ТУСУР включился в работу над спутниками для развития интернета вещей

НИИ РТС ТУСУРа активно включился в работу над бортовой радиотехнической аппаратурой проекта многоспутниковой системы передачи данных «Марафон-IoT».

Интернет вещей уже сегодня активно применяется как в нашей повседневной жизни, так и в работе крупных предприятий. Однако сейчас для построения сетей обычно применяется мобильная передача данных, покрытие которой весьма ограниченно. Альтернативой может стать спутниковая связь. Спутниковая IoT-связь позволит решать задачи обеспечения этим видом коммуникационных технологий труднодоступные районы, где затруднительна установка наземных базовых станций, включая заполярье и северный морской путь.

«Датчики IoT — как правило, недорогое оборудование, которое передаёт короткие сообщения несколько раз в сутки, не более нескольких сотен бит данных, организация для них широкополосных каналов нецелесообразна. Чаще всего это узкополосные системы с маленьким трафиком. Спутниковая IoT-связь позволит принимать такие сообщения в любой точке Земли, отследить местоположение и т. д.», — рассказывает о задачах, которые можно будет решать с помощью «Марафона», заведующий лабораторией распространения радиоволн НИИ РТС Фёдор Захаров.

Планируется, что система «Марафон» будет поддерживать два диапазона частот для IoT: 2 ГГц и 868 МГц. И если диапазон 868 МГц активно применяется уже сегодня, то диапазон 2 ГГц ещё никто не использует для этих целей.

В настоящий момент в НИИ РТС уже разработаны эскизные проекты нескольких элементов бортовой радиотехнической аппаратуры «Марафона»:

1. приёмопередатчик IoT-сообщений ISM-диапазона,
2. приёмопередатчик IoT-сообщений S-диапазона,
3. приёмник сообщений службы АИС (система мониторинга за морскими сигналами),
4. приёмник сообщений службы АЗН-В (система мониторинга летательных аппаратов),
5. модуль навигации и синхронизации спутника,
6. антенно-фидерная система для модулей полезной нагрузки.

До конца 2022 года планируется завершить работу над макетами части из них, в том числе приёмопередатчик IoT в ISM-диапазоне.

По словам Фёдора Захарова, главная сложность, с которой столкнулись его разработчики, — борьба с коллизиями.

«Зона обзора наземных базовых станций такова, что коллизий практически не возникает. При расположении станций такого диапазона на борту космического аппарата, у которого зона обзора значительно шире, многочисленные сигналы этого диапазона будут накладываться друг на друга, создавая коллизии. При этом методы борьбы с коллизиями сигналов АЗН-В не проработаны, — отметил он. — Студенты, которые включены в работу в рамках ГПО, уже проверяют ряд своих идей по решению этой проблемы с помощью математических моделей».

Подобную проблему предстоит решить и для приёмника сообщений службы АИС. Однако из-за особенностей сигналов АИС она стоит не так остро. Кроме того, технология борьбы с коллизиями этих сигналов уже существует, хотя и не позволяет разрешать их на 100 %. Сотрудники НИИ РТС предлагают усовершенствовать её за счёт особой методики цифровой обработки сигналов.

Работа над антенно-фидерной системой — одна из задач, которую сотрудники НИИ РТС ТУСУРа уже неоднократно решали для различных наземных и спутниковых систем. За счёт небольших размеров спутников системы «Марафон» (до 50 кг) предъявляются жёсткие требования к габаритам, массе и характеристикам антенны.

«Пришлось подбирать антенные элементы, конфигурацию антенной решётки, чтобы вписаться в эти жёсткие требования», — отметил Фёдор Захаров.

Ещё один элемент, разрабатываемый в ТУСУРе для системы «Марафон», — модуль навигации, который будет способен принимать сигнал ГЛОНАСС во всех частотных диапазонах (L1, L2, L3), при этом соответствуя жёстким массогабаритным характеристикам.

Параллельно в ТУСУРе идёт работа над наземными сервисами — абонентскими терминалами.

«У каждого спутника есть срок службы. И он должен быть использован максимально эффективно. Для этого к моменту запуска «Марафона» на орбиту должна быть готова наземная инфраструктура для обеспечения IoT», — уверен начальник СКБ «Смена» ТУСУРа Александр Бомбизов.

В настоящий момент уже готов макет терминала, который способен работать в ISM- диапазоне 868 ГГц. По словам Александра Бомбизова, для завершения этой части работы нужно лишь адаптировать антенну устройства и протоколы для работы со спутником. Такие терминалы смогут использоваться в том числе для передачи данных с бакенов, которые могут располагаться на участках судоходных рек вдали от населённых пунктов, а значит там, где нет покрытия GSM. Сейчас вопрос в таких случаях решается с помощью ретрансляции, что приводит к существенным задержкам в передаче информации. Использование спутниковой связи для этих целей — крайне дорогостоящее. Оснащение приёмопередающим устройством одного бакена оценивается порядка 100 тысяч рублей. При использовании абонентского терминала IoT и спутниковой системы «Марафон» стоимость оснащения одного бакена может сократиться почти стократно. Это открывает огромные возможности для оснащения абонентскими терминалами спутникового IoT и трансляции данных оборудования на сложнодоступных территориях.

Альтернативой загруженному диапазону 868 ГГц может стать применение диапазона 2 ГГц. В специальном конструкторском бюро приступили к разработке бортового трекера, работающего в этом диапазоне. По оценкам инженеров, он сможет применяться в том числе для оснащения беспилотных авиационных систем. Использование космического сегмента —  инфраструктуры «Марафона» — позволит обеспечить беспилотники возможностью ориентироваться на местности без строительства дорогостоящей наземной инфраструктуры.