XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Главный вопрос, который необходимо решить, планируя построение спутникового «Интернета вещей» по синхронной технологии SNBWAN, — это сетевая синхронизация. Ее целью является согласованное поступление сигналов наземных терминалов на антенну базовой станции, расположенную на спутнике-ретрансляторе. Согласование необходимо как по частотам несущих, так и по времени поступления пакетов данных с точностью до долей длительности символа. Для этого требуется подключение базовой станции спутника-ретранслятора и наземных терминалов к источникам высокоточного времени и высокостабильной частоты. Очевидным решением этой задачи становится применение на борту спутников и в наземных терминалах приемников сигналов глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС).

Бортовой навигационный комплекс спутниковой IoT («Интернета вещей») должен определять и постоянно уточнять параметры орбиты спутника-носителя по навигационным и временным сигналам, получаемым от приемника ГНСС. Совокупность параметров орбиты, называемая «альманах», передается по нисходящей фидерной линии на земную станцию сопряжения фидерных линий спутников с Интернетом. По восходящей фидерной линии на все спутники группировки IoT передаются альманахи всех спутников. В рамках системы связи SNBWAN базовые станции спутников передают циркулярные сообщения для всех НТ с параметрами орбиты всех спутников группировки IoT. НТ хранят и периодически обновляют альманахи всех спутников и рассчитывают положение в пространстве спутника, с которым поддерживается сеанс связи, в момент излучения последним пакета данных нисходящей радиолинии. С помощью навигационных приемников они определяют (рассчитывают) собственные пространственные координаты, а также радиальную скорость спутников относительно себя во время излучения принимаемого пакета данных.

Эти расчеты позволяют определить ожидаемое время прихода сигнала и ожидаемое доплеровское смещение частоты его несущей. Допустимая точность (ошибка) оценки времени распространения сигнала равна 1%, а доплеровского смещения частоты несущей — 2,5%, что вполне достижимо. Для максимального доплеровского смещения частоты 20 кГц максимальная ошибка предсказания частоты несущей принимаемого сигнала составит 500 Гц, при которой обеспечивается быстрая синхронизация приемника НТ. Допустимая ошибка оценки смещения частоты несущей получена для скорости передачи данных 122 бит/с, при увеличении скорости ПД допустимая ошибка пропорционально увеличивается.

Используя точное время, свои координаты и уточненное по времени прихода сигнала расстояние до спутника в момент излучения им сигнала, НТ рассчитывает необходимое опережение момента излучения собственного сигнала для того, чтобы он поступил на спутник в расчетное время с учетом изменившихся к данному моменту координат спутника. Применяя результаты измерения частоты несущей принятого сигнала, НТ вносит поправку по частоте несущей передаваемого сигнала для компенсации доплеровского смещения частоты при приеме этого сигнала на спутнике. На интервале длительности сигнала отслеживается динамика изменения доплеровского смещения частоты из-за изменения радиальной скорости спутника относительно наземного терминала.

Для спутниковой системы IoT стоимость инфраструктуры при ее построении по технологиям SNBWAN и LoRaWAN будет примерно одинаковой, стоимость наземных терминалов SNBWAN меньше на $2,89, а удельная стоимость инфраструктуры на один наземный терминал при технологии SNBWAN будет много меньше, чем при технологии LoRaWAN, ввиду значительно большего числа наземных терминалов, обслуживаемых одной БС по технологии SNBWAN. Последнее обстоятельство особенно значимо для спутникового «Интернета вещей» из-за высокой стоимости космического сегмента инфраструктуры. Технология SNBWAN позволяет построить сеть «Интернета вещей» операторского класса, в то время как технология LoRaWAN годится лишь для частных локальных сетей и радиолюбительских экспериментов со спутниковым «Интернетом вещей». Для операторской деятельности очень важна рентабельность вложений, и построение сетей «Интернета вещей» по технологии SNBWAN значительно выгодней для операторов и пользователей как спутниковой, так и наземных IoT-сетей.

Технология SNBWAN удовлетворяет всем желательным свойствам технологии LPWAN и значительно превосходит все используемые в России технологии LoRaWAN, XNB, NB-Fi по всем характеристикам. Нет такой области приложения «Интернета вещей», в которой какая-либо другая технология LPWAN имела преимущество над технологией SNBWAN. Применение технологии LoRaWAN в спутниковом «Интернете вещей» не даст преимущества над зарубежными спутниковыми IoT, использующими ту же технологию связи, в то же время применение SNBWAN предоставит ощутимые преимущества в количестве обслуживаемых наземных терминалов, в том числе и зарубежных пользователей, а дешевизна терминала и услуги спутникового IoT создадут благоприятные условия для экспансии на зарубежные рынки и со своими терминалами, и со своей услугой.

Список литературы

Зверев Б., Сартаков А. SNB — новая LPWAN-технология «Интернета вещей» с высокой пропускной способностью // Control Engineering Россия IIoT. 2019. Июнь.

ETSI TR 103 526 V1.1.1 (2018-04). System Reference document (SRdoc); Technical characteristics for Low Power Wide Area Networks Chirp Spread Spectrum (LPWANCSS) operating in the UHF spectrum below 1 GHz.

Clark Jr. G. C., Cain J. B. Error-Correction Coding for Digital Communications. New York, Plenum, 1988.