Изучение спутниковых широкополосных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В последние годы значительно увеличилась популярность технологий беспроводного доступа, особенно широкополосного. Спутниковые широкополосные системы будут играть важную роль в сокращении цифрового разрыва за счет дополнения наземных сетей сверхбыстрой широкополосной связью в отдаленных и сельских районах. На начало 2020 года более 4,5 миллиарда людей пользуются интернетом. Однако около 40% населения мира до сих пор живет без доступа в интернет. Системы широкополосной спутниковой связи следующего поколения будут играть важную роль в достижении такой цели, поскольку ускоренное развертывание наземной широкополосной технологии не сможет удовлетворить это требование в наиболее труднодоступных местах. Исследования рынка показывают, что в значительном числе регионов Европы более 50% помещений будут лишены доступа к сверхбыстрой широкополосной связи либо из-за отсутствия покрытия в районах, где потенциал доходов для поставщиков наземных услуг слишком низок (необслуживаемые районы), либо из-за технологических ограничений, которые уменьшают доступную скорость передачи данных конечным пользователям в сельской местности (недостаточно обслуживаемые районы).

Согласно последним исследованиям необходимая спутниковая мощность для обслуживания адресного рынка спутниковой широкополосной связи в Европе в 2020 году составит порядка 2-5 Тбит / с. В этих исследованиях средняя скорость передачи данных в течение часа занятости составляет порядка 1 Мбит /с на домохозяйство. Для того, чтобы быть в состоянии обслуживать этот растущий спрос потребуется более одного передового спутника высокого Througphut (HTS). HTS следующего поколения должны быть в состоянии предложить как более высокую общую пропускную способность, так и более высокие скорости передачи данных конечным пользователям, гибкость для адаптации к спросу на трафик в зоне покрытия и в то же время снизить стоимость за передаваемый бит. HTS (англ. high-throughput satellite) -- класс спутников связи с высокой пропускной способностью, которые обеспечивают увеличение общей пропускной способности по сравнению с традиционными спутниками от двух до 20 и более раз при том же самом орбитальном спектре частот в узких мощных лучах. Эти лучи имеют повышенную энергетику, и как следствие, более высокую пропускную способность, спектральную эффективность бит/Гц и скорость передачи данных терминалов. HTS спутники следующего поколения открывают еще большие перспективы за счет применения открытой архитектуры, комбинации лучей различных диапазонов частот C, Ku и Ка и их гибкой коммутации на спутнике. Развитие HTS является наиболее эффективной стратегией для дальнейшего развития перегруженной геостационарной орбиты. В ближайшие годы ожидается резкое увеличение спутниковой полосы HTS, а операторы связи и производители оборудования столкнутся с необходимостью перевода сетей с традиционных на HTS спутники.

Большая пропускная способность позволяет уменьшать стоимость использования спутникового канала. Наиболее известные спутники этой категории -- ViaSat-1 и EchoStar XVII (известный также как Jupiter-1), они обеспечивают общую скорость передачи данных более 100 Гбит/с, что более чем в 100 раз превышает ёмкость традиционных спутниковых каналов. Спутник ViaSat-1 был запущен в октябре 2011 года и имел общую скорость передачи информации 140 Гбит/с, что больше, чем у всех остальных коммерческих спутников связи в Северной Америке.

Принципиальная разница между HTS и традиционными спутниками состоит в наличии у первых множества лучей, что позволяет повторно использовать их частотный ресурс. Основным элементом таких спутников является антенная система. Её параметры определяют потенциальные возможности всей системы. Выбор необходимых параметров антенной системы, рабочей зоны, ориентации лучей и др. влияет на окупаемость спутниковой системы. В настоящее время используются многолучевые зеркальные антенны, выполненные по типу «один рупор - один луч». Возможна также реализация бортовых многолучевых антенн с кластерными облучателями, так как это решение, несмотря на то, что проигрывает по антенным техническим параметрам, однако позволяет существенно сократить массу антенной системы HTS за счёт сокращения числа облучателей антенн в её составе. Патент на такие антенны был получен в России в 1994 году в корпорации РКК Энергия, использовалась такая антенна на спутнике Ямал-100.

1. Технологии HTS

Высокопроизводительный спутник (High Throughput Satellite) - это спутник, производительность которого во много раз превышает производительность традиционных спутников, при одинаковом объеме выделенных спутнику частот. Для сравнения, обычный спутник способен передавать порядка 2 Гбит/с. Спутники Intelsat IX-серии являются более производительными и имеют большую емкость, порядка 4 Гбит/с. HTS-спутники намного производительнее за счет:

-- Повторного использования частот

-- Использования большого набора высокоэнергетичных точечных лучей

-- Снижения стоимости передачи бита информации, независимо от спектральной емкости

Несмотря на то, что системы HTS предназначены для предоставления услуг связи с высокой пропускной способностью, учитывая значительное увеличение пропускной способности системы, которые достижимы, они могут предоставлять ряд услуг аналогично традиционным устаревшим спутникам. Однако, как правило, менее уместно использовать спутник HTS для вещания телевидения на больших площадях, поскольку это подразумевало бы использование нескольких лучей, передающих одну и ту же информацию, для охвата больших стран. Более простой спутник может обеспечить обслуживание по более низкой цене (или более широкий луч на другой системе). Уже запущено более десятка спутниковых систем HTS, еще несколько выйдут на орбиту в ближайшие годы. Эти системы поддерживаются различными коммерческими поставщиками, которые продают мощности напрямую или через посредников конечным пользователям в пределах конкретной зоны покрытия каждой системы-очевидно, что это сильно варьируется в зависимости от конечного выбранного положения геостационарной орбиты и выбора антенн и лучей, развернутых на платформе. Внедрение этих систем значительно расширило общий объем мощностей, поставляемых на рынок, при этом запущенные и известные плановые системы приближаются к 1 Тбит / С3 мощности в течение нескольких лет. Поскольку каждая система имеет определенную зону покрытия, общая мощность, поставляемую в любом данном месте явно меньше этого объема.

Спутники HTS обычно работают в двух основных частотных диапазонах: Ku и Ka-диапазонах. Многие системы HTS уже выведены на орбиту и уже обеспечивают многие Гбит / с мощности, что значительно расширяет поставки с 1990-х годов. Они могут быть развернуты во многих диапазонах спектра, но в основном находятся в диапазонах Ku (нижний) и Kaband (верхний). Запуски будут продолжаться с 2015 года, в первую очередь Intelsat EPICNG (в Ku), Inmarsat Global Xpress и Avanti HYLAS 3 и HYLAS 4 (в Ka), и будут продолжаться в обозримом будущем, особенно в более крупном и несколько менее плотно занятом Ka-диапазоне.

Распределение частот определяется Международным союзом электросвязи на международном уровне и гомогенизируется по регионам мира. В глобальном масштабе определены три региона, и регион 1 охватывает всю Европу, Россию, арабский полуостров и весь Африканский континент.

В Ка-диапазоне частот, доступные для спутника в регионе 1, являются:

n для нисходящих каналов: 17.7-20.2 ГГц, 17.3 - 17.7 ГГц и 21.4 - 22.0 ГГц.

n для восходящих линий: 27.5-30.0 ГГц и 24.65-25.25 ГГц.

Диапазон 19,7-20,2 ГГц (спутниковая нисходящая линия связи) и диапазон 29,5-30 ГГц (спутниковая восходящая линия связи) зарезервированы исключительно для спутникового использования (2 х 500 МГц). По решению комитета в Европе электронно-связи (ЕСС), в этих полосах частот Ka-диапазона терминалы VSAT освобождаются от индивидуального лицензирования по низким terminals4 власти. FSS 17.3-18.1 GHz (спутниковая нисходящая линия связи) совместно используется с фидерными линиями спутниковой службы вещания (BSS). Все остальные части Ка-диапазона на частотах 27,5 - 29,5 ГГц, 24,65 - 25,25 ГГц, 17,7 - 19,7 ГГц и 21,4 - 22,0 ГГц имеют совместное первичное распределение частот для спутниковых служб, совместно используемых с наземными службами (например, фиксированные службы-FS), и, таким образом, использование спутниковых служб будет зависеть от координации частот на конкретных участках земной станции с близлежащими наземными радиосистемами.

Рассматривая структуру Intelsat Epic, необходимо рассмотреть пять атрибутов HTS-системы:

1. Производительность - количество информации передаваемой за единицу времени;

2. Спектральная эффективность, напрямую зависит от производительности;

3. Покрытие - географическая зона, в которой предоставляются с путниковые сервисы;

4. Сетевая архитектура, предполагает использование не только топологии «звезда», применяемой большинством HTS-систем;

5. Частотный диапазон и характеристики спектра.

Все пять компонентов оказывают влияние на процесс проектирования и создания спутника.

1. Производительность - скорость передачи информации, измеряемая в бит/с. Как можно увеличить количество бит передаваемых за секунду?

Производительность является функцией двух составляющих:

- ширины полосы пропускания (Гц);

- спектральной эффективности (бит/сек/Гц).

Одним из способов увеличения производительности является увеличение полосы пропускания, т.е. какую часть спектра можно использовать в данной орбитальной точке. Рассматривая вопрос об увеличении размеров «трубы», которую представляет собой спутниковый канал, передающий пользовательские данные. Размер «трубы» определяет доступную полосу пропускания.

Ресурс в 500 МГц можно представить в виде «трубы» соответствующего размера - HTS-технология призвана преодолеть ограничение по количеству передаваемой информации, накладываемое данным частотным ресурсом. Одним из способов преодоления ограничения полосы пропускания является повторное использование частот. 500 МГц в любом из диапазонов Ka, Ku или С могут быть повторно использованы на нескольких не пересекающихся зонах покрытия различных лучей. При повторном использовании суммарная полоса пропускания увеличивается. Но нельзя постоянно увеличивать производительность при отсутствии механизмов эффективного использования спектра. Спектральная эффективность определяет, сколько информации за единицу времени может быть передано через канал с определенной полосой пропускания. Необходимо оценивать насколько эффективно используется «труба», представляющая собой фиксированную пропускную способность канала связи. Необходимо стремиться к теоретическому пределу.

Повторное использование частот не обеспечит высокую эффективность. Увеличение повторного использования частот снизит возможность достижения максимальной эффективности. Для большей эффективности необходимо задействовать больше мощности. Рассматривая производительность необходимо говорить о компромиссе между эффективностью и полосой пропускания.

Современные пользовательские приложения предъявляют все большие и большие требования к производительности каналов связи - телевидение высокой четкости, приложения реального времени и т.д.

2. Спектральная эффективность. Мы говорили ранее о спектральной эффективности как о двигателе производительности, но она также является атрибутом HTS-технологии, основанной на повторном использовании частот в узконаправленных лучах. Использование таких лучей увеличивает эффективность в любом диапазоне частот. Уменьшение размеров луча обеспечивает достижение следующих целей:

- мощность спутника сконцентрирована в небольшой зоне, следовательно, можно достичь большей эффективности. Как правило, эта дополнительная мощность направлена на расширение размеров транспондеров спутника-ретранслятора;

- температура шума снижается вместе с уменьшением размера луча, позволяя обеспечить более эффективную передачу со стороны удаленной станции.

Второе, как правило, является значимым фактором. Если лучи с одинаковой частотой находятся слишком близко друг к другу, то они начинают интерферировать (мешать друг другу) снижая тем самым общую спектральную эффективность.

Интерференция может быть большей или меньшей в зависимости от близости лучей и количества лучей с одинаковой частотой. Поэтому необходимо обеспечить компромисс между повторным использованием частот и спектральной эффективностью.

Разработчики HTS-спутников разделяют доступный спектр частот на сегменты, которые изображают в виде контуров различного цвета, чем больше цветов, тем меньше повторного использования частот. Использование четырех цветов говорит о том, что частоты использовались повторно столько раз, сколько кругов, например, красного цвета.

В рассматриваемом примере каждый цвет представляет собой часть доступного спектра размером 250 МГц из доступного спутника 500 МГц, в двух поляризациях. Таким образом, обеспечивается полоса пропускания в 1 ГГц.

На данной картинке представлен пример, в котором лучи с одинаковыми частотами расположены гораздо дальше друг от друга - это уменьшает взаимную интерференцию между лучами, что в свою очередь позволяет говорить о большей эффективности. Обеспечивается меньшая суммарная производительность спутника за счет разделения доступного спектра на большее количество частей, поскольку частоты реже получают повторное использование. Выбор количества частей (цветов), на которые требуется разделить доступный спектр, зависит от задач, для которых будет использоваться данный спутник.

Для предоставления услуг пользовательского класса (Широкополосный доступ - ШПД), в случае, когда спутник обслуживается одним провайдером (Inmarsat GX, Tooway и другие закрытые платформы) меньшее количество цветов обеспечивает максимальное повторное использование частот (обеспечивается меньшая эффективность).

Однако если услуги предоставляются несколькими сервис-провайдерами, использующими обратные каналы с различными характеристиками, различные размеры антенн на стороне терминалов, то схема с большим количеством цветов окажется более подходящей. В этом случае ресурсом спутника будет пользоваться меньшее количество пользователей, но они будут обеспечены большей производительностью и доступностью линии связи. Это является важной задачей для обеспечения SLA, в том числе гарантированной скорости - CIR (Commeted InformationRate).

3. Покрытие. Географическая зона покрытия луча зависит от частоты. Рассмотрим стандартный спутник-ретранслятор, с антенной 2,5 м. Такой размер антенны определяется размером отсека полезной нагрузки ракеты-носителя, выводящей спутник на орбиту. Антенна диаметром 2.5 м., формирует луч в Ka-диапазоне с диаметром покрытия земной поверхности порядка 320 км, в Ku-диапазоне диаметр покрытия составит порядка 960 км, в С-диапазоне диаметр покрытия составит порядка 1600 км.

На этой картинке представлены зоны покрытия спутников в различных диапазонах частот, при использовании для ретрансляции антенны диаметром 2,5м.

Зоны покрытия спутника в Ka-, Ku- и С-диапазонах, при использовании антенны спутника диаметром 2.5м.

4. Архитектура сети. В сети используется открытая архитектура, основанная на следующих положениях:

- архитектура поддерживает множество топологий построения сети, которые определяют взаимодействие пользователей с центральной станцией;

Архитектура поддерживает использование множества видов сетевых технологий для наземных подключений.

Существует три типа топологий сети:

Звезда. Пользователи обслуживаются набором лучей - пользовательскими лучами (user beams). Связь между пользовательскими лучами осуществляется через центральную станцию (Satellite Hub - Хаб), которая обслуживается фидерным лучом (gateway beam). Центральная станция может быть подключена к наземным сетям передачи данных, например к сети Интернет. При использовании топологии типа «звезда», каждый пользователь для передачи данных должен пройти через общую точку сети - хаб, связь между пользовательскими лучами не предусмотрена. Большинство закрытых HTS систем пользовательского класса работают с использованием данного типа сетевой топологии;

Полносвязная топология - mesh. Если сетевая архитектура является открытой, то возможна реализация прямой связи между лучами, минуя центральную станцию.

Замкнутая топология - loopback. В топологии данного типа центральная станция и абонентские станции находятся в зоне действия одного и того же луча. В большинстве случаев данную топологию не удастся получить при использовании HTSсистем, доступной она становится только при использовании открытых платформ.

Степень открытости той или иной архитектуры HTS-систем определяется наземным сегментом сети. Если пользователь имеет возможность самостоятельно выбирать тип оборудования для подключения к спутниковой сети, то архитектура сети является открытой. Если для работы в сети пользователь должен использовать определенный тип хаба и терминалов, то такая архитектура является закрытой.C точки зрения клиентов, существует множество видов применения различных архитектур HTS-систем. Применение той или иной архитектуры зависит от конкретных задач, которые необходимо решить. В таблице представлены особенности работы HTS-систем с использованием закрытых и открытых архитектур.

5. Спектр. HTS-системы могут работать с различными диапазонами частот. Каким образом осуществляется выбор в пользу применения того или иного частотного диапазона? При выборе учитываются следующие критерии:

- Доступность частот. Большинство сервис-провайдеров работающих с HTS-системами используют Ka-дипазон, поскольку на сегодняшний день он являет максимально доступным; связь спутник сеть контроллер

- Атмосферные явления, влияющие на распространение сигналов, в рассматриваемом регионе. В случае дождя наименьшее влияние претерпит спутниковый сигнал, передаваемый в С-диапазоне, большее ослабляющее действие испытает сигнал, передаваемый в Ku-диапазоне, наибольшее ослабляющее действие испытает сигнал в Ka-дипазоне. В таких регионах как средний восток и большая территория США, влияние атмосферных осадков не является ограничивающим фактором для использования Ka-диапазона. В то же время, в Азии это является определяющим фактором, поскольку этот регион характеризуется обильными осадками.

Влияние атмосферных осадков на распространение сигналов в различных диапазонах частот.

- Доступность существующей инфраструктуры. В случае если у оператора уже имеется сеть, состоящая из нескольких сотен терминалов, то нет необходимости переводить всех абонентов в другой диапазон частот. Переход на использование HTS-системы возможен с минимальными капитальными затратами, без необходимости замены терминального оборудования.

С точки зрения применения в бизнесе, существует множество вариантов выбора частотного диапазона, используемого в HTS-системе. Ka-дипазон обеспечивает огромное преимущество при организации ШПД и для обеспечения максимальной производительности. Но Ku- и С-диапазоны являются более подходящими для приложений, где требуется обеспечить надежность связи. Выбор частотного диапазона зависит от:

- географической зоны, в которой предоставляются услуги - весь мир или определенная территория;

- требуемой производительности сети, стоимости канала связи;

- доступности резервирования - в случае возникновения проблем с используемым спутником, должна быть обеспечена возможность работы на другом спутнике, без необходимости замены наземного оборудования;

- доступность частотного ресурса - возможность оперативного выделения нужного частотного ресурса в требуемом частотном диапазоне.

Intelsat Epic является высокопроизводительной спутниковой платформой, основанной на открытой архитектуре, в которой применяются различные диапазоны частот. Платформа ориентирована на предоставление сервисов операторского класса. Использование Intelsat Epic позволит снизить стоимость передачи информации по спутниковым каналам связи и снизить стоимость владения садками.

2. Ka-диапазон: спутники

Ka-диапазон обеспечивает большую концентрацию мощности сигнала, чем Ku- и С-диапазоны. Предположим, что необходимо обеспечить покрытие очень большой территории, например, Африки. Такую территорию один из традиционных спутников Intelsat закрывает одним зоновым лучем (рис.1). Если будут использоваться лучи в Ka-диапазоне, с диаметром зоны покрытия 320 км, то понадобится очень большое количество лучей (рис.2), для работы которых понадобится весь спутниковый ресурс самой мощной существующей сегодня спутниковой платформы. Поэтому более выгодным видится использование более широких лучей в Ka-дипазоне (рис.3), или лучей в Ku-диапазоне (рис.4)

Рис.1 Зоновый луч (hemisphere beam) Рис.2 Ka-лучи с зоной покрытия 360 км.

Рис. 3 Широкие лучи в Ka-диапазоне Рис. 4 Ku-лучи

Однако, поскольку для работы в Ka-диапазоне требуется больший запас по мощности для снижения влияния атмосферных осадков, то для больших размеров луча, использование Ku-диапазона является более оправданным. Таким образом, если необходимо обеспечить спутниковую связь в Африке, это не получится сделать используя узконаправленные Ka-лучи, следует использовать более широкие лучи с диаметром зоны покрытия 960 км., но при этом теряются преимущества Ka-диапазона, т.к. лучи имеют такой же размер как и лучи в Ku-диапазоне, при этом необходимо держать запас мощности для снижения влияния атмосферных осадков.

С точки зрения обслуживания пользователей зона покрытия спутника зависит от используемой бизнес модели и рынка, для которого предназначены услуги связи. Например, большое количество пользователей сконцентрировано в одной географической зоне и все пользователи используют определенный тип приложений, им не требуется широкая зона покрытия. Таким образом, имеется возможность так спроектировать ресурс и покрытие спутника, чтобы удовлетворить данную группу пользователей и соответствующий им рынок услуг.

С другой стороны, необходимо предоставить услуги группе корпоративных клиентов и клиентам, работающим по всему миру - глобальные медиа-компании, сервис провайдеры, обеспечивающие связь посольствам по всему миру, военные. Таким пользователям, как правило, требуется надежный сервис во всей зоне обслуживания, с использованием надежного оборудования. Таким образом, многие операторы рассматривают возможность использования HTS-спутников.

Важным аспектом обеспечения гибкости предоставления услуг пользователям - это обеспечение переброски спутниковой ёмкости в другую географическую зону. Еще одним аспектом работы спутника является обеспечение мобильности. Тоже самое можно сказать относительно распределения морских путей по всему миру, VSAT сервис-провайдерам, как правило, требуется глобальное покрытие для предоставления надежного сервиса судам по всему миру.

3. Основные глобальные авиамаршруты. Основные глобальные морские маршруты

Быстрое проникновение услуг спутникового ШПД происходит на территориях обслуживания запущенных в последние годы спутников с транспондерами Ка-диапазона - аппаратов с высокой пропускной способностью и энергетикой (HTS). В США это ViaSat-1 (запущен 19.10.2011, оператор ViaSat) и Jupiter (05.06.2012, HughesNet), в Северной Африке и на Ближнем Востоке - Yahsat-1B (24.04.2012, YAHSAT), в Европе - Hylas 2 (02.08.2012, Avanti Communications) и Ka-Sat, запущенный оператором Eutelsat 26.12.2010 и захватывающий несколькими лучами три региона России. Пропускная способность этих спутников в разы выше, чем у традиционных геостационарных аппаратов, работающих в Кu-диапазоне. Соответственно, уменьшается диаметр антенн приемных терминалов и их стоимость при повышении скорости передачи, снижается стоимость передачи информации. Аппараты HTS стали драйвером развития наземных технологий спутниковой связи, да и рынка спутникового ШПД для частных пользователей в целом, поскольку у операторов сетей появилась возможность предлагать услугу конечным пользователям по доступной цене. По данным компании NSR, к началу текущего года у HughesNet было 659 тыс. подписчиков, у ViaSat - 77,5 тыс., в сети Ka-Sat Tooway было зарегистрировано 72 тыс. пользовательских терминалов.

Россия к VSAT для народа долгое время была не готова. В течение 10 лет эти технологии использовались у нас преимущественно для государственных и корпоративных заказчиков, с большими регуляторными проблемами, с оживлением при реализации нацпроектов для «школьного интернета», универсальной услуги связи, выборов, «Почты России». Продвижение VSAT на массовый рынок сдерживали высокие цены как на оборудование, так и на передачу информации. Лед тронулся в сентябре прошлого года, когда через покрывающие три российских региона лучи Ka-Sat партнеры ГПКС, которое в свою очередь выступает партнером Eutelsat, начали предоставлять частным пользователям коммерческие услуги. За четыре месяца операторы AltegroSky, HeliosNet, «Радуга Интернет», «ВизКом» и StarBlazer набрали около 1 тыс. подписчиков. К октябрю более 3 тыс. абонентов в России стали получать СШПД Ка-диапазона. В подключениях безусловно лидирует AltegroSky, набравший более 2,5 тыс. подписчиков.

А в начале нынешнего года «РуСат» и StarBlazer почти одновременно предложили частным пользователям также услуги ШПД в Ku-диапазоне на базе новых спутников «Ямал». В итоге в середине года количество пользователей, подключивших услугу двухстороннего спутникового ШПД Ku- и Ка-диапазона, составило 4671 (на 60,7% больше, чем в 2012 г.). Тем не менее, как отмечают эксперты, при возможности выбора пользователи отдают предпочтение Ка-диапазону.

Пока предоставление услуг Ка-диапазона в России можно назвать «упражнениями» пяти операторов в трех регионах покрытия лучей Ka-Sat - Калининграде и области, Санкт-Петербурге и области, Москве и области. Но «общая копилка» новорожденного рынка существует лишь в обобщающей статистике. В реальной жизни на этом пятачке уже ведутся ценовые войны. Операторы периодически снижают цены на оборудование, колдуют над тарифными планами, разрабатывают маркетинговые и рекламные стратегии. Так, в своем проекте СШПД Ku-диапазона KiteNet «РуСат» установил планку стоимости абонентского оборудования на уровне 8 тыс. руб. Эту инициативу поддержал StarBlazer, снизивший цену основного комплекта абонентского оборудования с 9 до 8 тыс. руб. при приобретении пакета «Тандем Ku 0.9 Оптимум», включающего как комплект оборудования, так и предоплаченный трафик, который может быть использован в течение года с момента покупки. А АltegroSky, не желающий продавать оборудование ниже себестоимости, с августа этого года запустил абсолютно безлимитный тариф.

В своих прогнозах относительно будущего рынка аналитики и эксперты расходятся лишь в цифрах. Одни считают, что через три года абонбаза частных пользователей спутникового ШПД Ка-диапазона составит 12-35 тыс. подписчиков, другие - что 120-250 тыс., третьи - не менее 500 тыс. Вряд ли стоит ожидать повторения феномена мобильной связи, когда рынок откровенно посмеялся над всеми прогнозами аналитиков, но и сомнений в том, что с запуском в 2013-2015 гг. российских спутников с транспондерами Ка-диапазона рынок ожидает взрывной рост, ни у кого нет. В первую очередь, следует учесть, что при переходе с широкого луча на эквивалентную по покрытию совокупность узких лучей HTS спутника потребуются центральные станции сети, способные поддерживать многолучевую работу. Чтобы эффективно загружать значительный ресурс HTS, используемые технологии должны поддерживать различные приложения в одной сети, чтобы максимально расширить свое применение в различных сегментах рынка.

Технология UHP является одной из самых новых VSAT платформ в мире и разрабатывалась специально для спутников нового поколения HTS. Отличительными возможностями маршрутизаторов UHP является их программно-управляемая функциональность, высокая пропускная способность до 450 Mbps на порту абонентского терминала, высокоэффективные модуляции DVB-S2X с символьными скоростями до 480 Msps, мощный IP маршрутизатор с производительностью до 200 тыс. пакетов в секунду, возможность работы с многолучевыми спутниками, включая одновременный прием нескольких лучей. Специально для спутников HTS компания внедрила целый ряд уникальных технологий, повышающих эффективность эксплуатации и надежность таких сетей:

Высокоэффективные модуляции и кодирование DVB-S2X в прямых и обратных каналах с непревзойденной эффективностью протоколов и инкапсуляции до 99% в TDM и до 96% в TDMA каналах в сравнении с аналогичным выделенным SCPC каналом;

DNL (Dynamic Network Layout) Программно-управляемая функциональность с динамическими ключами и поддержкой всех популярных топологий спутниковых сетей связи, включая TDM/TDM Star+Mesh, TDM/SCPC, Hubless MF-TDMA и SCPC;

HubMux новейшая технология для объединения нескольких выделенных сетей TDM/TDMA и независимых каналов связи SCPC в единой широкополосной несущей до 480 Msps и с модуляциями до 256APSK;

Режим Dual-Gateway, обеспечивающий одновременную работу базового терминала с двумя телепортами в один спутниковый скачок для еще более эффективного использования ресурса;

Dual-Band - работа терминала через два различных луча или даже спутника с динамической балансировкой трафика в зависимости от атмосферных затуханий, сочетая преимущества различных диапазонов (низкая себестоимость / доступность);

Поддержка M:N локального и географического резервирования центральных станций на базе инновационного подхода Smart Redundancy, который построен на универсальных контроллерах и динамических сетевых ролях.

HTS сеть состоит из одного или нескольких географически-разнесенных хабов, которые поддерживают работу со всеми лучами HTS спутника. В каждом луче передается один или несколько прямых каналов TDM, с которыми ассоциированы соответствующие обратные каналы MF-TDMA и SCPC. На спутниках HTS следующего поколения с коммутируемыми лучами могут быть также использованы каналы TDMA Mesh для обеспечения полносвязных топологий.

UHP HTS хаб имеет унифицированную архитектуру с программно-управляемой функциональностью. Основой хаба является маршрутизатор UHP-240, который включает два универсальных контроллера. Необходимая аппаратная конфигурация хаба формируется набором таких шасси. Эти универсальные контроллеры работают под управлением NMS и могут выполнять одну из следующих динамический ролей:

Контроллер прямого канала - формирует несущую прямого канала TDM по стандарту DVB-S2X ACM. В одной несущей может быть организована одна сеть или несколько (до 254) сетей/каналов по технологии UHP HubMux. Как правило, число контроллеров прямого канала не меньше числа задействованных HTS лучей.

Контроллер обратных каналов MF-TDMA - режим многоканального демодулятора обратных каналов от терминалов. Все несущие одной группы TDMA имеют одинаковые настройки символьной скорости и структуры кадра. В сети может быть создано несколько групп с различными настройками, а также с возможностью динамического переключения терминалов между этими группами в зависимости от погодных условий или местоположения. Обратные каналы MF-TDMA поддерживают автоматический ACM c тремя модуляциями (QPSK, 8PSK, 16APSK) и четырьмя вариантами кодирования.

Контроллер обратных каналов SCPC - режим многоканального демодулятора SCPC с поддержкой всех модуляций DVB-S2X и автоматического ACM. Также, этот контроллер может работать в режиме SCPC-DAMA для поддержки временных каналов (репортажные станции, ВКС).

Незадействованные универсальные контроллеры выступают автоматическим резервом для контроллеров прямых и обратных каналов по технологии UHP Smart Redundancy. В сети может быть задействовано локальное и географическое резервирование по схеме M:N. Такая универсальная структура хаба значительно снижает инвестиции в инфраструктуру и позволяет гибко адаптировать функционал под изменяющийся спрос и возникающие задачи. Базовое оборудование хаба устанавливается единовременно при разворачивании инфраструктуры, а все последующее развитие, включая изменение пропускной способности, количества и типа обратных каналов осуществляется программно без каких-либо работ на оборудовании и перерывов сервиса. Абонентские терминалы HTS имеют унифицированную архитектуру и состоят из трансивера и антенны, а также оборудования пользователя: спутникового маршрутизатора, устанавливаемого в помещении. Трансивер подключается к спутниковому маршрутизатору с помощью пары коаксиальных кабелей. В зависимости от назначения АТ могут быть использованы антенны разных диаметров и передатчики различной мощности. Кроме того, в качестве спутникового терминала могут быть использованы маршрутизаторы серии UHP-100 и UHP-200. Эти маршрутизаторы отличаются своими возможностями и характеристиками, но полностью совместимы с МСП и между собой. Кроме того, эти маршрутизаторы имеют одинаковый форм-фактор и единый набор корпусных исполнений.

Заключение

Существует ли идеальный спутник для VSAT-оператора? Скорее всего, нет, поскольку любой спутник, как и любая сложная инженерная система вообще -- это воплощение компромисса между желаемыми характеристиками, возможностями существующих технологий и ценой. Спутниковому оператору проще всего работать с аппаратом, на котором сформирована одна глобальная зона, емкость которой куплена для организации магистральных каналов на весь срок существования аппарата. Разработчику хочется производить побольше уже отработанных конструкций. А пользователю -- емкости побольше, цену пониже, а энергетику повыше. Технология (а точнее будет сказать, некая совокупность различных технологий) HTS (High Throughput Satellite, спутник с высокой пропускной способностью) есть не что иное, как попытка достичь компромисса между желаниями провайдеров, возможностью разработчиков и требованиями спутниковых операторов.

Спутниковая технология по-прежнему будет иметь решающее значение для обеспечения связи несмотря на неуклонный рост наземных сетей, во всем мире остаются места, где безопасные, устойчивые и настраиваемые линии передачи достаточной мощности в различных точках обслуживания клиентов могут быть обеспечены только через спутниковые линии связи. Кроме того, спутники обеспечивают полезные отдельные возможности, включая широковещательные возможности, и полезный альтернативный путь соединения для полностью устойчивого предоставления услуг связи.

Потенциал модернизации инфраструктуры наземного сегмента, ускоренные сроки строительства и запуска, а также возможность управления лучами и их перераспределения в другие районы позволяют спутниковым провайдерам реагировать на изменяющиеся требования клиентов, горячие зоны спроса и изменения в балансе предложения с помощью других маршрутов и технологий.

Спутниковая связь остается одной из самых технически развитых отраслей промышленности, используя самые последние технологии для постоянного увеличения возможностей, мощности и производительности, предоставляемых своим клиентам, где и когда они в этом нуждаются.

До недавнего времени только телевещательный рынок мог диктовать свои условия спутниковым операторам. Российский рынок спутникового ШПД права голоса не имел и фактически использовал тот ресурс, который оставался от вещателей. Новые российские борта, «Ямал-300» и «Ямал-402», несколько изменили картину в лучшую сторону, провайдеры получили ресурс не по остаточному принципу. В дальнейшем использование HTS на российском рынке может позволить предпринять следующий шаг -- сделать эту услугу действительно массовой.

Список используемой литературы

1. Анпилогов В., Урличич Ю. «Тенденции развития спутниковых технологий и критерии оценки их технико-экономической эффективности. Технологии и средства связи.» -2016 год.

2. Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2020 год.

3. Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2015 год.

4. Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес» VSAT - Технологии в рамках нацпроекта «Образование»

5. Журнал о цифровом телевидении «Теле-Спутник» апрель 2014 год.

Размещено на Allbest.ru