Mobilní družicový systém Iridium

Z dostupných mobilních družicových systémů byl až doposud využíván komerčně pouze geostacionární družicový sys...


Z dostupných mobilních družicových systémů byl až doposud využíván komerčně
pouze geostacionární družicový systém Inmarsat, jehož koncové terminály však
neposkytují běžným účastníkům stejné služby jako pozemní celulární systémy
(GSM, AMPS a jiné). Situace se však mění.
V součastné době se očekává zpřístupnění družicových komerčních celulárních
systémů, které budou využívat družice na nízkých oběžných drahách (LEO Low
Earth Orbit), umožňující ve srovnání s geostacionárními družicovými systémy
miniaturizaci terminálů (mobilních telefonů) a služby srovnatelné s pozemními
systémy. O možnostech a některých provozních poznatcích nedávno spuštěného
systému Iridium pojednává tento článek.
Charakteristika systému Iridium
Systém Iridium je družicový komunikační systém sestávající z 66 družic, které
zabezpečují celosvětové pokrytí signálem pro potřeby radiotelefonních spojení
účastníků. Nabízí hlasové služby, služby datové a faxové, paging i určení
pozice účastníka. Systém byl uveden do zkušebního provozu 23. 9. 1998 a do
plného operačního použití 1. 11. 1998. Pro spojení jsou používána následující
kmitočtová pásma:
1616,5-1626,5 MHz (pásmo L ) pro spojení koncových účastnických terminálů přes
družice
22,55-23,55 GHz pro mezidružicové spojení
27,5-30 GHz (pásmo Ka) a 18,8-20,2 GHz (pásmo Ka) pro řízení a spojení družic s
pozemní řídicí stanicí a retranslačními komutačními středisky
Kosmický podsystém
Kosmický podsystém je tvořen 66 družicemi v operačním použití a 6 družicemi
záložními. Družice s životností 5 let jsou umístěny na nízkých kruhových
oběžných drahách (LEO) ve výškách 780 km od zemského povrchu. Celkem je využito
6 oběžných drah, každá s inklinací 86,4# (sklon roviny oběžné dráhy družice k
rovině rovníku země). K dalším základním údajům patří:
perioda oběhu družice kolem země (100 minut)
doba viditelnosti družice (5,5-11 minut)
doba zpoždění signálu jedním směrem(2,6-8,22 ms)
výstupní výkon družicového vysílače (1 400 W)
počet ozářených zón (oblastí) na zemi jednou družicí (48)
průměr ozářené zóny (600 km minim)
hmotnost (700 kg)
Řídicí a propojovací podsystém
Řídicí podsystém je tvořen
pozemním řídicím střediskem a monitorovacími stanovišti. Řídicí středisko v USA
zabezpečuje řízení družic na základě jejich monitorování monitorovacími
stanovišti umístěnými na území USA, Kanady, Havaje a Islandu.
Propojovací podsystém je tvořen retranslačními komutačními středisky, tzv.
gatewaye. Retranslační komutační střediska, kterých má být 15-20 rozmístěných
po celém světě, zabezpečují přístup družicových terminálů do pozemních systémů
mobilního radiotelefonního spojení (GSM Evropa, AMPS USA) a veřejných
telekomunikačních sítí.
Komunikace mezi družicemi a řídicím a propojovacím podsystémem probíhá v pásmu
27,5-30 GHz tzv. vzestupná trasa a 18,8-20,2 GHz sestupná trasa.
Družicové terminály
Družicové terminály systému Iridium jsou určeny zejména pro přenos hovorového
signálu, který je digitalizován pomocí vokodéru, přenášejícího pouze některé
charakteristiky hovorového signálu; k hlavním kritériím patří rozpoznatelnost
mluvčího (protějšího účastníka). V systému Iridium byl použit vokodér s
lineární předpovědí (LPC) typu AMBE (Advanced Multi-Band Excitacion). Tento
vokodér umožňuje přenos řeči rychlostí v rozmezí 2,0-9,6 Kb/s; v námi
popisovaném systému jsou použity rychlosti 2,4 nebo 4,8 Kb/s.
Jako modulační metoda je použito čtyřstavové fázové klíčování (QPSK), nosné v
pásmu 1,616 -1,6265 GHz, duplexní spojení využívá časové dělení, tzv. TDD (Time
Division Duplex). Družicový terminál tedy pracuje na jednom kmitočtu, stejném
jak pro příjem, tak pro vysílání, avšak v různých časových intervalech
(okamžicích).
Chybovost přenosu udávaná výrobcem pro rychlost 2,4 Kb/s je 210-2 (tj. 2 %; při
dobrých podmínkách, při volném prostoru (výhledu) a odstupu signál/šum 15 dB).
Terminály mohou pracovat v několika provozních režimech, nejčastěji používané
však budou dva: tzv. Dual mode, čímž se rozumí provoz v družicovém systému
Iridium, nebo v pozemním radiotelefonním mobilním systému GSM (v Evropě).
Terminály jsou podle předpokládaného využití konstruovány tak, že umožňují
připojení modulu systému GSM k družicovému terminálu (Motorola), nebo naopak,
tj. připojení družicového modulu k radiotelefonnímu terminálu (Kyocera).
Další technické údaje terminálu Motorola 9500, který jsme testovali, jsou:
provozní režimy: 2 (Dual mode): Iridium a GSM
hmotnost: 454 g
rozměry: 193(V) x 62 (H) x x 68 (Š) mm
výkon: 0,57 W.
Praktické zkušenosti
K praktickému testování jsme měli k dispozici družicový terminál od firmy
Motorola typ 9500. Jednalo se o duální terminál s možností provozu komunikace
přes družicový systém Iridium nebo s možností komunikace prostřednictvím
mobilních systému GSM provozovaného operátorem EuroTel.
Podmínky použití terminálu
Terminál Iridium lze použít za předpokladu přímé viditelnosti na družici. Na
volném prostranství musíme brát v úvahu možnosti stínění budovami nebo hustou
vegetací. Tato skutečnost má tak vliv na dobu spojení.
Uvnitř budov je komunikace možná v blízkosti nezakrytých stěn (v blízkosti
oken, vstupu na balkony a terasy). Takový typ provozu byl v praxi otestován, z
důvodu častých výpadků jej však nedoporučujeme běžně používat.
Terminálu Iridium lze použít v mobilních prostředcích (automobilech, letadlech).
Terminál v provedení do ruky lze běžně používat v automobilu s obdobnými
problémy jako v budovách. Pokud by byla anténa umístěna vně vozidel, je provoz
bezproblémový (musíme dbát na dodržení přímé viditelnost mezi terminálem a
družicí). Uplatnění Dopplerova jevu vlivem pohybu vozidla je zanedbatelné.
Uvedení do provozu
Uvedení terminálu Iridium do provozu je možné dvojím způsobem:
Vložením SIM karty od provozovatele Iridium účastník této sítě je volán
předčíslím 8816.
Vložením SIM karty provozovatele mobilní sítě GSM. Daná SIM karta musí mít
povolen roaming (provozovatelem). V ČR je roaming zabezpečen jak EuroTelem, tak
RadioMobilem.
V našem případě jsme použili druhou variantu. Po vložení SIM karty se terminál
uvede do činnosti standardním způsobem jako běžný mobilní telefon GSM. Doba
procesu registrace a autentizace je podstatně delší a pohybuje se kolem 10 až
45 sekund (časové zpoždění způsobené velkou vzdáleností komunikačního řetězce).
Náš test
V průběhu testování byly provedeny pouze subjektivní zkoušky, neboť vzhledem k
výše uvedeným podmínkám použití terminálu bylo obtížné navázat spojení uvnitř
budovy, kde by bylo možno ověřit některé technické údaje v laboratorních
podmínkách. Uvedená měření však současně předpokládají, že budou přístupné
odpovídající měrné body terminálu. To v současné etapě zkoušek zatím není
možné. Objektivnější posouzení parametrů by bylo možné s využitím tzv.
servisních kódů (obdoba celulárních pozemních radiotelefonních systémů), které
zatím nebyly dány k dispozici, a to i přes telefonickou urgenci na pražskou
pobočku firmy Motorola.
V praktických testech jsme se proto zaměřili:
na subjektivní kvalitu řeči
na dobu navázaní spojení a dobu provozu bez přerušení
na vzájemnou dostupnost mezi terminálem Iridium a libovolným telekomunikačním
zařízením se zaměřením na hlasové služby
na možnost automatického přechodu z preferované sítě GSM na síť Iridium
na přenos krátkých zpráv typu SMS.
Kvalita řeči
Při posuzování kvality hlasové komunikace jsme se zaměřili na srozumitelnost
řeči a na
rozpoznání protějšího účastníka (identifikace dané osoby podle hlasového
projevu).
Srozumitelnost řeči při komunikaci v otevřeném prostoru je dobrá, bez
přítomnosti zkreslení a šumu, avšak rozpoznatelnost účastníka je menší než u
systému GSM. Problémy nastávají v lokalitách s hustější zástavbou (města), kdy
dochází ke krátkodobým výpadkům během spojení. V závislosti na četnosti poruch
dochází ke snížení srozumitelnosti a k těžší identifikaci protějšího účastníka.
Tyto problémy se dají do jisté míry eliminovat vhodným výběrem místa a
směrovostí antény, pokud
to terminál Iridium umožňuje (zapůjčený terminál Motorola 9500 byl touto funkcí
vybaven).
Na posuzování kvality řeči se v prvopočátku může podílet i časové zpoždění dané
šířením signálu při družicovém spojení a další dodatečné zpoždění způsobené
průchodem přes retranslační komutační střediska při spojení s účastníkem
pozemských radiotelefonních či veřejných telekomunikačních sítí.
Zatímco zpoždění při spojení s účastníkem systému Iridium je max. 8,2 ms jedním
směrem, zpoždění při spojení s jinými účastníky může být vzhledem k délce tras
průchodu signálu přes retranslační telekomunikační středisko v Římě a další
pozemní sítě mnohem větší. Na uvedené zpoždění si však lze zvyknout, o čemž
svědčí i publikované poznatky o hovorové komunikaci přes geostacionární
družicové systémy (Intelsat, Eutelsat aj.).
Doba navázání spojení a doba provozu bez přerušení
Doba navazování spojení je kupodivu, vzhledem ke vzdálenosti terminál družice,
rychlá a nijak neomezuje uživatele. Je to dáno tím, že v systému Iridium jsou
implementovány prvky, které jsou použity např. v systémech GSM. Mezi ty patří
signalizace CCS7, aktivní handover a udržování aktuálních informací
v návštěvnických registrech VLR (geografická pozice účastníka apod.).
Doba provozu po navázání spojení se pohybuje od 3 do 10 min. Po uplynutí této
doby dochází k rozpadnutí spojení a je nutno spojení opakovat (testováno v
městské oblasti).
Vzájemná dostupnost
Plná dostupnost uživatele systému Iridium byla ověřena prostřednictvím
veřejných komunikačních systémů (telefonní síť provozovaná SPT Telecom, síť GSM
EuroTel, síť NMT EuroTel). Pokud je v terminálu umístěna SIM karta, např.
provozovatele EuroTel, je uživatel systému Iridium volán číslem, které je
používáno v síti GSM. V podstatě volající ani neví, že místo uživatele systému
GSM volá uživatele Iridium.
Uživatel systému Iridium volá uživatele jiných sítí prostřednictvím mezinárodní
předvolby
(např. +420 602 xxxxxx, +420 2 xxxxxx, kdy místo znaménka + vložíte dvě nuly).
Přechod z GSM na Iridium
Pokud je použit duální telefon, jako v našem případě Motorola 9500, a je
nastavená funkce preferování buňkové sítě, dochází v místě, kde není pokrytí
signálem této sítě, k automatickému nabídnutí možnosti registrace do sítě
Iridium. To znamená, že k přechodu do sítě Iridium dojde až na povel uživatele.
Důvodem je spuštění nových programových, protokolových a obvodových aplikací v
terminálu.
Přenos SMS Služba přenosu zpráv typu SMS tak, jak je používaná v systémech GSM,
je plně kompatibilní se službou přenosu zpráv v systému Iridium. V našem
případě terminál Motorola 9500 uměl zprávy SMS pouze přijímat.
Zprávy SMS byly odesílány přímo z terminálu GSM a byl také ověřen přenos zpráv
prostřednictvím SMS brány na Internetu.
Závěr
Ověřovací testy prokázaly, že systém Iridium je plnohodnotný globální
komunikační systém a může být vhodným doplňkovým komunikačním systémem pro
integrované systémy (policie, armáda, záchranné systémy a expedice), za
předpokladu výše uvedených podmínek použití (volný prostor) s tím, že
rozpoznatelnost účastníka je poplatná vokodérové kvalitě (syntetická, umělá
řeč). Pokud tento systém srovnáme např. s geostacionárním družicovým systémem
Inmarsat, poskytuje systém Iridium uživateli větší škálu služeb, nižší nároky
na obsluhu a větší spolehlivost včetně miniaturizace terminálu.

9 1799 / pen









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.