Турая - арабски феномен, мрежи
Само няколко души знаят, че Thuraya означава "полилей" на арабски.
Такова необичайно име за регионална спътникова комуникационна система с космически кораби в геостационарна орбита, създадена по поръчка на Обединените арабски емирства (ОАЕ), заслужено благодарение на уникалната бордова антенна система, която е в състояние да "изпраща" към земната повърхност голям брой "тесни" лъчи (над 250) с променлива интензивност и конфигурация на "осветени" зони. Излъчената мощност може да бъде гъвкаво преразпределена между лъчите (разрешено е да се концентрира до 20% от общата мощност във всеки от тях), което осигурява гъвкава адаптивна промяна на пропускателната способност на ретранслаторите в зависимост от действителното натоварване в определена зона на обслужване.
Регионален или глобален
Преди да разгледаме характеристиките на Thuraya, нека се спрем накратко на причините за създаването на такива системи.
Високата цена на такива системи има дълбоки технологични корени: сложността (а оттам и цената) на техните космически и наземни сегменти е изключително висока; освен това са необходими много сателити и наземни станции за глобално покритие. Важно е също така, че за бърза замяна на повредени космически кораби е необходимо да се „запази“ поне един резервен спътник във всяка от орбиталните равнини. За да не се "разпръскват" космическите кораби по орбитата в хода на движението им, е необходимо периодичното им фазиране, т.е. връщане в дадена точка от орбитата чрез включване на коригиращите двигатели. В противен случай промяната в позицията на орбитата, причинена от различни дестабилизиращи фактори, ще доведе до появата на "мъртви зони" на земята, в които няма прием. Всичко това води до високи оперативни разходи за разгръщането на орбитално съзвездие.(OG) и поддържането му в работно състояние, което в крайна сметка оскъпява услугите.
Но никакви технически трудности не спират ентусиастите на мобилните сателитни комуникации. Те продължават да търсят нови пътища. Най-привлекателни от икономическа гледна точка са регионалните системи с 1-2 космически кораба, разположени на геостационарна орбита, които струват 2-5 пъти по-евтино от глобалните системи. Инвеститорите са изкушени и от факта, че разгръщането на регионална мрежа в началния етап изисква минимум оборудване - само един сателит и един комплект наземно оборудване за наблюдение и контрол на работата на комуникационната система.
В момента са известни няколко проекта на такива системи, сред които AceS, Zerkalo-KR и Thuraya. Пробната експлоатация на ACeS, предназначена да обслужва Азиатско-тихоокеанския регион, вече е започнала. Пред завършване е още един проект – внедряването на системата Thuraya с зона на покритие, включваща 99 държави в Европа, Северна и Централна Африка, Близкия изток, Централна Азия и Индия. В покритата зона (фиг. 1), простираща се по дължина от 20? h.d. до 100? о.д. и на географска ширина от 20? С до 60? NL, дом на около 40% от световното население.
Архитектура на Турая
Системата Thuraya е структурно разделена на три основни сегмента: космически, потребителски и наземен контролен сегмент (фиг. 2). Орбиталното съзвездие се състои от 1-2 космически кораба в геостационарна орбита.
На първия етап от разгръщането Thuraya ще работи чрез един геостационарен сателит (Thuraya 1), който се планира да бъде изстрелян до 44? о.д. Орбиталното изстрелване е насрочено за второто тримесечие на 2000 г. Пробната експлоатация на системата ще започне в края на 2000 г. Разработване на Thuraya до етап "до ключ" (2001 г.)извършено от Hughes Space and Communication (САЩ). Договорът включва създаването на два космически кораба, наземен сегмент в минимален обем (една контролна и интерфейсна станция) и изстрелването на първия от сателитите. Точната дата на изстрелване на втория спътник Thuraya 2 (25? E) все още не е определена.
Потребителският сегмент включва (според резултатите от оценката на нуждите на основните групи абонати на тази система) няколко вида терминали - преносими, мобилни (транспортируеми), полуфиксирани (Semi-Fixed) и морски.
Абонатните и захранващите линии работят в същите честотни ленти като в системите Inmarsat и ACeS. Комуникацията е организирана в L-обхвата (широчина на честотната лента 24 MHz) - чрез абонатни линии и в C-обхвата - чрез фидерни линии.
Работата на системата ще се контролира от централната земна станция (построена в Шарджа), наречена в проекта Thuraya основна шлюзова станция (PGW, Primary Gateway). PGW включва няколко специализирани земни станции с дистанционни антенни постове. Центърът за сателитни операции и контрол (SOC) ще обработва телеметрична информация, идваща от космическия кораб чрез захранващи линии и ще контролира правилното функциониране на всички негови подсистеми. За да се оценят характеристиките на разпространението на сигнала в L-обхвата по връзката "нагоре", в основния шлюз беше въведена земна станция-радиофар (Uplink Beacon Station, UBS).
Наземният сегмент също включва регионални шлюзови станции (CC), работещи в C-обхвата (монтажът им не е предвиден в договора с Hughes). По време на първата фаза на работа системата Thuraya ще обслужва абонати само през основния шлюз. В бъдеще, тъй като натоварването (т.е. броят на потребителите) се увеличава, се планирасъздаване на независими регионални CC в различни страни, което ще направи тарифната политика по-гъвкава (чрез намаляване на обема на международния трафик).
космически кораб
Известно е, че геостационарен космически кораб може да предоставя персонални комуникационни услуги само ако зоните на обслужване, образувани от него на повърхността на Земята, са приблизително същите като тези, образувани от нискоорбитални спътници. Принципно нови за световната практика са технологиите, които позволиха да се разположат в космоса многолъчеви антени с големи рефлектори - 12 m в диаметър или повече.
За Thuraya Hughes разработи уникална антенна система с диаметър на рефлектора 12,25 m (фиг. 3), която осигурява формирането на 250-300 лъча, тесни дори в сравнение с тези, формирани от подобни системи, включително ACeS. Това стана възможно благодарение на използването на цифрова схема за формиране на лъчи на борда, която също ви позволява да промените конфигурацията на лъчите в зоната на покритие и да включите допълнителни лъчи в излъчения поток. Високата спектрална ефективност се постига чрез 30-кратно повторно използване на работните честоти.
Въздушният ретранслатор Thuraya осигурява директна комуникация между мобилни абонати, работещи чрез различни лъчи. Това е много важно, тъй като позволява да се избегне „двойно прескачане“ (когато груповият поток се прекратява, превключва се на земните станции на интерфейса и се връща отново към космическия кораб). Комуникацията на мобилни абонати с абонати на обществени мрежи се осъществява в "прозрачен" режим на препредаване, т.е. цялата обработка на информация се извършва в земната станция. Всъщност има групово прехвърляне на честотния спектър от L- към C-честотния диапазон и обратно.
ВисокоЕнергийната ефективност на ретранслатора Thuraya (маржът в абонатната линия достига 10 dB) се осигурява чрез използването не само на "тесни" лъчи, но и на високоефективна система за захранване. Неговите слънчеви панели дават изходна мощност, равна на 13 kW.
Услуги и терминали
Личната комуникация в системата Thuraya е организирана по вече изпитана схема. В тези райони, където има зони на клетъчно покритие, комуникацията се осигурява от наземни мрежи, а извън тях - в сателитен режим. За разлика от нискоорбиталните системи Iridium и Globalstar, които са принудени да поддържат взаимодействие с голям брой различни видове стандарти, използвани в различни региони на света (GSM, AMPS, TDMA, CDMA, PDC), регионалната комуникация се осъществява в два режима - GSM / Thuraya.
Предполага се, че системата ще поддържа пълния набор от стандартни GSM услуги, включително предаване на глас, данни и факс при скорости от 2,4 до 9,6 kbps. Предвижда се също да се предоставят услуги за местоположение (през последните години това е една от най-интензивно развиващите се области на комуникация) с помощта на GPS приемници с точност най-малко 100 m.
Терминалът Thuraya е двурежимен и съвместим с GSM системи. Качеството на речта съответства на среден експертен резултат от 3,4 по скалата MOS (Mean Opinion Score). Всички режими на комуникация използват стандартни алгоритми за криптиране, използвани в GSM комуникацията.
Мобилният терминал всъщност се състои от преносим терминал и набор от допълнителни инструменти, които осигуряват работата му в движение. Максималната излъчена мощност на предавателя е 2 W, т.е. тя е сравнима с мощността на GSM мобилните терминали. Ще бъде създаден и полуфиксиран терминал („телефон“) на базата на преносим терминал и оборудван созначава да го инсталирате.
Български силуети
През последните години местните оператори все повече прибягват до услугите на чужди системи. При фиксираните сателитни комуникационни мрежи това се дължи на липсата на капацитет на домашните сателити. Що се отнася до личните сателитни комуникации, поради липсата на конкурентни вътрешни системи, все още нямаме друга възможност за предоставяне на такива услуги.
Необходими условия за „допускане” на чужди системи на вътрешния пазар са създаването на национални шлюзове на българска територия и осигуряването на взаимодействието им със съществуващи публични мрежи. В момента българските телекомуникационни оператори не бързат да вземат решение за използване на Thuraya, въпреки че по-голямата част от територията на страните от ОНД попада в основната зона на покритие на системата (виж фиг. 1).
По всяка вероятност ситуацията ще се изясни до края на 2000 г., когато ще бъдат оповестени окончателните тарифи и системата ще започне да предоставя реални услуги. Въпреки това цените на Thuraya едва ли ще бъдат по-ниски от $1/мин; по-ниски от тарифите на регионалната система AceS, работеща в Азиатско-тихоокеанския регион. И въпреки че капацитетът на един космически кораб в Thuraya е 1,25 пъти по-голям, отколкото в ACeS, общата цена на този проект е със 100 хиляди долара по-висока.
Едва ли трябва да се очакват радикални промени в България при използването на чужди регионални системи Thuraya и AсeS. Една от причините е, че те не отчитат напълно особеностите на телекомуникационната инфраструктура на България и няма да позволят да се обслужва едновременно цялата територия на страната ни - от Калининград до Камчатка (за целта са необходими поне два спътника, "западен" и "източен"). Освен това, и много важно, Българияпоставя определени изисквания към комуникационните системи: всяка от тях трябва да бъде напълно контролирана и управлявана от българска територия, за да предоставя услуги както на търговски, така и на държавни потребители.
По инициатива на НПО Кросна в България вече започна разработването на проект за регионална персонална комуникационна система Зеркало-КР, насочена както към частни, така и към обществени потребители. Системата ще използва геостационарен космически кораб с многолъчеви L-/S-band антени с диаметър около 12 м, формиращи 30-40 "тесни" лъча.
Очевидно в нашите икономически условия основните предимства на регионалната система, в сравнение с глобалната, са значително по-ниската сложност и цена на развитие. Факторът време също е важен: днес е възможно да се създаде регионална система с един геостационарен космически кораб за около три години (което потвърждава опита от изграждането на Thuraya). В същото време регионалните мобилни комуникационни системи са най-ефективни само при ниски и средни ширини, където геостационарен космически кораб се вижда от земни станции при относително големи ъгли на радиовидимост. В България тези ъгли са значително по-малки, отколкото например в Индонезия или Обединените арабски емирства и съответно мощностният резерв на комуникационната линия ще бъде по-малък. В допълнение, система с космически кораб в геостационарна орбита принципно няма да може да обслужва мобилни абонати, разположени в райони, които се намират над 70–750 северна ширина. На тези географски ширини най-ефективни са системите с космически кораби в ниски и средни орбити.
Леонид Невдяев ([email protected]) — водещ изследовател в НИИТП.
Как започна всичко
Арабите не си усложниха живота с разработването на обещаваща сателитна комуникационна система - това беше поверено на американската компания Hughes Space and Communications. Договорпредвижда създаването на два космически кораба, изстрелването на първия от тях, производството и инсталирането на наземни контроли и производството на 250 хиляди преносими терминали. Сумата на договора включва разходите за застраховка и цялата необходима работа, извършена на етапа на внедряване на системата.