Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2026

80 “Рассвет” [2], Thousand Sails Con- stellation (Qianfan) [3], Guowang (ранее Hongyun) [4], – выход на рынок абонентов сотовой связи, являющийся драйвером мирового рынка, для предоставления услуг Direct-to-Direct (D2D) с использо- ванием у абонентов обычных смарт- фонов с обеспечением скорости ин- формационного обмена до несколь- ких десятков Мбит/с. В частности, Starlink (версия 3) планирует обес- печить пропускную способность на линии “вниз” до 1 Тбит/с. Дости- жение этой цели возможно только с использованием на спутниках-ре- трансляторах (СР) узких лучей АФАР, обеспечивающих заданный энергетический потенциал радиоли- ний. Поскольку абоненты террито- риально рассредоточены по поверх- ности Земли, нет надобности созда- вать требуемый энергетический по- тенциал по всей зоне обслуживания каждого СР, а создавать его нужно только в тех точках, в которых рас- положены активные абоненты. Вследствие этого на низкоорбиталь- ных СР в качестве ключевого эле- мента необходимо использовать либо узкие дискретно сканирующие лучи (ДСЛ), осуществляющие по заданному алгоритму циклическое обслуживание каждой ячейки, на которые разбивается зона обслужи- вания СР в данный момент вре- мени, либо многолучевую АФАР с несколькими десятками или сот- нями фиксированных лучей, сколь- зящих по зоне обслуживания, в ко- торой активными в данный момент могут быть только те лучи, в кото- рых расположены активные в это время абоненты. Оба варианта по- казаны на рис. 1. В общем случае угловая зона обслу- живания АФАР – Ѳ должна быть равна угловому размеру b области обслуживания, видимой с СР (рис. 1а). Например, при высоте ор- биты 550 км диаметр зоны радиови- димости на поверхности Земли со- ставляет 1900 км при условии, что угол места a антенн абонентов будет не менее 25°. Наиболее важными в системе ин- формационного обмена с абонен- тами являются линии связи “вниз” “СР – абоненты”, так как при пре- доставлении услуги “доступ в Ин- тернет” объем входящего к абоненту трафика в несколько раз превышает исходящий (примерное соотноше- ние 4:1), причем для предоставле- ния реальновременного трафика требуется обеспечить задержку не более нескольких десятков миллисе- кунд. Именно поэтому в Starlink (версия 1) на линии “вниз” исполь- зуются три АФАР, а на линии “вверх” только одна АФАР. Оценке пропускной способности СР с АФАР посвящено много работ в научно-технической литературе, в которых рассмотрены такие аспекты, как модуляция сигналов, кодирование, методы множествен- ного доступа, расчет энергетических характеристик спутниковых кана- лов, оценка эффективности примене- ния многолучевых антенн на борту в линиях связи, по адаптации СР к из- менению трафика путем соответ- ствующей настройки лучей антенны [5–16]. Несмотря на практическую ценность данных, полученных либо в результате итерационных проце- дур, либо с использованием имита- ционных моделей, в этих работах не представлены аналитические модели и формулы, позволяющие опреде- лить технический облик СР, а именно оптимальное число лучей для достижения заданной задержки передачи информации в зависимости от загрузки, с учетом служебных за- трат и ограничений на массогабарит- ные характеристики АФАР. Поскольку исследование информа- ционного обмена с использованием многолучевых антенн на СР пред- ставляет собой достаточно сложную задачу, то подавляющее большин- ство работ по исследованию эффек- тивности применения АФАР выпол- нено с применением имитационных моделей. Поэтому актуальной яв- ляется задача разработки математи- ческой модели информационного об- мена в НССС с использованием дис- кретно сканирующих лучей или фиксированных АФАР, которая бы позволила получить в явном виде за- висимости пропускной способности и вероятностно-временных характе- ристик информационного обмена от основных системных параметров. Целью данной статьи является: l разработка математической мо- дели в виде системы массового об- служивания процесса информа- ционного обмена в НССС в линии связи “вниз” “СР – абоненты” с применением на борту много- лучевых АФАР; l проведение анализа характеристик информационного обмена, в пер- вую очередь среднего времени за- держки передачи информации при различном числе лучей. М атематическая модель для расчета средней задержки в линиях связи “СР – абоненты” Рассмотрим вначале использование для информационного обмена в ли- ниях связи “вниз” дискретно скани- рующих лучей АФАР. При исполь- зовании, например, одного ДСЛ в нем полностью используется вся мощность передатчика СР, его про- пускная способность будет m 2 C (m – число лучей, С – пропускная способность канала), и средняя ско- рость передачи информации в каж- дую из зон будет равна mC, а это приводит к выигрышу в пропускной СР с фиксированными (а) и с дискретно сканирующими (б) лучами АФАР Рис. 1