступа к ИСЗ:
- многостанционный доступ на основе частотного разделения каналов (МДЧР) 70% спутниковых стволов;
- многостанционный доступ на основе временного разделения каналов (МДВР) 25% спутниковых стволов;
- многостанционный доступ на основе кодового разделения каналов (МДКР) 5% стволов.

Как правило, для организации спутниковой связи используют способ, при котором базовая и рабочие станции формируют сигналы одного из видов доступа, усиливают их и через ИСЗ ретранслируют по всем станциям системы связи, которые принимают и селектируют адресуемые им сигналы.

Известно использование спутниковой связи с кодовым разделением [3]. В этом случае разработан и выведен на орбиту специальный ИСЗ с коммутацией сигналов на борту.

Известна также система связи "ИНМАРСАТ" [1], которая использует сигналы МДЧР и принята за прототип. Эта система использует способ, при котором базовая и рабочая станции формируют сигналы МДЧР, усиливают их и через ИСЗ ретранслируют всем станциям системы связи, которые принимают и селектируют адресуемые им сигналы.

Система "ИНМАРСАТ" [1] содержит базовую станцию в составе последовательно соединенных антенны, малошумящего усилителя (МШУ), радиоприемного устройства (РПУ) и тракта обработки сигналов с МДЧР с выходом в телефонную сеть, а также тракт формирования сигналов МДЧР, выход которого через передатчик подключен к антенне, n рабочих станций, каждая из которых содержит последовательно соединенные антенну, МШУ, РПУ и тракт обработки сигналов с МДЧР с выходом в телефонную сеть, а также передатчик, выход которого подключен к антенне. Недостатком такого способа и системы является необходимость использования высокоэнергетического спутника Земли и большого диаметра зеркала антенн на наземных станциях, что сложно и дорого.

В то же время существует ряд ИСЗ (типа "Горизонт"), оборудованных антеннами с широкой диаграммой направленности и бесполезно облучающих огромные пространства на территории страны и вне ее пределов, вследствие чего потенциальная емкость ствола ретранслятора не используется даже при использовании на земных станциях антенн с диаметром ≈ 12 м, не говоря уже об антеннах с диаметром ≈ 1,5 - 2 м.

Целью изобретения является обеспечение возможности работы спутниковой системы связи с использованием низкоэнергетических спутников (типа "Горизонт") и рабочих земных станций с малым диаметром зеркала антенны ≈ 1,5 - 2 м.

Для достижения указанной цели предлагается способ организации спутниковой связи рабочая станция <---> базовая станция на рабочей земной станции формирует сигналы МДЧР, усиливает их и ретранслирует через низкоэнергетический ИСЗ на базовую станцию, принимает сигналы МДЧР базовой станцией, преобразуют их к сигналам абонентской телефонной сети и через автоматическую телефонную станцию (АТС) транслируют абонентам. Согласно изобретению, на базовой станции принятый сигнал с МДЧР преобразуют в сигнал МДКР, усиливают его и через ИСЗ ретранслируют на рабочую станцию, на которой принимают сигналы с МДКР, преобразуют его к сигналу абонентской сети и транслируют абоненту. При организации связи между двумя рабочими станциями организуют связь через базовую станцию, при этом сигналы рабочих станций на передачу формируют в режиме МДЧР, ретранслируют эти сигналы через ИСЗ на базовую станцию, принимают сигналы МДЧР базовой станцией, преобразуют их в сигнал МДКР, усиливают, ретранслируют через ИСЗ к рабочим станциям, на которые ведут прием и селекцию в режиме МДКР.

Система для реализации предлагаемого способа содержит базовую станцию в составе последовательно соединенных антенн, малошумящего усилителя (МШУ), радиоприемного устройства (РПУ) и тракта обработки сигналов с МДЧР с выходом в телефонную сеть, а также передатчик, выход которого подключен к антенне, n рабочих станций, каждый из которых содержит последовательно соединенные формирователь сигналов МДЧР, передатчик, антенну и последовательно соединенные МШУ, вход которого подключен к антенне, и РПУ, а также содержит ИСЗ в качестве ретранслятора сигналов.

Согласно изобретению, в состав базовой станции введены последовательно соединенные персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), n преобразователей сигнала МДЧР в МДКР. Выход РПУ подключен ко входам преобразователей, выход тракта обработки сигналов служебного канала тракта МДЧР подключен ко входу ПЭВМ. Выход преобразователей МДЧР в МДКР подключен ко входу передатчика. В состав рабочих станций введены последовательно соединенные тракт обработки служебных сигналов с МДКР, ПЭВМ и тракт обработки сигналов рабочих каналов МДКР и регистратора. Выход РПУ подключен ко входам трактов обработки сигналов с МДКР служебных и рабочих каналов, а выход ПЭВМ подключен ко входу формирователя сигналов с МДЧР.

Предлагаемые способ и система для его реализации из отечественных и зарубежных источников неизвестны, последовательность преобразований сигналов не очевидна, поэтому способ и система соответствуют критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже приведена функциональная схема системы связи, реализующей предлагаемый способ.

По предлагаемому способу осуществляют следующую последовательность действий:
- на рабочей земной станции формируют сигналы МДЧР;
- усиливают его и через ИСЗ ретранслируют на базовую станцию;
- на базовой станции сигнал принимают и усиливают;
- преобразуют в сигнал МДЧР;
- усиливают сигнал МДКР и через ИСЗ ретранслируют всем земным рабочим станциям в общей полосе частот;
- на рабочих станциях сигнал МДКР от базовой станции принимают, усиливают, преобразуют в сигнал абонентской сети и восстанавливают информацию адекватную информации на передающей стороне;
- сигналы, адресованные базовой станции, обрабатывают в режиме МДЧР.

Система для реализации предлагаемого способа содержит n рабочих станций (РС) с малым диаметром зеркала (1,5-2 м), базовую станцию (БС) с большим диаметром зеркала (12 м) и ИСЗ с низкой энергетикой.

Каждая РС содержит последовательно соединенные антенну 1, малошумящий усилитель (МШУ) 2, радиоприемное устройство (РПУ) 3, выход которого подключен к двум трактам обработки: обработки служебной информации в составе устройства обработки сигналов МДКР 4 (фильтрации, корреляционной обработки, ФМ-демодуляции, обработки цифровых сигналов) и ПЭВМ 5 и обработки основной информации МДКР6 (блок фильтрации, корреляционной обработки, ФМ-демодуляции, обработки цифровых сигналов, демодуляции цифровых сообщений) и устройств регистрации 7.

В состав РС также входят последовательно соединенные формирователь сигналов МДЧР8 и передатчик 9, выход которого подключен к антенне 1. Выход ПЭВМ5 подключен к устройствам обработки основной информации 6 и формирования сигнала с МДЧР8, РС может быть как стационарной, так и мобильной.

Базовая станция содержит последовательно соединенные антенну 1'; МШУ2'; n - канальное РПУ3'; устройство обработки сигналов с МДЧР4'; ПЭВМ5'; n - канальный преобразователь сигнала МДЧР в МДКР 6'; передатчик МДКР7'; выход которого подключен к излучателю антенны 1'.

Выход РПУ3 подключен также ко входу преобразователя сигнала МДЧР в МДКР6; а выход устройства обработки сигналов 4 подключен в АТС (в схеме не показана).

ИСЗ10 входит в состав системы в качестве ретранслятора сигналов.

Система в режиме связи РС - абонент АТС базовой станции работает следующим образом.

При снятии трубки на РС автоматически по закрепленному служебному каналу с МДЧР сигнала запроса через формирователь МДЧР8, передатчика, антенны 1 и ИСЗ10 поступает на ВС. ВС принимает сигналы запроса (антенна 1', МШУ2'; РПУ3'; устройство обработки сигнала с МДЧР4') и направляет его к ПЭВМ 5', В ПЭВМ5' происходит расшифровка сигнала запроса (кто просит канал и его назначение) и поиск свободного канала. Данные о канале через преобразователь МДЧР в МДКР6', передатчик МДКР7', излучатель антенны 1', ИСЗ10 поступают к РС по служебному каналу, информация которого обрабатывается всеми РС. Приняв адресованный ей сигнал о предоставляемом канале по тракту антенна 1, МШУ2, РПУ3, устройство обработки МДКР служебного канала 4, ПЭВМ5, РС с помощью ПЭВМ5 задает рабочий канал для тракта МДЧР и соответствующий ему канал для тракта МДКР.

По каналу МДКР (служебному) БС направляет на РС сигнал несущей и тотальный сигнал, приняв который РС также включает несущую и тотальный сигнал. Приняв тотальный сигнал РС, БС включает свой тотальный сигнал и посылает сигнал приглашения к набору номера. РС выключает свой тональный сигнал и передает по тракту МДЧР номер абонента в АТС БС.

БС по тракту МДЧР принимает сигнал номера абонента, осуществляет соединение с АТС, передает номер на АТС. При ответе абонента (звонок) начинается обмен информацией между абонентами РС и АТС. При этом информация от РС к абоненту АТС идет методом МДЧР, а от абонента АТС к абоненту РС идет методом МДКР. По завершении разговора абонент РС кладет трубку и формируется сигнал отбор по тракту РС, ИСЗ, БС, АТС, абонент АТС.

Далее происходит выключение несущих в трактах МДЧР и МДКР и канал освобождается от других абонентов, что фиксируется в ПЭВМ базовой станции.

В РНИИРС в рамках ОКР "Соловейко-2" разработаны и прошли Государственные испытания блоки обработки сигналов с МДКР в составе станции и подтвердили предлагаемые в материалах заявки регулируемость способа и устройства.

По сравнению с прототипом получен следующий положительный эффект:
- обеспечена возможность создания спутниковой системы связи с использованием низкоэнергетических ИСЗ и рабочих станций с малым диаметром зеркала (до 2 м), за счет использования многостанционного доступа с кодовым разделением при передаче информации от базовой станции;
- улучшены энергетические соотношения сигнал/шум при приеме на малые антенны, за счет использования широкополосных сигналов только при передаче от базовой станции к рабочим станциям;
- обеспечена возможность доработки и модернизации системы, поскольку все элементы размещены на базовой и рабочих станциях и не затрагивают ИСЗ, который используется как ретранслятор.

Источники информации
1. Жилин В.А. Международная спутниковая система морской связи ИНМАРСАТ". Л.: Судостроение, 1982 г. - прототип.

2. Бородич С.В. Место спутниковой связи в ЕАСС. Спутниковая связь. Электросвязь, 2, 1992.

3. Small SS-CDMA terminals for very thin voute traffic. G. Possenti, F. Feliciani. Proc. Olympus utilisation conference. Vienna. 12-14 april. 1989.

Способ включает следующую последовательность действий: на рабочей земной станции формируют сигнал многостанционного доступа на основе частотного разделения каналов (МДЧР), усиливают его и через ИСЗ ретранслируют на базовую станцию, на базовой станции сигнал принимают и усиливают, преобразуют в сигнал многостанционного доступа на основе кодового разделения каналов (МДКР), усиливают его и через ИСЗ ретранслируют рабочим станциям, на рабочих станциях сигнал МДКР принимают, преобразуют его в сигнал абонентской сети и передают абоненту. Система, реализующая предложенный способ, содержит рабочие станции с малым диаметром зеркала (1,5-2,0 м), базовую станцию с большим диаметром зеркала (12,0 м) и ИСЗ с низкой энергетикой в качестве ретранслятора сигналов. Базовая станция содержит антенну, малошумящий усилитель, радиоприемное устройство (РПУ) и тракт обработки сигналов с МДЧР с выходом в телефонную сеть, а также передатчик. В базовую станцию введены персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) и n преобразователей сигнала МДЧР и МДКР. Выход РПУ подключен ко входам преобразователей, выход тракта обработки сигналов служебного канала тракта МДЧР подключен ко входу ПЭВМ, выход преобразователей подключен ко входу передатчика. Каждая из n рабочих станций содержит формирователь сигналов МДЧР, передатчик, антенну и малошумящий усилитель, вход которого подключен к антенне, радиоприемное устройство. В рабочие станции введены тракт обработки служебных сигналов с МДКР, ПЭВМ, тракт обработки сигналов рабочих каналов МДКР и регистраторы. Выход радиоприемного устройства подключен ко входам трактов обработки сигналов с МДКР служебных и рабочих каналов, а выход ПЭВМ подключен также ко входу формирователя сигналов с МДЧР. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ организации спутниковой связи с использованием низкоэнергетических искусственных спутников Земли, при котором на рабочих станциях формируют сигналы многостанционного доступа с частотным разделением каналов, усиливают их и ретранслируют на базовую станцию, принимают эти сигналы на базовой станции и ретранслирут на другие рабочие станции, на которых принятый сигнал преобразуют в сигналы абонентной сети и через автоматическую телефонную станцию передают абонентам, отличающийся тем, что сигналы от рабочих станций на базовую станцию передают с частотным разделением, а от базовой станции к рабочим станциям - с кодовым разделением, при этом преобразование сигнала с частотным разделением в сигнал с кодовым разделением осуществляют на базовой станции. 2. Система по п.1, содержащая базовую станцию в составе последовательно соединенных антенны, малошумящего усилителя, радиоприемного устройства и тракта обработки сигналов многостанционного доступа с частотным разделением каналов с выходом в телефонную сеть, а также передатчик, выход которого подключен к антенне, n - рабочих станций, каждая из которых содержит последовательно соединенные формирователь сигналов многостанционного доступа с частотным разделением каналов, передатчик, антенну и последовательно соединенные малошумящий усилитель, вход которого подключен к антенней, и радиоприемное устройство, а также содержащая искусственный спутнику Земли в качестве ретранслятора сигналов, отличающаяся тем, что в состав базовой станции введены последовательно соединенные персональная электронно-вычислительная машина (ЭВМ), предназначенная для расшифровки сигнала запроса и поиска свободного канала, n-преобразователей сигнала многостанционного доступа с частотным разделением каналов в сигнал многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (преобразователи сигнала МДЧР в сигнал МДКР), при этом выход радиоприемного устройства подключен к входам преобразователей сигнала МДЧР в сигнал МДКР, выход тракта обработки сигналов многостанционного доступа с частотным разделением каналов подключен к входу персональной ЭВМ, выход преобразователей сигнала МДЧР в сигнал МДКР подключен к входу передатчика, причем в состав каждой из n-рабочих станций введены последовательно соединенные тракт обработки сигналов служебных каналов многостанционного доступа с кодовым разделением каналов и персональная ЭВМ, предназначенная для расшифровки выделенного канала и задания рабочего канала для тракта многостанционного доступа с частотным разделением каналов и соответствующего ему канала для тракта многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, и последовательно соединенные тракт обработки сигналов рабочих каналов многостанционного доступа с кодовым разделением каналов и регистраторы, при этом выход радиоприемного устройства подключен к входам трактов обработки сигналов служебных и рабочих каналов, а выход персональной ЭВМ подключен к входам формирователя сигналов многостанционного доступа с частотным разделением каналов и тракта обработки сигналов рабочих каналов многостанционного доступа с кодовым разделением каналов.