Особенности спутниковых систем передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

56

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности спутниковых систем передачи

Введение

Спутниковая связь -- один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Поскольку спутниковая связь является частным случаем радиосвязи, для передачи через спутник сигнал должен быть модулирован. Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну.

Обычный (нерегенеративный) спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. В спутнике может быть несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами).

Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому ошибки исправляются два раза: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостатком этого метода является сложность, следствием которой является гораздо более высокая цена спутника.

Спутниковая связь находит применение в организации «последней мили» (канала связи между интернет-провайдером и клиентом), особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.

Решения для частных лиц

спутниковая связь вещание

Эти решения предназначены для конечных пользователей, живущих там, где обычная, «наземная» связь отсутствует, либо ее возможности сильно ограничены. Спутниковый интернет на даче, в коттедже или деревенском доме - зачастую единственный способ подключить Интернет и городской телефон.

1. Однонаправленный спутниковый интернет - варианты подключения

Именно такой «спутниковый интернет» наиболее популярен среди индивидуальных пользователей, потому что для подключения достаточно совсем недорогого оборудования. У пользователя устанавливается приемная спутниковая антенна (обычная, такая же, как для приема спутникового телевидения) и компьютерная карта DVB-приемника (внешний приемник с подключением по USB). Входящий трафик пользователь получает с высокой скоростью через спутник. В качестве обратного канала используется обычное «наземное» подключение к местному провайдеру, например через телефонный модем (dial-up), или по телефонному проводу через модем ADSL.

Рис.1.1. спутниковый интернет

Трафик обычного пользователя Интернета асимметричен. В основном, в сеть отправляются короткие запросы, реже - электронные письма. Из сети, наоборот, скачиваются большие объемы информации - web-страницы, документы, файлы мультимедиа. Для небольшого исходящего трафика используется медленный, но двунаправленный «наземный» канал («канал запросов»). А для большого входящего трафика используется однонаправленный, но зато быстрый канал спутниковой связи («канал ответов»). Такая комбинация позволяет получить качественный сервис даже там, где местные провайдеры не способны его предоставить.

Рис.1.2. интернет асимметричен

Однонаправленный спутниковый интернет может использоваться и с высокоскоростным наземным подключением - например, если пользователь живет в городе и подключен к местному провайдеру через сеть Ethernet. Во-первых, используя спутниковое подключение, можно получить существенную экономию. Плата за «наземный» Интернет привязана к тарифным планам местного провайдера. Через спутник можно получать услугу от нескольких разных провайдеров, у которых тарифы могут быть интереснее. Например, большие скидки на ночной трафик. Во-вторых, через спутник можно получать ряд специфических услуг: потоковое видео, «отложенная закачка» и т.п. Через наземное соединение эти услуги будут очень дорогими, а через спутник - очень дешевыми либо вообще бесплатными.



Рис.1.3. однонаправленный спутниковый интернет

Спутниковый интернет на даче, в коттеджном поселке или деревенском доме зачастую является единственным недорогим и качественным решением, когда вообще нет возможности подключиться к Интернет по проводам. Если в поселке есть сотовая связь, можно организовать обратный канал через сотовую сеть, используя модем GPRS или 3G.

Двунаправленный спутниковый интернет и телефон с прямым городским номером

Рис.1.4. двунаправленный спутниковый интернет

Двунаправленный спутниковый Интернет предполагает установку относительно дорогого (для индивидуального использования) оборудования, однако предоставляет намного более широкие возможности, чем однонаправленное подключение.

У пользователя устанавливается полноценная малая земная станция спутниковой связи (VSAT). Через спутник абонентская VSAT соединена с центральной станцией сети - «хабом», который, в свою очередь, высокоскоростными оптическими каналами подключен к Интернет и к телефонной сети общего пользования.

Таким образом, клиент получает высокоскоростной доступ в Интернет для одного компьютера или домашней локальной сети, и, если необходимо, одну или несколько телефонных линий с городскими номерами. Возможно подключение прямых номеров Москвы, Екатеринбурга, Тюмени, Сургута, Иркутска и некоторых других городов (подробнее смотрите в разделе «Телефония»).

1.2 Вынос телефонной линии из городской квартиры на дачу

Рис.1.5. вынос телефонной линии

Спутниковый интернет на даче или в коттедже можно использовать для выноса за город собственного городского телефона. Такое решение возможно, если в городской квартире есть постоянное высокоскоростное соединение с Интернетом (например, подключение к сети Ethernet или ADSL). Достаточно в квартире установить шлюз IP-телефонии, который соединит абонентскую линию с Интернетом, а на даче поставить спутниковую станцию и ответный шлюз. Уезжая на дачу, хозяева переключают линию с телефонного аппарата на шлюз, возвращаясь - обратно. И дома и на даче они доступны для родных, друзей и деловых партнеров по привычному городскому номеру. Это решение имеет два преимущества перед предыдущим. Во-первых, так можно вынести на дачу телефон любого города, а не только тех городов, которые предлагают операторы. Во-вторых, оператору спутниковой связи не надо платить за выделение телефонного номера, поскольку используется свой, уже существующий номер.

1.3 Спутниковая охранная сигнализация

Рис.1.6. спутниковая охранная сигнализация

Если в частном доме, коттедже или на даче установлена спутниковая станция VSAT, а в городской квартире есть постоянное соединение с Интернет, можно организовать спутниковую охранную сигнализацию. Мощность, потребляемая VSAT от сети переменного тока, невелика, оборудование рассчитано на круглосуточную работу, оно не шумит и не нагревается. Поэтому, покидая дачу, вполне можно оставить станцию включенной. С помощью недорогого и компактного адаптера можно подключить к ней датчик движения, контактные датчики дверей и окон и т.п. В простейшем случае в качестве адаптера можно использовать свободный телефонный порт голосового шлюза. При срабатывании датчика его сигнал через спутник и через Интернет будет доставлен в городскую квартиру, где включится световая или звуковая сигнализация. Замаскированный микрофон позволит прослушать из квартиры, что происходит на даче. Через динамик можно обратиться к незваному гостю, чтобы напугать его или воззвать к его совести.

1.4 Видеонаблюдение через спутник

Рис.1.7. видеонаблюдение через спутник

Спутниковая станция позволит подключить систему видеонаблюдения на даче к компьютеру в городской квартире. Изображения охранных камер записываются на жесткий диск цифрового видеорегистратора (DVR). При обнаружении движения в поле зрения одной из камер, или при срабатывании внешнего охранного датчика сигнал через спутниковый Интернет немедленно передается в городскую квартиру. Получив такой сигнал хозяин может «в онлайне» вывести на монитор картинку любой камеры, просмотреть «журнал тревог», скачать и просмотреть «в оффлайне» с высоким разрешением видеозапись за нужный промежуток времени. Такое решение позволит не только зафиксировать несанкционированное проникновение, но и отреагировать на него с максимальной оперативностью.

1.5 Удаленный мониторинг оборудования

Рис.1.8. удаленный мониторинг оборудования

В современном загородном доме нередко используется сложное технологическое оборудование: газовые и электрические котлы, системы водоснабжения, системы очистки сточных вод, вентиляции и кондиционирования. Большинство этих систем должны функционировать круглосуточно. Однако их работа без управления и контроля со стороны человека может быть некорректной и даже опасной. Установить спутниковый интернет на даче или в коттедже довольно дорого, однако возможные убытки при аварии могут быть гораздо больше. Спутниковая связь позволит дистанционно управлять оборудованием и контролировать параметры его работы. Например, если хозяева хотят провести уикенд зимой в загородном доме, они могут заблаговременно запустить систему отопления и вывести ее на нужный режим прямо с домашнего компьютера, и приехать в уже протопленный дом, с оптимальной температурой и влажностью в каждой комнате. Современные средства промышленной автоматики позволяют подключить к спутниковой станции практически любые датчики и исполнительные механизмы.

2. Трансляция видео через спутник

«Спутниковые семинары»

Решение широко используется в системах дистанционного образования - для трансляции лекций и семинаров. Семинар, проходящий в специально оборудованном помещении в Москве, в реальном времени транслируется через спутник в Интернет по протоколу IP. Скоростной спутниковый Интернет обеспечивает надежную доставку «картинки» в любую точку страны. Это очень удобно: можно транслировать видео через спутник в хорошем качестве неограниченному количеству получателей, находящихся во всех регионах России, а платить за доставку сигнала одному провайдеру - «спутниковому». Таким образом, слушатели в глубинке могут виртуально присутствовать на лекциях известных экономистов, юристов, политологов. В то же время, трансляция видео через спутник в Интернет по российским законам не является деятельностью СМИ, никакие разрешительные документы для проведения такой трансляции не нужны, частоты получать не нужно. Вообще не нужен отдельный канал связи, как для «настоящего» телевидения - данные видео передаются в едином цифровом потоке вместе с другими данными «спутникового Интернета», сразу же после окончания семинара освободившаяся полоса отдается другим пользователям. «Спутниковые семинары» организуют, например:

«традиционные» учебные заведения, для которых спутниковое дистанционное образование - одна из технологий заочного обучения. Например, Современная Гуманитарная Академия (СГА)

московские тренинговые компании, специализирующиеся в бизнес-образовании - например, Международный Центр Финансово-Экономического развития (МЦФЭР)

структуры федеральной государственной власти, проводящие обучение своих сотрудников в регионах - Министерство налогов и сборов, Федеральная Миграционная служба, Государственный Таможенный комитет

фирмы-поставщики оборудования, программного обеспечения, проводящие обучение для пользователей своих продуктов на местах - например, компания «Гарант» - разработчик одноименной правовой справочной системы.

Рис.2.1. спутник в Интернет по протоколу IP

Во всех крупных городах России есть тренинговые компании, специализирующиеся на продажах спутниковых семинаров. Они арендуют помещение, устанавливают в нем соответствующее оборудование и приглашают местных слушателей. Лекторов приглашать не надо, достаточно заключить договор с организаторами семинара. Спутниковая система и компьютер с DVB-картой обеспечивают прием данных Интернета. Поток видео декодируется программой-плеером - Windows Media Player, Real Player, WinAMP, Quick Time и т.п. Картинка, как правило, выводится на большой экран (ЖК монитор, плазменную панель), звук - на аудиосистему. Для осуществления обратной связи в зале присутствует технический оператор - сотрудник, который следит за работой оборудования, а также передает вопросы обучаемых лектору через Интернет (по «наземному» каналу), по электронной почте или просто по телефону. Обучаемые могут не только прослушать лекцию, но и задать лектору свои вопросы и услышать на них ответы в режиме, максимально приближенном к «онлайновому».

Оборудование для приема потокового видео через спутник настолько просто и дешево, что иногда эту технологию используют «в одноразовом режиме», для трансляции единовременного события: съезда, конгресса, чемпионата.

2.1 IPTV-телевизионное вещание по Интернет-протоколу

«Спутниковый Интернет» можно использовать не только для «корпоративного телевидения», но и для трансляции обычных телевизионных каналов. Таким способом транслируются, например телевизионные каналы пакета AB в потоке сервиса OpenSky компании Eutelsat (спутник Eutelsat W3A 7,0E). Российский оператор «СТВ» транслирует «Общественный видеоканал Центрального федерального округа» в составе своего цифрового потока. Эти каналы можно просматривать на мониторе компьютера, подключенного к спутниковой антенне, причем даже при отсутствии «обратного канала».

Сегодня такие трансляции являются дополнительной услугой для пользователей «одностороннего спутникового Интернета». Однако есть надежда, что в скором времени «IPTV со спутника» существенно потеснит, если не вытеснит, традиционное цифровое телевидение. Сейчас в России стремительно развиваются сети IPTV, в основном, на инфраструктуре сетей сервис-провайдеров Интернета, построенных по технологиям Ethernet и ADSL. Каналы для ретрансляции принимаются со спутников. Однако региональные провайдеры сталкиваются с рядом проблем:

1 - Российские каналы «разбросаны» по разным спутникам, разным частотным диапазонам, разным транспондерам, используют разные системы кодирования. Чтобы «собрать» пакет интересных каналов, приходится использовать много спутниковых антенн и много приемников (демодуляторов).

2 - Подавляющее большинство телевизионных спутниковых каналов транслируются в MPEG-2/DVB. Чтобы ретранслировать их в сеть IP, нужны дорогие и сложные устройства - DVB/IP-шлюзы (стримеры).

3 - Компрессия MPEG-2 не позволяет эффективно использовать полосу пропускания компьютерной сети. Для перекодирования «на лету» из MPEG-2 в MPEG-4 приходится также использовать дорогостоящее оборудование.

4 - Оборудование, обеспечивающее услугу «видео по запросу», никак не связано с приемом со спутника. Новые фильмы и музыка загружаются на серверы с физических носителей или передаются через Интернет - т.е. через узел местного провайдера, которому надо платить за большой объем трафика.

Рис.2.2.Головное оборудование типичного российского оператора IPTV

Таким образом, каждый региональный провайдер, который решился оказывать абонентам услугу IP телевидения, вынужден самостоятельно решать массу проблем, связанных с неприспособленностью современного ТВ вещания к транспорту в IP-сетях. Возможно, что в ближайшее время появится российский оператор, способный предоставить со спутника «готовый» пакет IPTV в потоке «спутникового Интернета». Тогда провайдер IPTV в регионе сможет использовать для приема единственную спутниковую антенну, а его сложная и дорогая головная станция вырождается в единственный прибор - приемник-маршрутизатор (Tandberg EMR5520 или подобный). На выходе этого прибора будут присутствовать данные видео и звука телевизионных каналов, уже кодированные в MPEG-4 и упакованные в IP-пакеты. Кроме доставки «онлайновых» телевизионных каналов тот же самый цифровой поток может быть использован для «оффлайнового» обновления контента для серверов «видео по запросу». Управление доступом и биллинг можно осуществлять удаленно средствами московского оператора, для абонентов сразу во всех регионах.

Рис.2.3.Доставка «готового» букета каналов IPTV региональному оператору

3. Решения для FM-радиостанций

Словами, способы «подъема» сигнала FM-радиостанции на спутник. По большому счету, на сегодня их два:

v Трансляция в стандарте DVB

v Трансляция по технологии SCPC Audio

Третье решение применимо только для так называемых «сетевых» или «онлайновых» радиостанций - радиостанций без своих эфирных передатчиков, которые вещают в Интернет:

v Потоковое вещание через спутник

Последнее описанное решение, точнее, группа решений, технически вполне реализуемы, но нецелесообразны с экономической точки зрения. Их описание может быть полезно, так сказать, «для общего развития».

v Трансляция с переприемом (в два скачка)

3.1 Трансляция в стандарте DVB

В настоящее время большинство радиостанций работают через спутники именно в стандарте DVB (Digital Video Broadcasting) - цифрового спутникового телевидения. Это надежная и очень широко распространенная технология. Ее основное достоинство - простое и недорогое приемное оборудование. Программы радио в DVB можно принимать на индивидуальную приемную систему стоимостью от $ 100 - наподобие тех, что используются для приема платных пакетов «НТВ-Плюс» и «Триколор», даже еще проще.

Однако есть одна существенная проблема. Стандарт DVB предназначен именно для телевидения. Передавать сигнал одной программы радио через спутник в DVB нельзя. Даже для передачи одной телевизионной программы со средним качеством требуется битовая скорость 2,5-3 Мбит/сек. А для передачи звука так много не нужно - два канала стереозвука с качеством CD можно передавать в потоке 256 кбит/сек. Такой сигнал занимает на спутнике полосу 0,3…0,4 МГц. Оборудование DVB неспособно работать со столь низкими скоростями и в таких узких полосах частот. Например, абсолютная нестабильность частоты гетеродина «бытового» конвертера (LNB) - 1,5…3,0 МГц, сигнал с полосой 0,3 МГц он может просто «пронести мимо» полосового фильтра приемника.

Существует еще ряд технических особенностей DVB, не позволяющих передавать на спутник сигнал одной программы радио в этом стандарте. Перечислять их все нет необходимости, важно следующее: чтобы транслировать радио через спутник в DVB, необходимо использовать действующий передающий телепорт («Uplink»), транслирующий хотя бы один телевизионный канал. Либо собирать на входе этого аплинка сигналы 8…20 радиостанций, чтобы суммарная битовая скорость приблизилась к скоростям DVB.

Рис.3.1. цифрового спутникового телевидения

По этой причине радиостанция, которой необходимо вещать через спутник в DVB, не может построить собственный аплинк. Ей необходимо подключиться к «чужому» аплинку. Само по себе подключение требует минимальных аппаратных затрат. Стандарт DVB предполагает передачу телевидения со стереофоническим многоязыковым звуковым сопровождением, то есть одновременно с «картинкой» можно передавать несколько каналов звука. Большинство телевизионных кодеров MPEG-2/DVB уже в базовой конфигурации имеют входы как минимум двух стереофопар (2х2). Зачастую радио передается на свободной «звуковой дорожке» телевизионного канала. Если свободной дорожки нет, ее легко организовать, установив в кодер плату дополнительных звуковых входов. При этом остальное оборудование аплинка - кодеры, мультиплексор, модулятор, СВЧ-передатчик, антенна, системы питания и управления - остаются без изменений.

Однако чтобы доставить звуковой сигнал из студии FM-радиостанции до аплинка, нужна линия связи. Это может быть «темное волокно», радиорелейная линия, система передачи звука по сетям IP/Ethernet, ISDN и т.п. В Москве и крупных городах, где есть действующие аплинки и развиты оптические и цифровые сети, как правило, есть возможность организовать такую линию. В регионах это может быть неразрешимой проблемой. Не в каждом городе вообще есть DVB-шный телепорт, а аренда междугородного канала связи может оказаться дороже полосы на спутнике. Даже если телепорт в городе существует, прокладка до него волоконно-оптической линии или установка «релейки» могут оказаться непомерно дорогими.

Еще раз вкратце перечислим достоинства и недостатки технологии DVB применительно к трансляции радио:

Достоинства:

v Простое, надежное и очень дешевое приемное оборудование;

v Собственное передающее оборудование не требуется

v Разрешительные документы не требуются

v Трансляции могут приниматься как станциями-ретрансляторами, так и индивидуальными владельцами спутниковых «тарелок»

Недостатки:

v Радиостанция вынуждена использовать не принадлежащее ей передающее оборудование. Соответственно, владельцы телепорта могут диктовать радиостанции свои условия.

v Для подключения необходима надежная линия связи от студии FM-радиостанции до телепорта. Если линия арендуется у операторов связи, за нее нужно платить.

3.2 Трансляция по технологии SCPC Audio

SCPC Audio- классическая технология доставки сигналов сетевой FM-радиостанции ее партнерам-ретрансляторам в других городах. Основное ее достоинство - автономность. FM-радиостанция может построить и использовать собственную передающую спутниковую станцию (Uplink), размещенную где угодно - как правило, непосредственно рядом со студией. Особенно актуально использование SCPC для региональных радиостанций, у которых студии находятся не в Москве. Аренда спутникового канала SCPC обходится дешевле, чем аренда такого же по скорости канала любой другой технологии. Правда, на приемных станциях приходится использовать довольно дорогое специфическое оборудование. Однако, станций-ретрансляторов, как правило, немного, и стоимость единожды купленного оборудования быстро окупается экономией на платежах за связь.

Земная станция спутниковой связи, установленная в студии, работает только на передачу. На ней устанавливается обычный спутниковый модем с последовательным интерфейсом RS-449 и кодер ComStream DAC7000, который преобразует звук в последовательный цифровой поток со скоростью 128…392 кбит/с. Используется цифровое сжатие звука MPEG-1 Layer3.

Несколько лет назад существовало несколько систем для SCPC Audio, например, подобное оборудование выпускала фирма Wegener Communications. Сейчас альтернативы не существует - оборудование SCPC Audio производит только Radine-ComStream (сейчас кодер DAC7000 выпускается под маркой Tiernan).



Рис.3.2. земная станция спутниковой связи.

Размер антенны передающей станции, как правило, 1,2…2,4 м для Ku диапазона или 1,8… 3,7 м для С-диапазона. Мощность передатчика - от 2 до 15 Ватт. Стоимость аплинка SCPC Audio - 25…30 тысяч долларов, что вполне подъемно даже для региональной радиостанции.

На станциях-ретрансляторах устанавливаются обычные приемные спутниковые антенны - такие же, как для спутникового телевидения. К антенне подключается специфический приемник ComStream ABR202, который сочетает в себе однонаправленный спутниковый модем и декодер MPEG. С выходов приемника снимаются аналоговые сигналы звука (симметричные) или цифровые сигналы в формате AES/EBU. Диаметр приемных антенн - 1,2…2,4 метра. ABR202 - довольно дорогое оборудование (около $1500). Однако в связи с массовым переходом московских радиостанций на DVB в регионах скопилось множество неликвидных приемников ABR202, бывших в употреблении. Это очень надежное оборудование, оно работает годами в круглосуточном режиме без заметного ухудшения характеристик. Б/У приемник будет служить долгие годы не хуже нового. А купить его можно дешевле в несколько раз.

Достоинства:

v обственная относительно недорогая передающая станция

v Минимальная стоимость аренды канала.

Недостатки:

v Дорогое приемное оборудование. Индивидуальный прием непосредственно со спутника невозможен.

v Требуется получение разрешительных документов

3.3 Потоковое вещание через спутник

Это решение предназначено для радиостанций, которые не имеют своих эфирных передатчиков и вещают в сети Интернет. Иногда их называют «сетевыми», «онлайновыми» или «Интернет-радиостанциями». Параллельное вещание в Интернете практикуют также и «настоящие» FM-радиостанции.

Теоретически любой пользователь Интернета может принимать трансляции любой Интернет-радиостанции с помощью персонального компьютера. На самом деле все не так просто. Для прослушивания онлайнового звука с хорошим качеством необходим доступ в Интернет с гарантированной средней скоростью от 64 кбит/с, иначе звук будет «рваться» и «икать». Далеко не каждый провайдер в России, особенно в небольших городах, может предоставить такое подключение.

Другое дело - если организовать потоковое вещание через спутник. Сетевой радиостанции для этого не нужно вообще никакого оборудования - ее сигнал уже «оцифрован», сжат и упакован в IP-пакеты. Нужно только доставить их на телепорт оператора, который предоставляет услуги «одностороннего спутникового интернета» (по технологии DVB-IP). Это не проблема, поскольку и телепорт, и сама сетевая радиостанция, как правило, имеют высокоскоростное и надежное подключение к Интернет. На аплинке спутникового оператора IP-пакеты радиопрограммы упаковываются в DVB и «поднимаются» на спутник вместе с другими данными «спутникового Интернета». Звуковым пакетам предоставляется приоритет, благодаря чему они передаются на спутник немедленно с поступлением, без пауз и очередей, независимо от того, насколько спутниковый канал связи загружен данными «простых смертных» абонентов.

Рис.3.3. интернет-радиостанциями

«Интернет-радио» со спутника могут слушать индивидуальные пользователи «спутникового Интернета» с помощью ПК с DVB-PC карточкой (SkyStar - 2 или подобной). В принципе, ничто не мешает подключить к выходу звуковой карты ПК FM-передатчик и ретранслировать радио в реальном эфире, если сетевая радиостанция имеет соответствующую лицензию.

Поток можно также ретранслировать в сеть местного Инетрнет-провайдера. Для этого на провайдерском узле нужно установить DVB-приемник-маршрутизатор с поддержкой мультикастинга (протокола IGMP) - EMR5200, EMR1800, Pent@Office, ForsWay F-20 и т.п. На худой конец, это может быть обычный ПК с карточкой SkyStar, сетевой платой и программным маршрутизатором. Все абоненты этого провайдера смогут прослушивать онлайновое радио на своих ПК.

На первый взгляд такое решение кажется избыточным - ведь их компьютеры и так подключены к Интернет. Почему бы им не принимать радио непосредственно с сервера сетевой радиостанции, как все другие сервисы Интернета? Резон прямой: вместо дорогого и медленного внешнего трафика можно получить дешевый и быстрый внутренний. Через спутник потоковое радио попадает прямо на провайдерский узел, минуя самое «узкое» место - внешний канал доступа в Интернет. Обычно этот канал имеет не такую уж высокую пропускную способность, и он сильно загружен трафиком абонентов. А сама распределительная сеть провайдера, как правило, широкополосная - к абоненту идет линия 10 Мбит/с, а магистрали строятся на 100 Мбит/с и даже на 1 Гбит/с Ethernet. За внешний трафик провайдер платит вышестоящему провайдеру, а со спутника он принимает поток радио бесплатно. И может раздавать его абонентам тоже бесплатно или за очень небольшие деньги.

3.4 Трансляция с переприемом (в два скачка)

Можно построить сеть спутникового радиовещания, которая совмещала бы в себе достоинства технологий SCPC и DVB: дешевый и компактный собственный передающий комплекс (аплинк) и недорогое приемное оборудование. Для этого необходимо использовать промежуточную земную станцию-ретранслятор, которая принимала бы радио в одном формате, а передавала бы в другом. Проще всего в качестве такого ретранслятора использовать центральную земную станцию сети спутниковой связи одного из действующих операторов. Это станция с большой антенной и мощным передатчиком, поэтому и на радиостанции, и в местах приема можно использовать антенны малого диаметра.

Например, можно построить на радиостанции аплинк SCPC Audio, а на ЦЗССС установить приемник, который бы выдавал на выходе аналоговый звук. Дальше его можно подать на вход кодера MPEG-2/DVB и передать на спутник уже в стандарте DVB. Принимать программы радио смогут как региональные ретрансляторы, так и владельцы индивидуальных «тарелок» на обычные «бытовые» приемники DVB.

Можно сделать оборудование, особенно аплинк, намного дешевле, если на передачу использовать не SCPC, а «двусторонний спутниковый Интернет» (TDM/FTDMA)

Рис.3.4. аналоговый звук из студии радиостанции

Аналоговый звук из студии радиостанции подается на вход IP-стримера - устройства для потокового вещания. Стример оцифровывает звук, сжимает его, упаковывает в IP-пакеты и отправляет в сеть с мультикастовым IP-адресом. Стример может быть специальным устройством, но чаще это компьютер с хорошей звуковой картой и соответствующим программным обеспечением. Абонентский терминал «двустороннего спутникового Интернета» передает данные IP через спутник на Центральную станцию сети («хаб»). На хабе вообще не нужно никакого дополнительного оборудования, надо только настроить маршрутизацию IP таким образом, чтобы звуковые пакеты «разворачивались» из входящего потока сразу в исходящий. А исходящий поток от хаба передается в стандарте DVB, и его можно принимать на обычный компьютер с DVB-PC картой (SkyStar и т.п.).

Все решения, использующие связь в два скачка, имеют общий серьезный недостаток: дважды используется полоса на спутнике, соответственно, аренда каналов спутниковой связи получается вдвое дороже.

4. Решения для провайдеров Интернет

Двунаправленный канальный доступ в Интернет по технологии SCPC.

Содержание услуги: двунаправленный (симметричный или асимметричный) выделенный канал с фиксированной скоростью, без учета потребляемого трафика.

Региональные провайдеры, расширяя свой бизнес, часто сталкиваются с ограниченными возможностями наземных магистральных каналов: не в любом городе можно получить надежный высокоскоростной канал доступа в Интернет по приемлемой цене. Спутниковая связь снимает все ограничения. Используя технологию SCPC, можно подключить оборудование провайдера к узлу крупного оператора связи в Москве (или другом большом городе) напрямую через спутник, минуя «наземные» сети.

Рис.4.1. региональные провайдеры

На узле регионального провайдера монтируется земная станция спутниковой связи. На узле оператора, предоставляющего канальный доступ в Интернет, как правило, уже установлена земная станция - к ней добавляется один спутниковый модем. Между двумя станциями устанавливается последовательный канал «точка-точка». Каждой земной станции выделяются «персональные» полосы частот для приема и передачи через спутник. Эти полосы всегда в полном распоряжении клиента и не могут быть использованы кем-то другим. Отсюда достоинства и недостатки технологии:

Достоинства:

v Самодостаточность. Спутниковый канал SCPC - полноценный доступ в Интернет операторского класса. Провайдер может использовать его, как основной, и даже как единственный канал доступа.

v Гарантированная постоянная скорость передачи данных. Она определяется только шириной арендованной полосы на спутнике (т.е. размером абонентской платы) и энергетикой земных станций (размерами антенн и мощностью передатчиков). Скорость не зависит от времени суток и дня недели, на нее никак не влияет активность других клиентов этого же оператора.

v Высокая готовность канала. Данные, поступившие на передачу, передаются мгновенно и, пройдя через спутник, немедленно принимаются на «ответном конце» с минимальной задержкой (около 250 мсек).

v Минимальная стоимость канала в пересчете на 1 Мбит/сек. SCPC при прочих равных условиях позволяет передать в единицу времени больше информации, чем любая другая технология спутниковой связи. Во-первых, в канале SCPC практически отсутствует «оверхед» - служебная информация, необходимая для адресации, аутентификации и т.п. Во-вторых, земная станция SCPC работает в паре с другой такой же станцией, их параметры пользователь может выбрать по своему усмотрению - лишь бы они соответствовали друг другу. Поэтому у пользователя есть альтернатива. Он может приобрести недорогую ЗС с небольшой антенной и слабым передатчиком, тогда ему придется использовать хорошо защищенную от помех, но малоинформативную модуляцию QPSK и помехоустойчивое кодирование с большой избыточностью. В результате понадобится широкая полоса частот на спутнике. А можно использовать более «плотные» схемы модуляции (8PSK, 16QAM, 32 APSK) и слабые помехозащитные коды - это позволит использовать более узкую полосу частот для передачи с той же скоростью. Однако тогда потребуются земная станция с антенной большого размера и более мощный передатчик. Таким образом, пользователь сам выбирает между суммой первоначальных затрат и суммой ежемесячных платежей.

Недостатки:

v Довольно громоздкое и дорогое оборудование. Земная станция технологии SCPC («магистральная» ЗС) - серьезное сооружение. За редкими исключениями, для SCPC используются антенны от 2,4 м. Стоимость оборудования земной станции - от $20 000 и выше. Как правило, оператора, предоставляющего услугу, уже есть центральная (например, в Москве) или узловая (в крупном городе) земная станция с большой антенной и мощным передатчиком. Клиент устанавливает только одну станцию - у себя. Оператор связи использует одну антенну и передатчик для всех своих клиентов, для каждого нового клиента добавляется только новый спутниковый модем. Почти все операторы спутниковой связи готовы дать своим клиентам оборудование ЗС в аренду или в рассрочку. Правда, затраты на проектирование, согласование, доставку, монтаж и пусконаладку ЗС остаются.

v Необходимость получения частот. По закону для эксплуатации земной станции SCPC необходимо частотное присвоение и операторская лицензия. Это довольно сложная и долгая процедура. Есть ряд способов легально работать, не получая эти разрешения. Звоните, пишите - мы расскажем, как.

v Низкая эффективность использования спутникового ресурса. За выделенный канал предполагается фиксированная ежемесячная плата в зависимости от его скорости. Трафик Интернета не тарифицируется. Провайдеру выгодно использовать выделенный канал SCPC, если он имеет сравнительно большую абонентскую базу и может обеспечить постоянную загрузку канала, близкую к 100%-ной. Если канал загружен слабо, абоненты провайдера принесут мало денег, а платить за спутниковый канал связи все равно придется «по полной». Правда, SCPC позволяет гибко подстраивать параметры сервиса под нужды клиента. Можно первоначально купить канал с маленькой скоростью, а, как только он будет достаточно загружен, и у абонентов появятся первые проблемы, расширить его. Можно сделать любую асимметрию по скорости «со спутника/на спутник».

5. Двунаправленный канальный доступ в Интернет по технологии Mesh/SCPC/Hub

Содержание услуги: двунаправленный (симметричный или асимметричный) выделенный канал с фиксированной скоростью, без учета потребляемого трафика. Это альтернатива предыдущему решению, но на основе другой технологии. Первоначальные затраты существенно ниже, стоимость услуги несколько выше.

На узле регионального провайдера устанавливается абонентская станция полносвязной спутниковой сети (Mesh). В такой сети бывает до нескольких сотен станций, которые могут связываться друг с другом по принципу «любой и любым». Все станции сети используют одну частоту на спутнике, разделяя ее по времени. Разделением общего канала «ведает» центральная станция сети («хаб») - она передает всем абонентским станциям единые сигналы временной синхронизации, анализирует их потребности в доступе к общему каналу и распределяет пропускную способность канала между ними. Под управлением одного хаба могут работать сразу несколько сетей Mesh, каждой из которых выделяется своя полоса частот на спутнике. По технологии Mesh строятся корпоративные спутниковые сети, в которых надо соединить несколько удаленных друг от друга подразделений компании по принципу «каждый с каждым».

Если нужно соединить всего две точки, используется сеть Mesh из двух станций, работающих только друг с другом. Такая сеть с точки зрения пользователей представляет собой полный аналог спутникового канала SCPC, поэтому такую схему называют Mesh/SCPC. В отличие от настоящей SCPC, станции Mesh/SCPC работают не автономно, а управляются центральной станцией спутникового оператора. Если в SCPC используются отдельные частоты для работы на передачу каждой из станций, то в Mesh/SCPC обе станции используют для передачи одну и ту же частоту, разделяя ее по времени. Иначе говоря, если в SCPC связь дуплексная, то в Mesh/SCPC - полудуплексная.

Для канального доступа в Интернет используется «вырожденная» сеть Mesh, состоящая вообще из единственной абонентской станции. В качестве второй станции для этой задачи удобнее всего использовать «хаб». Во-первых, он находится в крупном городе и напрямую подключен к магистральным каналами связи, поэтому на самом «хабе» Интернет очень дешевый. Во-вторых, на «хабе» используется антенна большого диаметра и передатчик большой мощности, поэтому энергетический запас в канале связи между абонентской станцией и «хабом» гораздо выше чем в канале между двумя абонентскими станциями. Это позволяет использовать более информативные схемы модуляции (например, 8PSK), то есть передавать данные с той же скоростью в меньшей полосе частот, а, значит, платить меньше денег за аренду спутникового канала связи.

Рис.5.1. Двунаправленный канальный доступ в Интернет по технологии Mesh/SCPC/Hub

Такая схема иногда обозначается Mesh/SCPC/Hub, потому что, в принципе, работает аналогично выделенному каналу SCPC от клиента до «хаба». Будучи неким промежуточным вариантом между «классической» технологией SCPC и «двусторонним спутниковым Интернетом», решение Mesh/SCPC/Hub в некоторой мере сочетает достоинства и недостатки обеих технологий:

Подключение Mesh/SCPC/Hub обеспечивает выделенный канал с постоянной гарантированной скоростью, как SCPC. При этом не нужно строить новый канал спутниковой связи (как в SCPC), надо всего лишь подключиться к существующей сети действующего оператора (так же, как в «спутниковом Интернете»). Это существенно упрощает процессы проектирования, выделения частот, сдачи в эксплуатацию и т.п.

Оборудование для Mesh/SCPC в общем случае дешевле, чем оборудование для SCPC, но примерно в 2-2,5 раза дороже, чем для спутникового Интернета.

Стоимость выделенного канала Mesh/SCPC/Hub в расчете на 1 Мбит/сек несколько выше, чем канала SCPC. Зато существенно ниже, чем канала спутникового Интернета. Это обусловлено тем, что в сети сети Mesh, кроме полезной информации, передается довольно большой трафик управления.

Как и технология SCPC, канал Mesh/SCPC/Hub позволяет сэкономить на спутниковой полосе, используя высокоплотные схемы модуляции. Правда, возможности SCPC в этом отношении намного шире - там все определяется только стоимостью оборудования земной станции. А в сети Mesh можно использовать только те схемы модуляции, которые поддерживаются оборудованием «хаба». В спутниковом Интернете такая экономия невозможна вообще - там все без исключения станции сети должны работать с одинаковыми параметрами сигналов.

Максимальная технически достижимая скорость передачи данных для Mesh/SCPC/Hub (до 3 Мбит/с в обе стороны)? намного больше, чем для «двустороннего спутникового Интернета», но намного ниже, чем для SCPC.

Абонентская станция Mesh/SCPC/Hub - приемо-передающее оборудование, поэтому для ее установки требуются разрешительные документы. Однако частотные присвоения не требуются, потому что станция подключается к действующей спутниковой сети, и будет работать на частотах, которые уже получены оператором этой сети. В общем случае, для Mesh/SCPC/Hub используются антенны до 2,4 м и передатчики до 2 Вт (в диапазоне Ku), поэтому можно оформить разрешительные документы по упрощенной процедуре, как для «спутникового Интернета».

5.1 Однонаправленный широкополосный доступ Broadband Frame Relay One Way

Содержание услуги: однонаправленный канальный доступ операторского класса с гарантированной минимальной скоростью до 30 Мбит/с без ограничения трафика.

Это решение для крупных провайдеров в регионах. Оно позволяет расширить существующий наземный канал доступа и значительно снизить стоимость входящего трафика.

Рис.5.2. однонаправленный широкополосный доступ Broadband Frame Relay One Way

На узле регионального провайдера устанавливается приемная спутниковая антенна со специальным приемником-маршрутизатором Frame Relay. Входящий трафик поступает через спутник от телепорта крупного оператора (например, в Германии). Для исходящего трафика используется любой канал связи - как правило, «наземный». В принципе, может быть использован и спутниковый канал связи, например, SCPC. В принципе, схема связи такая же, как у однонаправленного спутникового Интернета. Однако от «спутникового Интернета» сервис Broadband Frame Relay One Way имеет два принципиальных отличия:

v гарантированная минимальная скорость

v низкая стоимость, соизмеримая со стоимостью наземных каналов.

Один высокоскоростной спутниковый канал связи обслуживает одновременно нескольких пользователей. Для разделения пропускной способности между пользователями используется стандартный протокол Frame Relay. Он имеет широкие возможности по делению одного физического канала на несколько виртуальных каналов, в каждом из которых можно передавать отдельный поток информации. Благодаря этому каждый пользователь получает гарантированный минимум скорости от 256 кБит/с до нескольких Мбит/с (теоретически до 110 Мбит/с), при этом максимальная скорость зависит от текущей загрузки канала и может быть в несколько раз выше гарантированной.

Для передачи используются высокоинформативные схемы модуляции - 8PSK и 16QAM, которые позволяют передать соответственно в 1,5 или в 2 раза больше информации в единицу времени в той же полосе частот, чем модуляция QPSK, которая используется в цифровом телевидении и спутниковом Интернете DVB-S. Это позволяет получать сервис по цене, соизмеримой с ценой выделенных каналов от «наземных» магистральных операторов, например, «Ростелекома» или «Транстелекома».

Достоинства:

v Гарантированная минимальная скорость и «плавающая» максимальная скорость. С одной стороны, такое сочетание позволяет провайдеру не беспокоиться за своих абонентов - даже в часы пиковых нагрузок скорость внешнего канала не опустится ниже минимума, и работа абонентов в Интернете останется более или менее комфортной. С другой стороны, у провайдера есть возможность эффективно зарабатывать. При фиксированных ежемесячных затратах за канал с гарантированной скоростью он получает неограниченный объем трафика. Чем больше абонентов подключает ISP, и чем больше трафика они потребляют, тем выше прибыль провайдера.

v Низкая стоимость канала. Стоимость 1 Мбит/с - от 1200 евро…$1600 в месяц в зависимости от оператора, от заказанной полосы и от используемой схемы модуляции.

v Разрешительные документы не нужны. Спутниковое оборудование работает только на прием, частоты получать не нужно, свидетельство о регистрации РЭС не требуется. Однако, поскольку оборудование входит в состав узла передачи данных и используется для предоставления платных услуг связи населению, оно должно быть сертифицировано, указано в схеме связи и сдано в эксплуатацию приемной комиссии вместе с другим оборудованием провайдерского узла.

v Масштабируемость. Пользователь - региональный провайдер может первоначально купить спутниковый канал связи с небольшой гарантированной скоростью, а затем, по мере роста своей абонентской базы и совокупного потребляемого трафика, увеличивать минимально гарантированную скорость. Кроме того, некоторые операторы предоставляют сервис со спутника одновременно с разными схемами модуляции: QPSK, 8PSK, 16QAM (в перспективе - 32APSK). Сервис с более информативной модуляцией стоит дешевле, зато значительно дороже оборудование для его приема. Пользователь может первоначально установить небольшую антенну и принимать сервис с модуляцией QPSK. Если качество сервиса его устраивает, он может установить антенну большего размера и принимать сигнал с 8PSK или 16QAM - это позволит в 1,5…2 раза снизить ежемесячные платежи.

Недостатки:

v Асимметричность. Broadband Frame Relay - однонаправленный сервис, он в принципе не может использоваться в качестве самостоятельного канала доступа в Интернет. Необходим «обратный канал» - наземный или спутниковый

v Ограниченная территория. В настоящее время сервис Broadband Frame Relay One Way транслируется на территорию РФ только тремя операторами и только через один российский спутник - Ямал 202 49,0Е в диапазоне «С» (4 ГГц). Сервис доступен только на Европейской части РФ и в Западной Сибири, примерно до меридиана Новосибирска.

v Высокая стоимость оборудования. Для приема сервиса с модуляцией QPSK достаточно антенны от 2,0м. Однако для приема 8PSK требуется антенна уже от 3,5 м, а для приема сигнала с 16QAM - от 4,5 м. Такие антенны представляют собой тяжелую и дорогую конструкцию, для их монтажа требуется проведение ряда проектных и общестроительных работ. Особенно актуальны эти проблемы при монтаже антенны на здание, особенно жилое. Необходима полная уверенность, что конструкции здания выдержат ветровые нагрузки. Сигналы со сложными схемами модуляции критичны к характеристикам LNB (конвертеров). Для приема сигнала Broadband Frame Relay обычные LNB не годятся, необходимо использовать специальные конвертеры с низкими уровнями фазовых шумов - производства NorSat, New Japan Radio, California Amplifier и аналогичных. Для приема используются специфические приемники-маршрутизаторы Frame Relay. Разные операторы используют маршрутизаторы разных производителей, несовместимые друг с другом. Например, для приема сервиса германского оператора InSat с модуляцией 8PSK/16QAM используются приемники IPricot Ipr-S1110FR французской компании i2e Technologies стоимостью около 4000 евро. Однако, поскольку операторы кровно заинтересованы в увеличении числа пользователей, они, как правило, готовы предоставить LNB и приемник-маршрутизатор в аренду или продать в рассрочку. А мы поставляем и монтируем антенны больших диаметров.

v ООО «Саткомсервис» разыскивает по России неиспользуемые антенны земных станций от 3,5до 12 метров. Это советские антенны спутниковой связи производства ОКБ МЭИ (ГНПП АТС), «Сатис-ТЛ» и НПО «Прикладная Механика». Мы их покупаем, демонтируем, перевозим и монтируем в новом месте для клиентов InSat. Б/У антенна, грамотно разобранная, упакованная и перевезенная, по электрическим характеристикам не отличается от новой. Мы выполняем работы «с нуля» «под ключ»: обследуем место монтажа, делаем строительный проект, изготавливаем и монтируем промежуточную опорную конструкцию (раму, фундамент, площадку и т.п.), монтируем и настраиваем антенную систему.

v Иногда вообще нет необходимости в перевозке и монтаже антенны - мы находим подходящую неиспользуемую антенну в одном городе с потенциальным клиентом. В этом случае мы договариваемся с владельцами антенны о сдаче ее в аренду «на корню» - прямо там, где она стоит. Затем мы модернизируем антенну, настраиваем ее для приема сервиса InSat и помогаем организовать оптическую, медную или беспроводную линию связи от спутникового приемника-маршрутизатора до сетевого оборудования клиента.

5.2 Комбинированные решения Broadband Frame Relay One Way - SCPC или Mesh/SCPC

Такая комбинация позволяет превратить однонаправленный сервис Broadband Frame Relay в двунаправленный.

Известно, что трафик пользователей асимметричен, асимметрия скоростей составляет от 1:4 до 1:10 в пользу входящего трафика. Поэтому провайдер Интернет может использовать дешевый канал Frame Relay для большого входящего трафика в сочетании с более дорогим каналом SCPC или Mesh/SCPC для небольшого исходящего. Можно таким образом получить и невысокие входные цены, и полную независимость от местных «наземных» операторов.



Рис.5.3. Комбинированные решения Broadband Frame Relay One Way - SCPC

В случае с SCPC можно организовать обратный спутниковый канал через тот же спутник, то есть с использованием одной антенны как для прямого, так и для обратного канала. Однако в этом случае антенная система (а для приема Frame Relay используется антенны до 5 метров и более) из приемной превращается в приемо-передающую со всеми вытекающими последствиями. Ужесточаются требования к качеству антенны, соответственно, вырастает ее стоимость, усложняется процедура получения разрешительных документов. Зато прямой и обратный канала будут «приземляться» на узел одного и того же оператора спутниковой связи, что намного надежнее и удобнее.

Рис.5.4. обратный канал по технологии Mesh/SCPC/Hub

Обратный канал по технологии Mesh/SCPC/Hub можно организовать только через другой спутник и через другого оператора - это означает, что понадобятся две отдельных антенны. Правда, большая антенна будет чисто приемная, и никакие разрешительные документы для ее эксплуатации не понадобятся. Приемо-передающая антенна будет относительно небольшая, и разрешительные документы на ее использование можно будет получить по «упрощенной процедуре». Часто пользователю даже не нужно делать это самому - за небольшую плату оформлением документов занимается оператор спутниковой сети, который предоставляет услугу.

6. Двунаправленный спутниковый Интернет - TDM/FTDMA (Star)

Содержание услуги: двунаправленный доступ в Интернет через спутник. В зависимости от выбранного тарифного плана, пользователю может быть предоставлен:

v виртуальный выделенный канал с фиксированной скоростью и фиксированной абонентской платой без учета трафика

v доступ с минимальной гарантированной скоростью с фиксированной минимальной абонентской платой и лимитом трафика. Трафик сверх лимита оплачивается помегабайтно.

v доступ без гарантированной скорости с фиксированной минимальной абонентской платой и лимитом трафика. Трафик сверх лимита оплачивается помегабайтно.

Это широко распространенная технология, называемая в народе двунаправленный спутниковый Интернет (он же «двусторонний», «симметричный» или «дуплексный» спутниковый Интернет). Решение представляет собой подключение к существующей сети спутниковой связи с топологией «звезда» (Star). Сеть состоит из центральной станции - «хаба», находящейся в Москве или другом крупном городе, и множества абонентских станций. За счет того, что на «хабе» установлена антенна большого диаметра (4,5…7,0 м), передатчик большой мощности (100…400 Вт) и высокоинтеллектуальная система управления, абоненты могут использовать так называемые малые земные станции спутниковой связи (МЗССС) с антеннами 1,2…2,4м, передатчиками 1…4 Вт и относительно простыми абонентскими терминалами. Все активные абонентские станции принимают данные со спутника на одной частоте, и передают на спутник тоже на одной частоте, разделяя ее по времени. Как правило, в сетях Star работает от нескольких сотен до нескольких тысяч абонентских станций.