Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2024

r – расстояние между приемником и передатчиком (длина радиоли- нии), S r – эффективная площадь при- емной антенны. Э нергетические характеристики межплатформенных радиолиний HAPS – HAPS Максимальная дальность радиоли- ний HAPS – HAPS при размещении платформ на высоте 5 км составит более 500 км. С учетом нестабиль- ности высоты размещения HAPS примерно до +/-0,25 км и мини- мального расстояния между HAPS, равного максимальному диаметру зоны обслуживания 100 км, целесо- образно принять ширину диа- граммы направленности луча ан- тенны не менее 2 град. В этом слу- чае коэффициент усиления антенны составит примерно 38 дБи. Резуль- тат оценки энергетики такой радио- линии на частоте 27 ГГц (в этом случае эквивалентный диаметр ан- тенны равен примерно 0,35 м) при- веден в табл. 2. Из расчетов сле- дует, что при использовании стан- дарта DVB-S2x (ГОСТ Р 59807– 2021) и принятых исходных данных достижимы скорости единого циф- рового потока в радиоканале при- мерно до 2 Гбит/с (достижимая СКК 256APSK 2/3). Для увеличе- ния скорости до 10 Гбит/с следует повышать мощность передатчика в три раза или организовывать не- сколько радиолиний. Необходимо отметить, что суммар- ная пропускная способность сети из нескольких HAPS-платформ будет выше, чем пропускная способность межплатформенных радиолиний связи 10 Гбит/с, так как сеть будет включать в себя несколько точек со- пряжения с географически разне- сенными шлюзами наземных опор- ных сетей как существующих, так и будущих в результате построения отводов от проектируемых в РФ ВОЛС вдоль Северного морского пути. Э нергетические характеристики радиолиний “HAPS – смартфон 4G – HAPS” Результаты расчета приведены для дальности радиолиний 100 км и ра- бочей частоте 1800 МГц. АФАР HAPS формирует веер лучей, все лучи размещаются в угловом сек- торе примерно 172 град, но макси- мальное усиление должно дости- гаться в максимально отклоненных лучах, что и определяет максималь- ный размер ее апертуры. Предпо- лагается, что размер апертуры пе- редающей АФАР будет не более 0,5 х 0,5 м, причем крайние лучи имеют ширину диаграммы направ- ленности примерно 30 град. Цент- ральные лучи имеют более широкие диаграммы направленности, по- скольку включаются не все излуча- тели АФАР. Оценка энергетики для линии связи “HAPS – смарт- фон 4G” показывает, что макси- мальная скорость передачи соста- вит примерно 45 Мбит/с (индекс CQI = 10) и будет не ниже 39 Мбит/c (индекс CQI = 9) и приведена в табл. 3. Примем также, что приемная АФАР HAPS имеет размеры, ана- логичные передающей АФАР, и размещается на максимально воз- можном удалении от нее. Оценка энергетики радиолиний “смартфон 4G – HAPS” приведена в табл. 4. Максимальная скорость, которая будет достигнута в отклоненных лучах, составит примерно 2 Мбит/с (индекс CQI = 4). Для увеличения скорости передачи необходимо уве- личить апертуру приемной АФАР (например, реализовать ее в виде купольной конструкции). Э нергетические характеристики радиолиний “HAPS – устройства IoT – HAPS” Проведем расчет в этом случае при использовании технологии LoRa (полезная нагрузка HAPS представ- ляет собой совокупность типовых базовых станций LoRa). Примене- ние технологии NB-IoT, которая яв- ляется типовым вариантом в сото- вых сетях 4/5G и предусмотренная при использовании смартфонов, имеет определенный недостаток, по- скольку не обеспечивает функцио- нирование устройств IoT, размещае- мых на высокоскоростных устрой- ствах, например, для контроля БПЛА. В этом случае антенная система, размещаемая на HAPS, представ- ляет собой простейшие микрополос- ковые излучатели: один передаю- щий излучатель и четыре при- емных, формирующих четыре луча (каждый имеет диаграмму направ- ленности 85 град) с целью увеличе- ния пропускной способности си- стемы на линии “вверх”. Рассмот- рим диапазон используемых частот 863–868 МГц, который принят в РФ для безлицензионного примене- ния абонентских устройств IoT. Диаметр зоны обслуживания HAPS 75 2024 СПУТНИКОВАЯ СВЯЗЬ И ВЕЩАНИЕ Параметр Смартфон HAPS Высота, км 0 5 Частота радиолинии, МГц 1800 Рабочая полоса частот канала (луча), МГц 1,4 Усиление максимально отклонённого луча, дБи - 14,4 Мощность передатчика луча, Вт 0,2 - Усиление антенны смартфона, дБи 0 - Шумовая температура приемника смартфона, К - 600 Достигаемые значения SNR, дБ максимум минимум 17,7 14,7 Таблица 4 Э нергетические характеристики радиолиний “смартфон 4G – HAPS” Операторы спутниковых систем связи по многим причинам заинтересованы в интеграции с сотовыми системами связи, и одним из главных направле- ний решения этой задачи является создание спутниковой системы с использованием типовых мобильных устройств, применяемых в сетях 4G (в перспективе – в сетях 5G) и в сетях LPWAN для услуги IoT.