Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Концепция построения многофункциональных систем спутниковой связи 13
1.1. Общие подходы к построению глобальных многофункциональных систем спутниковой связи 13
1.2. Возможные пути реализации глобальных многофункциональных систем спутниковой связи 16
1.3. Анализ достоинств и недостатков методов многостанционного доступа для построения МССС 19
1.4. Обоснование возможностей построения глобальной МССС с многостанционным доступом с кодовым разделением каналов 32
Выводы 43
Глава 2. Принципы построения МССС с МДКР 45
2.1. Выбор классов сигналов для построения МССС 45
2.2. Выбор типов сигналов в рамках выбранных классов... 53
2.3. Возможности технической реализации выбранных классов сигналов для построения глобальной МССС 64
Выводы 85
Глава 3. Анализ совремеїшого состояния и направлений развития схемотехнических решений построения земных и бортовых средств спутниковой связи 87
3.1. Основные направления повышения эффективности характеристик спутниковой связи 87
3.2. Анализ современного состояния и направлений развития схемотехнических решений отечественных средств спутниковой связи 98
3.3. Анализ требований к модернизированной станции "Кулон-ВМ" 106
3.4. Технические характеристики ССС "Кулон-ВМ" 108
3.5. Анализ направлений развития схемотехнических решений и элементной базы земных средств спутниковой связи 117
3.6. Анализ современного состояния и направлений развития схемотехнических решений и элементной базы бортовых
средств спутниковой связи 119
Выводы 127
Глава 4. Анализ возможностей применения перспективных унифицированных МПУ и СБИС для средств спутниковой связи 128
4.1. Результаты анализа основных областей применения перспективных унифицированных МПУ и СБИС для земных и бортовых средств спутниковой связи 128
4.2. Результаты анализа современного состояния в области разработки МПУ и СБИС для перспективных средств спутниковой связи. Состояние отечественной цифровой элементной базы (МПУ и СБИС) 130
4.3. Перспективы использования языков высокого уровня типа VHDL для проектирования: система - алгоритм - архитектура
- схемотехника - топология 134
4.4. Базовая технология поверхностного монтажа многокристальных модулей (МКМ) на многослойных -полиамидных платах с применением бескорпусных интегральных схем для систем спутниковой связи 136
4.5. Требования, к системам контроля и тестирования перспективной элементной базы для систем спутниковой связи 137
4.6. Состояние элементной базы для узкополосной и широкополосной систем спутниковой связи 138
4.7. Разработка отечественных МПУ и СБИС для систем и комплексов спутниковой связи 140
4.8. Обзор современного состояния и направлений развития МПУ и СБИС для средств и комплексов спутниковой связи за рубежом 146
4.9. Анализ возможностей применения зарубежных унифицированных СБИС для систем спутниковой связи 149
Выводы 153
Глава 5. Адаптивные антенные решетки спутниковой связи 155
5.1. Основные элементы АР 155
5.2. Построение адаптивных антенных систем БРТК КА систем спутниковой связи многофункционального назначения 159
Выводы 176
Глава 6. Многократное использование высокоэллиптической орбиты с пространственной развязкой между различными группировками космических аппаратов 178
6.1. Постановка задачи эффективного многократного использования кратно-синхронных высокоэллиптических орбит спутников связи с развязкой по пространству 178
6.2. Кратно-синхронная высокоэллиптическая орбита КА типа МОЛНИЯ и ее прикладные характеристики 181
6.3. Фазовый портрет и эволюция орбиты типа МОЛНИЯ 189
6.4. Реализация эффективного использования высоко эллиптической орбиты с использованием систем КА типа МОЛНИЯ : 207.
Выводы 221
Заключение '. -. 223
Список сокращений 229
Литература
- Возможные пути реализации глобальных многофункциональных систем спутниковой связи
- Возможности технической реализации выбранных классов сигналов для построения глобальной МССС
- Анализ современного состояния и направлений развития схемотехнических решений отечественных средств спутниковой связи
- Результаты анализа современного состояния в области разработки МПУ и СБИС для перспективных средств спутниковой связи. Состояние отечественной цифровой элементной базы (МПУ и СБИС)
Введение к работе
Формулировка проблемы и ее актуальность
Современное общество невозможно представить без развитой сети телекоммуникаций. Различные системы радиосвязи охватывают сегодня весь мир, соединяя между собой континенты и самые удаленные уголки планеты. Главную роль в таких системах играют спутниковые системы связи (ССС), с помощью которых удается решать задачи обеспечения глобальной связи. В мире существует большое количество различных международных, региональных и национальных ССС, построенных по разным принципам и использующих разные варианты расположения спутников на орбите. Существует также множество различных национальных систем, обеспечивающих страны возможностью осуществлять обмен информацией со всем миром. Несколько иная ситуация наблюдается в России. Огромные размеры территории, наличие большого количества труднодоступных и малоосвоенных регионов, слабая инфраструктура и недостаточные экономические возможности страны пока не позволили создать единую национальную ССС, которая давала бы возможность из любой точки России вести обмен информацией со всем миром. Поэтому сегодня стоит актуальная задача разработки и создания такой национальной системы спутниковой связи, которая решала бы проблему обеспечения глобальности связи при различных затратах на ее разработку. Кроме того, такая глобальная ССС должна быть многофункциональной в том смысле, чтобы обеспечивать потребности телекоммуникационных связей различных ведомств, как гражданских, так и специального назначения. При этом необходимо учитывать, что требования, которые предъявляется к ССС различного назначения, могут существенно отличаться друг от друга и нужно стараться обеспечить выполнение этих требований в одной ССС без излишнего усложнения построения системы.
При решении проблемы построения глобальной многофункциональной системы спутниковой связи возникает вопрос о выборе целесообразных орбит используемых спутников, о выборе необходимого количества одновременно находящихся на орбите спутников, обеспечения требуемой пропускной способности, т.е. обеспечения требуемого количества одновременно работающих абонентов. Все эти вопросы должны решаться с учетом экономических возможностей, т.е. при возможно минимальных затратах при одновременном выполнении требуемых тактико-технических характеристик. Перечисленные выше вопросы и многие другие формулируют актуальную научную проблему, имеющую большое народнохозяйственное значение, а именно: разработка методов проектирования многофункциональных глобальных систем спутниковой связи.
Целью работы является создание глобальных многофункциональных ССС на основе предложенных и исследованных методов проектирования таких систем.
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
- сформулировать концепцию построения многофункциональных систем спутниковой связи с многостанционным доступом;
- определить основные направления развития схемотехнических решений построения земных и бортовых средств спутниковой связи;
- проанализировать возможности применения современных микропроцессорных устройств и сверхбольших интегральных схем в средствах спутниковой связи;
- исследовать возможности построения адаптивных антенных решеток спутниковой связи;
- проанализировать возможности многократного использования высокоэллиптических орбит с пространственной развязкой между различными группировками космических аппаратов.
Методы исследований
Исследования выполнены с использованием методов теории вероятностей, математической статистики, теории систем, теории радиосвязи, а также с использованием методов статистического моделирования.. .
Основные положения, выносимые на защиту
1. Основные подходы к построению многофункциональных глобальных систем спутниковой связи.
2. Методы анализа выбора типа многостанционного доступа. 3. Выбор класса сигналов для построения многофункциональных систем спутниковой связи.
4. Анализ возможности технической реализации глобальных систем спутниковой связи.
5. Основные направления повышения эффективности характеристик средств спутниковой связи.
6. Выбор унифицированных МПУ и СБИС для земных и бортовых средств спутниковой связи.
7. Принципы построения адаптивных антенных решеток для средств спутниковой связи.
8. Методология повторного и одновременного использования высокоэллиптических орбит.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
1. Доказана целесообразность использования для построения многофункциональных систем спутниковой связи с подвижными абонентами систем многостанционного доступа с кодовым разделением каналов.
2. Обосновано построение многофункциональной глобальной системы спутниковой связи на основе сочетания двух подходов, т.е. присоединение фиксированных и подвижных сетей станций спутниковой связи к действующим автоматическим междугородным телефонным станциям и с одновременным присоединением наземных сетей связи к сетям спутниковой связи с глобальной зоной обслуживания.
3. Показано, что при наличии помех применение фазоманипулированных сигналов с М 4 нецелесообразно, так как влияния помех нарастает по мере роста М.
4. Сформулированы основные направления развития аппаратуры и комплексов ССС для повышения эффективности характеристик средств спутниковой связи.
5. Сформулированы критерии оптимального управления адаптивными антеннами и выполнено моделирование работы адаптивных антенн.
6. Проанализированы фазовые портреты высокоэллиптических космических аппаратов. Практическая ценность работы состоит в том. что се результаты позволяют:
1. Обоснованно выбирать элементную базу для аппаратуры ССС, которая позволяет увеличить пропускную способность в Кб раза, излучаемую мощность - в 1,5 раза, уменьшить массу - в 1,6 раза.
2. Выбирать режимы работы станций в сети связи в зависимости от имеющихся исходных данных.
3. Совершенствовать эксплуатацию средств спутниковой связи путем перехода на элементную базу более высокого уровня за счет совершенствования подсистем резервирования, контроля, восстановления и диагностики.
4. Проводить выбор программного продукта для САПР СБИС и выбор контрольно-измерительного оборудования для систем контроля и тестирования.
5. Выполнять моделирование- адаптивных антенных решеток для различных исходных данных.
6. Определять необходимую степень коррекции аргумента перигея для повышения пропускной способности ССС при высокоэллиптических орбитах космических аппаратов.
7. Находить компромисс между результирующими зонами обслуживания и трудоемкостью технологического цикла удержания космического аппарата на соответствующих точках стояния.
Реализация работы
Проведенные в диссертационной работе исследования отражены в научно-исследовательских работах, выполненных: в ГУП НПЦ «Вигстар», ЗАО «Лазурит», ГУП НИИМА «Прогресс», ГУП МНИРТИ, ОАО Газком, 16 ЦНИИ МО, ГУЛ РНИИКП, ОАО ЯРЗ, ГУЛ НПО «Алмаз», ГУП НПОПМ, ГУП НПП «Радиосвязь», ЗАО «Интер-Вок» по техническим заданиям по темам: «Кулон-2», «Кулон-2С», «Кулон-ВМ», «Меридиан», «Глобус», «Цитрон», «Цитадель-М», «Бастион», «Кадмий 1-3», «Барьер», «Белозер», «Ливень», «Ливень-Л», «Ливенъ-ВМ», «Легенда-2», «Галс», «Нептун-Р», «Корунд-М» в период с 1973 по 2000 гг., во внедрении в следующих организациях: ТУП НПЦ «Вигстар», ЗАО «Лазурит», ГУЛ НИИМА «Прогресс», ГУЛ МНИРТИ, ОАО Газком, 16 ЦНИИ МО, ГУЛ РНИИКП, ОАО ЯРЗ, ГУП НПО «Алмаз». ГУП НПОПМ, ГУП НПП «Радиосвязь». ЗАО «Интер-Вок», о чем имеются соответствующие акты о внедрении результатов диссертации на вышеуказанных предприятиях по вышеупомянутой тематике.
Основные результаты работы внедрены в период с 1973 по 2000 гг. в целевых программах Министерства Обороны страны в области создания систем космической связи ЕССС-1, ЕССС-2, ИССС, «Корунд - М» и «Нептун-Р», в программах оборонного комплекса (МПСС СССР и Министерства Экономики РФ).
Указанные программы были организованы на основании документов руководящих органов страны:
- в соответствии с несколькими постановлениями ЦК КПСС и СМ СССР 1980 г. были приняты на вооружения программы: ЕССС-1 (1-й этап) и пути ее развития и совершенствования ЕССС-2 (2-й этап);
- на основании постановлений ЦК КПСС и СМ СССР от 29.12.79 №1165-357 («О единой системе спутниковой связи ЕССС-1»: 1. о приеме в эксплуатацию в ВС СССР единой системы спутниковой связи; 2. о проведении в 1980-1986 гг. работ по дальнейшему развитию и совершенствованию ЕССС);
- на основании приказа Министра Обороны СССР (на основании вышеперечисленных постановлений ЦК КПСС и СМ СССР) №0014 от 1980г. о приеме на вооружение ЕССС-1, ЕССС-2;
- целевая программа создания «интегрированной системы спутниковой связи и ретрансляции в интересах национальной безопасности РФ» (шифр ИССС) от 8 апреля 1999г., подписанная Первым заместителем Министра Экономики РФ;
- целевая программа создания ИССС разработана в соответствии с решением военно-технического совета МО РФ 1998г. («О состоянии ОСУ ВС РФ и мерах по ее совершенствованию»), решением НТС Управления начальника вооружения ВС РФ по военным системам спутниковой связи, перспективам их развития и совершенствования от 14.06.1996г.; основана на утвержденной «Концепции развития системы управления ВС РФ до 2005г.» и Плане развития системы управления до 2001г. (основание для разработки этой программы: Федеральный Закон «О Государственном оборонном заказе» от 27.12.95г. №213-3; Указ Президента РФ от 03.03.99г. №294). Достоверность результатов основана на корректном применении математических методов, теории систем, теории вероятности, теории радиосвязи, теории статистических решений, а также на корректном использовании методов статистического моделирования на ЭВМ и на многочисленных экспериментальных результатах, полученных в ходе заводских приемо-сдаточных и Государственных испытаний в период с 1973 по 2000 гг.: земных станций «Барьер», «Белозер», «Ливень», «Легенда-2», «Центавр» и космических комплексов «Молния-3», «Грань», «Глобус-1», «Молния-IT».
Апробация работы
Основные результаты были доложены на многочисленных международных, всесоюзных и всероссийских научно-технических конференциях в период с 1973 по 2000 гг.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 58 печатных работ, в том числе 2 авторских свидетельства.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и 7-ми приложений. Диссертация содержит 182 страницы текста, 50 рисунков и список литературы, включающий 157 наименований.
Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и задачи диссертации, изложены новые научные результаты и практическая ценность, дана структура диссертации и кратко раскрыто ее содержание по разделам, указана форма апробации и внедрения результатов работы.
В первой главе излагается концепция построения многофункциональных систем спутниковой связи, т.е. формулируются общие подходы к построению глобальных многофункциональных систем спутниковой связи и определяются возможные пути реализации глобальных многофункциональных систем спутниковой связи. Подробно анализируются достоинства и недостатки методов многостанционного доступа для построения многофункциональных систем спутниковой связи. В рамках этого анализа обосновывается возможность построения глобальной многофункциональной системы спутниковой связи с соответствующим выбором метода многостанционного доступа.
Во второй главе рассматриваются основные принципы построения многофункциональных систем спутниковой связи с многостанционным доступом на основе кодового разделения каналов. Производится выбор классов и типов сигналов, предназначенных для использования в многофункциональных системах спутниковой связи, а далее исследуются возможности технической реализации выбранных классов и типов сигналов в многофункциональных системах спутниковой связи.
Третья глава посвящена анализу современного состояния и направлений развития схемотехнических решений построения земных-и бортовых средств спутниковой связи. Анализируются основные направления повышения эффективности характеристик средств спутниковой связи. При этом рассматриваются направления совершенствования средств спутниковой связи путем выбора соответствующих элементной базы и схемотехнических решений, унификации комплектующих элементов и схемотехнических решений совершенствования методов программирования используемых микропроцессорных устройств, повышение эффективности составляющих структур и конструкций, повышений эффективности организации и технологии производства элементов и аппаратуры.
В четвертой главе анализируются возможности применения перспективных унифицированных МПУ и СБИС для средств спутниковой связи. Отдельно рассматривается применение унифицированных СБИС и МПУ для аппаратуры земных станций и для бортовых средств связи с учетом их особенностей. Здесь же формулируются основные требования для систем контроля и тестирования перспективной элементной базы для МСС.
Пятая глава описывает результаты исследований по построению и использованию адаптивных антенных решеток в спутниковой связи. Проводится выбор критерия управления адаптивной антенной, т.е. формулируется ее. целевая функция. Для оценки качества функционирования адаптивной антенны дается описание выполненного имитационного моделирования, причем подробно описываются все значащие факторы, которые должны быть включены в имитационную модель. При этом в имитационную модель закладывались математические описания ряда факторов, специфических именно для спутниковых систем связи. Отдельно рассмотрены вопросы возможной расфазировки парциальных каналов, ее влияния на качество связи и методы устранения этого явления.
В шестой главе исследуются вопросы многократного использования высокоэллиптической орбиты с пространственной развязкой между различными группировками космических аппаратов. Излагается постановка задачи эффективного многократного использования кратно-синхронных высокоэллиптических орбит спутниковой связи с развязкой по пространству. Рассматриваются пути решения этой задачи на основе анализа фазовых портретов и эволюции орбит космических аппаратов. Приводятся методы расчетов фазовых портретов орбит космических аппаратов, причем фазовых портретов как идеализированных, так и реальных. Даются примеры практического использования пространственно пропускной способности высокоэллиптических орбит космических аппаратов.
В Заключении подводятся общие итоги работы и формулируются полученные результаты.
Возможные пути реализации глобальных многофункциональных систем спутниковой связи
Начало рассмотрения вопроса реализации МССС связано с выбором собственно системы спутниковой связи. Это определяется следующими соображениями.
В настоящее время в мире большинство ССС построено на базе искусственных спутников Земли, расположенных либо на геостационарных, либо на высокоэллиптических орбитах и используются либо для организации магистральных каналов между земными станциями (ЗС) с диаметрами антенн, достигающих 6 -ь 12м, либо для организации сетей VSAT с абонентскими станциями с диаметрами антенн до 1 - 2м. Однако такие системы не могут быть использованы для организации связи мобильных абонентов МССС непосредственно через искусственные спутники Земли. Кроме того, при использовании спутниковых каналов связи в таких системах резко возрастает вносимое в каналы связи время задержки (300-ь400мс), что существенно ограничивает возможности построения эффективных протоколов связи. Решить задачу может использование систем спутниковой связи на базе соответствующих группировок искусственных спутников Земли на низких круговых орбитах, которые позволят организовать связь мобильных объектов непосредственно через ретранслятор ИСЗ без внесения недопустимо заметных задержек [144, 145, 148, 151].
Из отечественных ССС на низких круговых орбитах наиболее проработанной в настоящее время является система «Сигнал» [157], а из зарубежных наиболее приемлемой - система «Глобалстар» [39, 123, 126, 132]. Однако, система «Сигнал» является перспективной системой и вопросы ее реализации в полном объеме еще не решены. Поэтому на первом этапе целесообразно ориентироваться на систему «Глобалстар».
Наиболее важным преимуществом системы «Глобалстар» относительно других систем (например, «Иридиум» [126,145]) является то, что пропускная способность ИСЗ над территорией России практически арендуется в системе «Глобалстар» и, замыкаясь на соответствующие узловые станции (шлюзы), находящиеся на территории России, позволяет обеспечивать централизованное в рамках взаимоувязанной сети связи (ВСС) Российской Федерации управление ресурсами пропускной способности системы «Глобалстар» над территорией Российской Федерации. Управление ИСЗ от системы «Глобалстар». сводится, по существу, только к поддержанию работоспособности собственно группировки ИСЗ. Использование ИСЗ системы «Глобалстар» позволяет реализовать весь исходящий международный трафик Российской Федерации через национальных операторов, используя международные АМТС на территории Российской Федерации, что является обязательным требованием Министерства связи Российской Федерации.
В ССС очень важным вопросом является решение задачи многостанционного доступа. Все известные варианты многостанционного доступа (МД) могут быть отнесены к различным модификациям трех основных типом МД: системы многостанционного доступа с частотным разделением каналов (МДЧР) и их модификации; системы многостанционного доступа с временным разделением каналов (МДВР) и их модификации; системы многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) и их модификации. Последние системы еще называются: с разделением сигналов по форме.
За многие годы были опубликованы, без преувеличения, тысячи работ, посвященные сравнительным характеристикам этих систем с целью выбора наилучшей. Естественно, как это обычно бывает на практике, лучшей системы не существует, каждая из них используется для каждого конкретного случая в зависимости от целевого назначения и с учетом многих других факторов.
В нашем случае должны учитываться, как требования пользователей гражданского назначения, так и требования пользователей других возможных ведомств, что обусловлено поставленной задачей создания многофункциональной ССС. Прежде чем перейти к анализу выбора необходимой системы многостанционного доступа сформулируем последовательно требования, которые в нашем случае предъявляются к МССС как со стороны гражданских пользователей, так и со стороны пользователей других ведомств [39, 151]. Для гражданских пользователей основными требованиями является обеспечение: дуплексной телефонной (речевой) связи; документальной (телексной и факсимильной) связи; межмашинного обмена данными и электронной почты; доступа к банкам (базам) данных справочно-информационных центров; радиоопределения места нахождения мобильных абонентских станций (АС); обмена короткими сообщениями с отображением их на дисплее АС и, в случае необходимости, передачу коротких сообщений о месте нахождения АС «третьему лицу» (например, диспетчерам транспортных предприятий); доставки (передачи) циркулярных сообщений абонентам, находящимся в различных регионах мира; автоматизированного сбора данных (мониторинг) о состоянии различных объектов; предоставления услуг специальным абонентам; роуминга. Кроме перечисленных требований, которые предъявляются гражданскими пользователями, со стороны пользователей других ведомств могут быть предъявлены следующие дополнительные требования в части: оперативности предоставления каналов связи; надежности каналов связи; достоверности и конфиденциальности; помехоустойчивости и помехозащищенности.
Возможности технической реализации выбранных классов сигналов для построения глобальной МССС
Выше было показано, что для рассматриваемой ССС многофункционального назначения целесообразно использовать модуляцию сигналов с помощью ФМн-4, информационные последовательности в виде М-последовательностей, сигналы на основе использования функций Уолша для адресации каналов и применять сверточное кодирование с декодированием по Витерби. Исходя из этих теоретических положений, рассмотрим возможности технической реализации всех предложенных методов генерирования и приема соответствующих сигналов применительно к рассматриваемой ССС.
Но прежде, чем описывать технические возможности получения соответствующих сигналов в ССС, покажем, каким образом осуществляется прохождение тех или иных сигналов по основным сетям глобальной МССС. Собственно МССС, как один из вариантов, показана на рис. 2.3. Из рис. 2.3 видно, что МССС включает в свой состав: - космические сегменты низкоорбитальных систем спутниковой связи (НССС); - наземные сегменты НССС и PC; - центр управления системой связи (ЦУСС); - распределенную сеть центров коммутации (ЦК), зональных ЦК (ЗЦК), Центральный ЦК (ЦЦК); - комплекс специализированного оборудования МДКР; - комплекс коммутационного оборудования и базовых станций наземных радиальных, радиально-зоновых и сотовых сетей связи; - комплекс абонентских станций наземных и спутниковых сетей связи. Космический сегмент НССС может включать в себя две группировки ИСЗ на низких круговых орбитах (НКО) по 48 ИСЗ, например, в каждой группировке. Наземный сегмент НССС включает: - центры управления группировками НСЗ; - центры управления сетями спутниковой связи; - "Шлюзы" (комплексы коммутационного оборудования, станции сопряжения и базовых станций) сетей спутниковой связи.
Распределенная сеть центров коммутации (ЦК, ЗЦК, ЦЦК) системы представляет собой сеть ЦК наземных, радиально-зоновых и сотовых сетей радиосвязи, ЗЦК и ЦЦК, обеспечивающих взаимодействие наземных и спутниковых сетей связи между собой и с ТФ ОП. Комплекс специализированного оборудования МДКР представляет собой оборудование, устанавливаемое на станциях сопряжения. Комплекс коммутационного оборудования и БС наземных радиальных, радиально-зоновых и сотовых сетей связи включает: - совокупность БС радиальных, радиально-зоновых и сотовых сетей радиосвязи; - совокупность центров коммутации подвижной связи (ЦКП) радиальных, радиально-зоновых и сотовых сетей радиосвязи.
Комплекс абонентских станций наземных и спутниковой сетей связи включает: - совокупность стационарных, носимых, автомобильных, железнодорожных, корабельных и самолетных абонентских станций.
Напомним, что многофункциональность ССС подразумевает, наряду с обеспечением радиодоступа мобильных абонентов во вторичные коммутируемые специальные сети конфиденциальной и открытой связи, обеспечение доступа в сети общего пользования для предоставления им возможности ведения телефонных переговоров и обмена документальной информацией. Доступ к абонентам системы должен сопровождаться идентификацией и аутентификацией оборудования, что обеспечивает надежную адресность входящей связи.
Для обеспечения многофункциональности возможно также решение задач определения местоположения подвижных абонентов (навигация), персонального вызова с передачей оповещения (звуковой и визуальный сигналы), передачи кратких сообщений (пейджинговая связь).
Для достижения указанной многофункциональности разрабатываемая система может состоять из следующих взаимосвязанных функциональных подсистем (рис. 2.4): - подсистема коммутации; - подсистема базовых станций; - подсистема абонентских станций.
Отметим, что такое разбиение сети на функциональные группы принято в Федеральной цифровой сети подвижной связи GSM и в других сотовых Федеральных и региональных сетях и соответствует Рекомендациям МККТТ на системы подвижной сотовой связи.
Соответственно, подсистема коммутации должна состоять из центров коммутации подвижной связи (ЦКП), регистров местонахождения и идентификации оборудования, центров аутентификации и центров технической эксплуатации.
Анализ современного состояния и направлений развития схемотехнических решений отечественных средств спутниковой связи
Анализ современного состояния и направлений развития схемотехнических решений и элементной базы земных средств спутниковой связи проводился применительно к станциям и комплексам, которые в настоящее время находятся в эксплуатации или в разработках [70-95].
Земная станция спутниковой связи «Кулон-В» (назначение, характеристики, эксплуатация)
Станция спутниковой связи «Кулон-В» была разработана и сдана в эксплуатацию на объекты первой очереди ЕССС в период с 1985 по 1990г.г. Эта станция «Кулон-В» входит в состав бортового комплекса средств радиосвязи (БКСР) и обеспечивает организацию каналов спутниковой связи ЕССС. . В настоящее время шесть комплексов изделия «Кулон-В» установлены на самолетах типа ИЛ-76, ИЛ-86. При этом следует отметить, что эксплуатационный ресурс самолетов еще не исчерпан. Поэтому модернизация станции спугниковой связи позволит значительно увеличить предельные сроки эксплуатации воздушных пунктов управления, тем более, что разработка второй очереди системы ЕССС с двухдиапазонной станцией спутниковой связи, работающей в узловом режиме и размещаемой на новых самолетах ИЛ-96 и АН-174, из-за ограниченного финансирования по срокам сдвигается на 2003 год.
При проведении модернизации основные тактико-технические параметры станции «Кулон-В» остаются без изменений или улучшаются, а надежностные, массо-габаритные характеристики и удобство в эксплуатации за счет автоматизации управления достигают современного уровня.
Основные тактико-технические характеристики станции спутниковой связи «Кулон-В»
Станция спутниковой связи «Кулон-В» работает одновременно через один или два ствола бортового ретрансляционного комплекса (БРТК) одного из КА ЕССС и соответствует следующим тактико-техническим требованиям:
1. Обеспечивает связь в полете и на стоянке без ручного поиска и подстройки на любой частоте, кратной ЮкГц, в диапазонах частот: на передачу - (5,725 -н 6,225)ГГц; на прием - (3,4 4- 3,9)ГГц.
2. При работе в сетях ЕССС-2 станция обеспечивает при обработке сигналов в БРТК дуплексную связь в оконечном режиме (групповая скорость передачи информации до 12кбит/с) по восьми направлениям по абонентским телефонным каналам с пропускной способностью 1,2кбит/с или 2,4; 4,8; 9,6кбит/с и приеме общей групповой последовательности на одной несущей частоте со скоростью 600кбит/с в режиме фазоманнпулированного широкополосного сигнала (ФМ ШПС).
3. При отсутствии обработки сигнала на борту станция обеспечивает одновременную дуплексную связь по двум . направлениям с информационными скоростями 1,2кбит/с, 2,4кбит/с, 4,8кбит/с либо со скоростью 9,6кбит/с по одному направлению при передаче общей групповой последовательности . на одной несущей частоте со скоростью 12кбит/с и . приеме на одной-двух несущих частотах в пределах одного ствола информационных сигналов со скоростью до 60кбит/с.
4. Станция обеспечивает прием сигналов со скоростями 1,5; 3,0; 6,0; 12; 30; 120; 180; 360; 600кбит/с, манипулироваштых следующими методами: фазовая манипуляция с кодированием сверточным кодом со . значениями фазы от 0 и тг при электрических скоростях 60 -г 1200кбит/с; относительная фазовая манипуляция со значениями фазы от 0 и я при групповых скоростях до 600кбит/с; ФМ ШПС с тактовыми частотами выше 2 МГц.
5. Станция обеспечивает передачу сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) с диапазоном перестройки до 400МГц.
6. Станция «Кулон-В» обеспечивает: передачу специальных сигналов (СС) и сигналов канала управления (КУ) вместо передачи информационного сигнала с обеспечением одновременного приема СС и сигналов КУ; прием СС и сигналов КУ, передаваемых на отдельной несущей параллельно с обменом информацией по каналу связи на другой несущей.
Результаты анализа современного состояния в области разработки МПУ и СБИС для перспективных средств спутниковой связи. Состояние отечественной цифровой элементной базы (МПУ и СБИС)
В настоящее время в России практически приостановилось развитие отечественной микроэлектронной промышленности и ведущие предприятия бывшего МЭП СССР с трудом сохраняют технологический потенциал.
Говоря о направлении разработки СБИС, можно констатировать: - направление ПЛИС практически отсутствует. Промышленного производства нет; - направление заказных БИС (типа Gate Array или Базовые матричные кристаллы с канальной архитектурой) существует, и ведущие предприятия бывшего МЭП предлагают разработчику следующий набор БМК (см. таблицу 4.2.); - резко сокращены государственные программы по разработке аналогов зарубежной элементной базы и микроэлектронных технологий в связи с большим потоком западных изделий элементной базы и аппаратуры.
Разработка новых отечественных БМК
Эта работа ведется на всех ведущих предприятиях микроэлектронной промышленности. Ведутся работы по подготовке библиотек, архитектуры и конструкции кристаллов, разработке и закупке программных и технических средств проектирования.
На всех отечественных предприятиях ведется работа по развитию собственного программного и математического обеспечения для проектирования СБИС.
Однако правительственные программы развития микроэлектроники пока не срабатывают в связи с отсутствием финансирования в электронную промышленность. Субмикронные технологии - современные системы проектирования МПУ и специализированных СБИС
Современная аппаратура требует элементной базы - СБИС, спроектированных и изготовленных по субмикронным технологиям (0,8мкм и ниже).
Новые проблемы можно условно разбить на три тесно связанных класса: проблемы проектирования, проблемы изготовления, проблемы верификации.
В настоящий момент в мире существуют три общепризнанных системы автоматического проектирования сверхбольших интегральных схем, обеспечивающих полный цикл проектирования (в том числе и для субмикронных технологий) - от описания системы (схемы) на уровне архитектуры и алгоритмов до подготовки топологии фотошаблонов. К этим САПР относятся программные продукты фирм CADENCE Design System, Mentor Graphic, COMPASS Design Automation.
Перечисленные системы проектирования аналогичны по построению и по решаемым задачам. Разница только в пользовательских интерфейсах и представлении данных. Поэтому будем рассматривать эти системы на примере одной из них - а именно программный продукт COMPASS Tools фирмы COMPASS Design Automation.
Прежде всего программный продукт COMPASS Tools поставляется с уже введенными в него технологиями, библиотеками и базовыми матричными кристаллами основных западных изготовителей СБИС. Диапазон поддерживаемых технологий - от 1.2 до 0.35 мкм. Сам программный продукт COMPASS Tools подразделяется на четыре основные части. Ввод электрической схемы (Design Entry)
Программы раздела предназначены для создания принципиальной схемы проектируемой СБИС. Сюда входят трансляторы с языков VHDL и Verilog, автоматические компиляторы RAM, ROM, умножителей, специальные программные средства создания структур для обработки потоков сигналов (Datapath компиляторы) и ряд других встроенных программ синтеза. Имеется набор программ для проектирования схем со встроенным самотестированием, Несмотря на то, что все перечисленные выше средства предназначены для автоматической генерации принципиальной схемы. Design Entry включает в себя и традиционный графический редактор для рисования принципиальных схем.
Верификация проекта (Design Verification)
После создания принципиальной схемы производится ее комплексная проверка и моделирование ее работы. Здесь имеется большой набор традиционных программ (проверка правильности ввода принципиальной схемы, временное моделирование, моделирование неисправностей и т.п.). но есть и очень серьезные и полезные нововведения.
Эти особенности заключаются в том, что моделирование проводится на базе заранее определенной технологии. При моделировании учитываются особенности технологии, прогнозируется длина межсоединений и их взаиморасположение (RC - характеристики). Все это делает моделирование очень эффективным.
