Система организации спутниковой связи на водном транспорте
SYSTEM FOR SATELLITE COMMUNICATION ARRANGEMENT ON WATER VEHICLES

Изобретение относится к области средств связи и может быть использовано для организации спутниковой связи на водном транспорте, например, на морских и речных судах во время движения и на стоянках.
Спутниковая связь все большее значение приобретает для передачи разного вида данных в корпоративных сетях связи, включая теле и видео информации, телефонии и обмена текстовыми сообщениями, организация доступа в социальные сети, видео конференц связи, передачи данных от других источников и др. При этом для организации каналов спутниковой связи на подвижных объектах используются специализированные антенные системы. Эти системы работают со спутниками ретрансляторами в разных частотных диапазонах (Ku, Ka, X, С, Q, V) в основном на геостационарных и высокоэллиптических орбитах (группировки Экспресс, Ямал, Интелсат, Евтелсат, SES Astra и другие).
Благодаря современным технологиям разработаны спутниковые гиростабилизированные приемо-передающие следящие антенные терминалы (далее антенны), которые на водном транспорте обеспечивают наведение и слежение за спутником в заданной позиции, при воздействии качки и изменениях курса корабля (SOTM - Satcom-on-the-move или СОТМ-communication-on-the-move - связь в движении).
Наибольшее распространение получили спутниковые терминалы по технологии VSAT (Very Small Aperture Terminal - спутниковый терминал с малой апертурой антенны), например, Sailor-Cobham, Orbit, Gilat, KNS, Intellian, Телеком-60, СНАРК и другие. Эта технология обеспечивает морские и речные суда круглосуточным надежным широкополосным каналом связи, например, со скоростью передачи до 10 Мбит/сек и приемом до 50 Мбит/сек. При этом, на разных спутниках реализованы сервисы доступа в интернет на различных технологических платформах, например iDirect, Newtec, Gilat Истар и др. И, соответственно, при переходе судна из зоны обслуживания одного спутника в зону обслуживания другого, возникает необходимость переключения с одной технологии предоставления сервиса на другую.
Известна система из двух спутниковых антенн, двух контроллеров, модема [1] URL: https://www.livewire-connections.com/sites/default/files/files/documents/SeaTel-Arbitrator.pdf, где для обеспечения непрерывной спутниковой связи используется устройство - арбитратор, который при пропадании сигнала от одной антенны (затенение прямой видимости спутника) подключает вторую антенну.
Недостатком [1] является ограниченные функциональные возможности системы, так как одновременно может работать только одна антенна, а вторая находится в режиме ожидания и используется один модем заданного типа. Кроме того отсутствие устройства подогрева антенн снижает надежность работы системы.
Известен [2] способ и система организации спутникового телевидения с буферизацией на наземном транспорте. В систему входит телевизионная следящая приемная спутниковая подсистема, подсистема спутникового мобильного доступа в Интернет, стационарная телевизионная спутниковая подсистема, спутник-ретранслятор, телекоммуникационная среда сети Интернет, каналы связи.
Недостатком [2] является то, что при перемещении подвижного объекта и зоны действия одного спутника ретранслятора в зону действия другого, не обеспечивается автоматический роуминг услуг связи. Кроме того отсутствие устройства подогрева антенн снижает надежность работы системы.
Известен [3] цифровой комплекс спутниковой системы связи, состоящий из комплекса цифровой связи, спутниковой системы связи типа «Инмарсат», сети Интернет и программного обеспечения, следящая приемо-передающая спутниковая антенна спутниковой связи Ku и Ka - диапазона, навигационная система GSM, маршрутизатор, коммутатор Ethernet, мультисвитч. Комплекс может работать как со спутниками ретрансляторами, расположенными на геостационарной орбите, так и со спутниками ретрансляторами на высокоэллиптических орбитах, при этом комплекс обеспечивает доступ в сеть интернет на морском мобильном объекте, через автоматизированное место оператора для различных приложений.
Недостатком [3] является то обстоятельство, что при расположении комплекса, например, на морском судне необходима вторая спутниковая следящая приемо-передающая антенна для обеспечения устойчивой связи в случае затенения первой антенны. Также при переходе из зоны действия одного спутника ретранслятора в зону действия другого, не обеспечивается роуминг услуг связи. Кроме того отсутствие устройства подогрева антенн снижает надежность работы системы.
Наиболее близким аналогом-прототипом является устройство [3].
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей и увеличение срока службы спутниковых антенн (повышение надежности).
Эта цель достигается тем, что введены первый и второй контроллеры спутниковых антенн, вторая приемо-передающая следящая спутниковая антенна, первая и вторая группы по n модемов, бортовой компьютер со специальным программным обеспечением и алгоритмом работы, WI-FI точка доступа, первый и второй блоки терморегулятора и запуска, первый и второй ВЧ (высокочастотные) сплитеры, первый, второй и третий ВЧ коммутаторы, n спутниковых ресиверов и n модуляторов с соответствующими связями.
Заявляемая совокупность элементов и связей позволяет достичь поставленной цели за счет оригинального сочетания используемых в телекоммуникационных сетях приборов и устройств как в их прямом, так и в нестандартном применении.
Изобретение иллюстрируется графически:
На Фиг. 1. изображена общая структурная схема системы.
На Фиг. 2 изображен алгоритм работы системы, где
- А - соотношения сигнал-шум приемного сигнала Rx первой антенны;
- В - соотношения сигнал-шум приемного сигнала Rx второй антенны;
- set-up А - включить первую антенну;
- set-up В - включить вторую антенну;
- set-dn А - выключить первую антенну;
- set-dn В - выключить вторую антенну;
- delay - задержка.
На Фиг. 3 изображена блок-схема запуска (включения/выключения) и регулирования температуры в спутниковых антеннах.
На Фиг. 4 изображена блок-схема переключения спутниковых сервисов.
На Фиг. 5. изображена блок-схема формирования спутникового телевизионного мультиплекса для потребителя.
В систему организации спутниковой связи на водном транспорте входит первая 1 и вторая 2 приемо-передающая следящая спутниковая антенна (далее антенна), первый 3 и второй 4 блоки терморегулятора и запуска, первый 5, второй 6 и третий 7 ВЧ коммутаторы (далее коммутаторы), первый 8 и второй 9 контроллеры антенн, спутники ретрансляторы 10 на геостационарной и высокоэллиптической орбитах, подсистема GSM с модемом 11, наземная телекоммуникационная среда сети интернет 12, первая 13 и вторая 14 группы модемов, потребители (рабочий стол) 15, маршрутизатор 16, бортовой компьютер 17, первый 18 и второй 19 ВЧ сплитеры, (далее сплитеры) n спутниковых ресиверов 20, n модуляторов 21, первый 22, второй 23, третий 24, четвертый 25 и пятый 26 каналы связи, WI-FI точка доступа 27, подсистема инмарсат 28.
Первая 1 и вторая 2 спутниковые антенны с первым 8 и вторым 9 контроллерами, соответственно, являются отдельными комплексами обеспечения в движении приема-передачи (связи) сигнала спутникового диапазона частот на спутники-ретрансляторы 20, через каналы связи 21 и 22. Конструктивно корпуса антенн выполнены радиопрозрачными для спутникового диапазона частот и могут иметь купольную форму, что способствует скатыванию атмосферных осадков с поверхности, в результате сигнал не ослабляется.
Первый 3 и второй 4 блоки терморегулятора и запуска конструктивно одинаковы и схематически выполнены следующим образом (Фиг. 3). Непосредственно в блоке расположены элемент терморегулятора и элемент запуска (включения/выключения) контроллера и соответственно антенны. Блок терморегулятора, например, модели Temperature Controller XH-W3001, также содержит термодатчик. Нагревательный элемент с вентилятором, например, модели Fan heater type.HVL 03. Термодатчик и нагревательный элемент с вентилятором расположены в корпусе спутниковой антенны. Элемент запуска обеспечивает запрет на включение антенны, например, при температуре окружающей среды ниже - 22°С и включает при достижении температуры выше - 22°С. Причем элемент запуска связан с элементом терморегулятора и контроллером и может быть выполнен любым известным способом, например, на основе компаратора и силового реле.
Подсистема инмарсат 28, подсистема GSM с модемом 11 и WI-FI точка доступа 27 выполнены любым известным способом
Бортовой компьютер 17 дополнен необходимыми устройствами ввода-вывода и специальным программным обеспечением, осуществляющим управление системой в целом по определенному алгоритму (Фиг. 2), также в системе предусмотрен удаленный доступ.
Первый 5, второй 6 и третий 7 коммутаторы, (например, coaxial switch фирмы Agilent) предназначены для переключения ВЧ сигналов приема Rx и передачи Тх (Rx-Recieve - прием и Тх-Transmit - передача). Коммутаторы имеют n входов, один выход и управляющий вход, по которому бортовой компьютер один из n входов коммутирует на выход.
Первый 18 и второй 19 сплитеры (делители) высокочастотного сигнала имеют один вход и n+1 равноценных выходов.
Первая 13 и вторая 14 группы имеют одинаковый набор разнотипных модемов (Фиг. 4). При этом группа содержит n модемов, где n равно количеству технологий спутниковых интернет сервисов.
Первая 1 и вторая 2 приемо-передающие спутниковые антенны первыми входами и соединены с первыми выходами первого 3 и второго 4 блоков терморегуляторов и запуска, вторыми входами подключены к выходам первого 5 и второго 6 коммутаторов, а входы/выходы связаны с входом/выходом первого 8 и второго 9 контроллерами антенн, соответственно, причем 1 и 2 антенны через первый 22 и четвертый 25 каналы связи, соответственно связаны со спутниками ретрансляторами 10, расположенными на геостационарной и высокоэллиптической орбитах, вторые выходы первого 3 и второго 4 блоков терморегуляторов соединены с первыми входами первого 8 и второго 9 контроллеров, соответственно, Rx выходы которых соединены с первым 18 и вторым 19 сплитерами, соответственно, а входы/выходы связаны (через USB или СОМ порт) с первым и вторым входом/выходом бортового компьютера 17, соответственно, n Rx выходов первого сплитера 18 соединены с n Rx входами первой группы модемов 13, n выходов Тх которых связаны с соответствующими n Тх входами первого коммутатора 5, управляющий вход которого связан с первым выходом бортового компьютера 17, третий выход которого связан с управляющим входом третьего коммутатора 7, первый вход которого связан с n+1 выходом первого сплитера 18, второй вход с n+1 выходом второго сплитера 19, а с n выходами связан с соответствующими n входами блоков ресиверов 20, n выходы которых соединены с соответствующими первыми n входами группы модуляторов 21, при этом модуляторы соединены по схеме выход предыдущего подключен к входу последующего, причем выход последнего n модулятора соединен с входом 15, первый вход/выход которого связан с первым входом/выходом маршрутизатора 16, второй вход/выход которого соединен с первым входом/выходом подсистемы инмарсат 28, второй вход/выход которой через второй канал связи 23 связан со спутниками ретрансляторами 10, подсистема GSM 11 первым входом/выходом через третий канал связи 24 связана с наземной телекоммуникационной средой связи сети интернет 12, а вторым входом/выходом соединена с третьим входом/выходом маршрутизатора 16, 1-m входы/выходы которого связаны с 1-m входами/выходами первой группы модемов 13, а 1- к входы/выходы связаны с 1- к входами/выходами второй группы модемов 14, второй вход/выход потребителя 15, через пятый канал связи 26 соединен с первым входом/выходом WI-FI точки доступа 27, второй вход/выход которой соединен с четвертым входом/выходом маршрутизатора 16, к пятому входу/выходу маршрутизатора 16 подключен третий вход/выход бортового компьютера 17, второй выход которого соединен с управляющим входом второго коммутатора 6, n входов Тх которого соединены с n выходами Тх второй группы модемов 14, n входов которых связаны с n выходами второго сплитера 19.
Система конструктивно выполнена так. На водном транспорте, например, морском судне (корабле) на кормовой и носовой частях на стойках, высотой более 1,5 метра, устанавливают первую 1 и вторую 2 приемопередающие следящие спутниковые антенны, соответственно. Так же устанавливают внешние антенны GSM и Инмарсат. Остальное оборудование располагают во внутренних помещениях корабля, например, в техническом отсеке
Система организации спутниковой связи на водном транспорте работает следующим образом.
С помощью двух спутниковых приемо-передающих следящих антенн, через каналы связи, осуществляется прием и передача в Ku или Ka диапазонах частот, через спутники ретрансляторы, расположенные на геостационарной или высокоэллиптической орбитах, причем для обеспечения устойчивого тракта, одна антенна монтируется на кормовой части судна, а вторая - на носовой части. Также для более быстрого наведения антенн на спутник используется сетевой идентификатор модулированной телевизионной несущей NID (Netvork ID) и сигнал от гирокомпаса судна, что гарантированно идентифицируют заданный спутник. Так как на разных спутниках сервисы отличаются, то используется наборы модемов (iDirect, Newtec, Gilat, Истар и др.) поддерживающие необходимые технологии доступа в интернет. Совместно с маршрутизатором и бортовым компьютером со специальными программным обеспечением и алгоритмом, обеспечивается работа системы в целом как в автоматическом режиме, так и ручном с удаленным доступом. При этом модемы заранее регистрируются в разных сервисных сетях обслуживания, а маршрутизатор программируют. В бортовом компьютере хранится информация о спутниках ретрансляторах и при переходе корабля из зоны действия одного спутника в зону действия другого, меняются сервисы обслуживания, при этом будет активирован тот модем, у которого сервис обслуживания совпадает со спутником, а другие модемы становится пассивными. При затенении одной из антенн система по алгоритму (фиг. 2) переключается на незатененную антенну. Причем на затененной антенне блокируется режим передачи. Если обе антенны в зоне видимости одного или нескольких спутников и соответственно наличия нескольких каналов связи, система позволяет объединить несколько физических каналов в один логический, что увеличивает пропускную способность и надежность канала, пропорционально распределяя сетевой трафик.
Далее со спутника система принимает сигнал, содержащий телевизионные каналы и с помощью спутниковых приемников и модуляторов преобразуют его в мультиплекс, который используется для воспроизведения на телевизионных приемниках потребителей. При нахождении судна в условиях низких температур используется блок запуска и регулирования температуры в антеннах. Для экстренной связи используется подсистема Инмарсат, а в портах и прибрежных районах, где есть наземная мобильная связь используется подсистема GSM (3G, LTE, 5G) связи с выбранными операторами сотовой связи.
Таким образом, система, установленная на корабле, в движении и на стоянках обеспечивает высокоскоростной доступ в интернет для потребителей, такими услугами как цифровое телевидение, IP телефония, видео конференцсвязь, передача и прием различного вида информации и др.
Изобретение соответствует критерию "изобретательский шаг", так как включает совокупность существенных признаков с соответствующими связями, а именно первый и второй контроллеры спутниковых антенн, вторая приемопередающая следящая антенна спутниковой связи, первая и вторая группы по n модемов, бортовой компьютер со специальным программным обеспечением и алгоритмом, WI-FI точка доступа, первый и второй блоки терморегуляторов и запуска, первый и второй ВЧ сплитеры, первый, второй и третий ВЧ ключи, n спутниковых ресиверов, n модуляторов.
Техническое решение является "новым", так как указанная совокупность существенных признаков позволяют организовать спутниковую связь на подвижном объекте, а при смене сервисного обслуживания после перехода из зоны действия одного спутника ретранслятора на другой, система автоматический переходит на соответствующий сервис обслуживания.
Заявляемая система организации спутниковой связи на водном транспорте может быть реализована с использованием существующей аппаратуры и оборудования, средств электротехники и связи, телекоммуникационных средств, вычислительной техники и является "промышленно применимым".
1. URL: https://www.livewire-connections.com/sites/default/files/files/documents/SeaTel-Arbitrator.pdf
2. Патент РФ №2652424, МПК H04L 12/925, Н04Н 20/74, Н04Н 40/90, H04F 7/20.
3. Патент РФ №2633911, МПК G01C 21/00 (прототип).