Статьи

Широкополосный Ка-диапазон

Широкополосный Ка-диапазон

 

 

Идея коммерческого использования Ка-диапазона в США (а позднее и в Европе) перешла в стадию практической реализации, поскольку в некоторых сферах телекоммуникационного рынка требовались высокие скорости спутникового доступа, что сдерживалось высокой стоимостью (при очень низкой пропускной способности) спутникового ресурса в Ки-диапазоне. Для решения этой задачи несколько американских компаний и спутниковых операторов решили применить задел, полученный главным образом в результате реализации правительственных проектов по Ка-диапазону, и в 2003-2005 гг. начали создавать свои спутники с зональными лучами Ка-диапазона над территорией США и Канады.

Первыми операторами, которые начали использовать Ка-диапазон в коммерческих целях для широкополосного доступа, были HNS и WildBlue, но подход компаний значительно отличался. Компания HNS решила использовать свой спутник Satellite SpaceWay3 со встроенной обработкой, обеспечивающей организацию связи  между  лучами  на  спутнике.

Компания WildBlue решила применить подход "прозрачного ретранслятора" с более высокой пропускной способностью и основала свое сервисное предложение на новом продукте ViaSat под названием Surf-Beam, базирующееся на стандарте DOCSIS (стандарт для кабельной сети), используя ресурс компании Те-lesat на спутнике ANIK F2 Ка-диапазона. Затем дополнительно был запущен свой целевой спутник WildBlue-1 Ка-диапазона, дополняющий ресурс сети.

Обе компании - как WildBlue, так и HNS - заявляют о том, что владеют примерно 400 тыс. терминалами Ка-диапазона и их сети имеют уже небольшой потенциал дальнейшего роста.

Так, запущенный в 2006 г. компанией TeleSat совместно с WildBlue спутник Ка-диапазона WildBlue-1 сейчас благодаря весьма успешной коммерческой деятельности полностью загружен (то есть отсутствует полоса частот для наращивания абонентской базы).

Изначально было запланировано, что этот спутник равномерно покроет территорию США. Однако самый большой спрос, как ни удивительно, на услуги спутниковой связи наблюдался среди самых плотно населенных и городских (включая пригороды) регионов как на Западном, так и на Восточном побережье США. В других (центральных) областях страны спрос оказался заметно ниже.

Широкополосная сеть спутника Ка-диапазона имела значительный успех в США в течение последних нескольких лет. Компания WildBlue, используя ресурсы лучей Ка-диапазона на AnikF2 и спутнике WildBlue-1, нарастила свою базу приблизительно до 350 тыс. абонентов меньше чем за 3 года. У компании Hughes, которая использовала свои ресурсы в Ки-диапазоне и ресурс Ка-диапазона нового спутника  SpaceWay-З,  размер  абонентской базы составил более чем 425 тыс. подписчиков. Компания Hughes переводит своих абонентов на спутник SpaceWay-З и освобождает свои ретрансляторы Ku-диапазона. Абоненты платят примерно $60 в месяц за широкополосный сервис, который при всех своих плюсах все же уступает среднему DSL-сервису (доступ в Интернет через телефонную линию), ограничивая как объем трафика, так и скорость, предоставляемую абонентам. Например, кабельные сети в США имеют показатель переподписки, определяющий удельную скорость на абонента, примерно 30 кбит/с. Компании Hughes и WildBlue имеют этот показатель на уровне 10 кбит/с.

Опыт работы компаний HNS и WildBlue показал, что абоненты, которым не интересна спутниковая услуга доступа к Интернету, были в самых отдаленных регионах и регионах с плотностью населения ниже 100 домохозяйств на 1 км2. Очевидно, что коммерческая эффективность достигается только тогда, когда имеется максимальный спрос на услугу, поэтому лучи нового спутника ViaSat-1 в основном направлены на регионы США с плотностью населения выше 100 человек на 1 км2.

Системные оценки

Осознавая, что объем передаваемой информации в Интернете каждый год растет в геометрической прогрессии, уже зная о недостатках сервисов компаний WildBlue и Hughes и о том, где абоненты желают получать услугу, ViaSat начал создавать в 2006 г. новый целевой спутник Ка-диапазона для увеличения ресурса действующей спутниковой широкополосной сети. Это будет способствовать привлечению клиентов, которые достаточно далеко расположены от центральных офисов и их скорости DSL-сервисов не так хороши, как может обеспечить спутник ViaSat-1. Для сравнения: спутники WildBlue-1 и SpaceWay-З имеют суммарную мощность примерно 7 Гбит/с. Спутник ViaSat-1 будет иметь суммарную мощность около 140 Гбит/с. Спутник ViaSat-1 будет обеспечивать более высокую скорость работы в спутниковой сети, чем любой DSL-доступ. Спутник класса ViaSat-1 будет иметь больший ресурс, чем совокупный ресурс всех спутников FSS Ки- и Ка-диапазона, обслуживающих сегодня территорию США. Лучи спутника ViaSat-1 (80 лучей, каждый примерно 1,5 Гбит/с) в основном будут направлены на наиболее населенные районы на Западном и Восточном побережье США.

Предусмотрено 20 центральных станций (в основном располагаются в районах вне абонентских лучей для обеспечения возможности использования более широкой полосы частот). Одно из главных условий размещения центральных станций - высокая скорость магистральной линии для выхода в Интернет (должна быть доступна скорость более чем 4 Гбит/с).

Кабельная и DSL-инфраструктура в США достаточно хорошо развита, но до сих пор существует множество домохозяйств и малых офисов с низким уровнем обслуживания, без DSL-соединения или даже без возможности DSL-подключения. Это число оценивается в 11 млн домохозяйств (то есть потенциальный объем абонентской базы достаточный для пяти или более спутников).

В настоящее время (средняя скорость не более 2 Мбит/с для пользователя) каналы в Ка-диапазоне SurfBeam немного хуже, чем большинство кабельных или DSL-соединений. Но с появлением нового спутника ViaSat-1 средняя величина может быть больше 8 Мбит/с на абонента, что заметно лучше DSL-соединения. Существуют также планы строительства еще более мощных спутников Ка-диапазона (ViaSat-2 и ViaSat-3).

С точки зрения архитектуры сети максимальная пропускная способность достигается, когда каждые 4 абонентских луча (лучи сосредоточены обычно в густонаселенных регионах) объединены на центральной станции, которая находится за пределами зоны работы абонентских лучей спутника ViaSat-1 и сопряжена, в свою очередь, с высокоскоростной кабельной магистралью.

Предполагая, что абоненты используют антенны 60 см, каждый луч спутника Viasat-1 может поддерживать интегральный ресурс скорости в прямом канале до 1 Гбит/с и примерно 800 Мбит/с в обратных каналах. Технически индивидуальный абонент может затребовать скорость в сотни Мбит/с при загрузке хорошего качества IPTV либо иного контента, предусмотренного для распределения.

Скорость в обратной линии ограничена мощностью передатчика и размером антенны и может достигать 10 Мбит/с и более, но при соответствующем увеличении мощности передатчика и антенны, например, для решения инфраструктурных или государственных задач. Предполагается и возможность работы в движении, например для авиации, железнодорожного и морского транспорта, правительства.

Обычно загрузка обратного канала относительно низкая, что дает возможность использовать невостребованный ресурс обратного канала для организации систем видеонаблюдения.

Удельная скорость определяет число абонентов, возможных для подключения в одном луче. В каждом луче достигается скорость примерно 900 Мбит/с, и если ориентироваться на удельную скорость, принятую для кабельных сетей, например 30 кбит/с, можно подключить примерно 30 тыс. абонентов к каждому лучу. Если предоставлять сервис,  подобный Wild- Blue и доступный сегодня в США, можно подключить 90 тыс. абонентов на каждый луч.

Рекордные показатели достигаются за счет архитектуры сети, которая позволяет использовать многолучевые спутники различных производителей. Например, спутник для Eutelsat будет произведен компанией Astrium, в то время как спутники серии ViaSat изготавливаются компанией Loral.

Компания Eutelsat - успешный европейский оператор - принял архитектуру, переложенную компанией ViaSat, и запустит свой спутник, подобный Viasat-1, под названием КА-SAT в конце 2010 г., приблизительно на 6 месяцев раньше, чем намечен запуск спутника ViaSat-1. Компания ViaSat будет эксклюзивным провайдером базового сетевого и абонентского оборудования для Eutelsat.

Комплект абонентского оборудования при больших объемах закупок будет стоить менее $400, и его цена будет продолжать снижаться в Европе, США и в других регионах.

Существует несколько сценариев строительства спутника Ка-диапазона: как правило, выбираются зональные лучи с 0,5 град. (диаметр примерно 400-500 км) и для более тяжелых спутников - с 0,4 град. (зональный диаметр примерно 200-300 км). Технико-экономические параметры для каждого доступного сценария детально анализируются применительно к зонам обслуживания. Спутник ViaSat-1 (США) построен с 0,35-градусными лучами, а спутник KA-SAT (Европа) - с 0,5-градусными лучами.

Знаковые события на рынке широкополосной спутниковой связи

Необходимо упомянуть два знаковых события в отрасли широкополосных высокоинформативных   спутников, которые состоялись в 2009-2010 гг.

1. HNS объявила, что их следующий спутник Ка-диапазона для организации широкополосного доступа будет основан на той же самой концепции, что и ViaSat-1, то есть спутник с "прозрачными стволами", который будет иметь практически 100 Гбит/с и будет запущен в 2012 г. (примерно на один год позже, чем ViaSat-1, и с меньшей примерно на 30 Гбит/с пропускной способностью).

2. Компания ViaSat объявила о приобретении компании WildBlue - оператора Ка-диапазона - за $568 млн и теперь является не только поставщиком оборудования Ка-диапазона, но и оператором, подобно HNS.

Опыт работы компаний HNS и WildBlue показал, что абоненты, которым не интересна спутниковая услуга доступа к Интернету, были в самых отдаленных регионах и регионах с плотностью населения ниже 100 домохозяйств на 1 км2. Очевидно, что коммерческая эффективность достигается только тогда, когда имеется максимальный спрос на услугу, поэтому лучи нового спутника ViаSat-1 в основном направлены на регионы США с плотностью населения выше 100 человек на 1 км2.

Прошло полтора года с того момента, как Eutelsat и ViaSat объявили о своих планах строительства - Via-Sat-1 и KA-SAT соответственно. Емкость новых высокоинформативных спутников приблизительно 225 Гбит/с на рынке Северной Америки. Это по крайней мере в 7 раз больше объединенной емкости всех существующих спутников первого поколения - WildBlue-1, SpaceWay-З и Anik F2 - при почти наполовину меньших капиталовложениях. Аналитическая компания NSR прогнозирует, что число абонентов с 886 тыс. в 2010 г. может увеличиться примерно до 2,9 млн к 2018 г. при одновременном увеличении удельной скорости с 10-15 кбит/с сегодня до 50 кбит/с к 2018 г.

Другие регионы и приложения

Подобные прогнозные исследования были проведены для Австралии при условии, что 2012 г. является самой ранней датой запуска высокоинформативного спутника в Австралии. При этом компания NSR, предполагая линейный рост подключений абонентов, прогнозирует возможность достижения абонентской базы в 770 тыс. абонентов к 2018 г.

Развитие абонентской базы будет также обусловлено спросом на ресурс со стороны оборонных ведомств для решения их тактических задач. Планируется развитие мобильных приложений в Ка-диапазоне, который обладает рядом достоинств для применения на авиалиниях и на железнодорожном транспорте.

Компания Yahclick - спутниковый оператор, базирующийся в Дубае -с введением в эксплуатацию в 2011 г. спутников Yahsat-1Д/1B планирует обслуживать  сотни  тысяч  домохозяйств и бизнес-структур на Ближнем Востоке и в Африке, подключая к широкополосной сети Ка-диапазона на базе оборудования Viasat. Компания Avanti в 2011-2012 гг. планирует запустить свои многолучевые спутники Ка-диапазона Hylas-1/2 и создать на их основе спутниковые сети ШПД в Европе и Африке.

Российские спутники АМ5 и АМ6

С 2008 г. ГПКС, ГКС и Роскосмос ведут дискуссии о запуске российских спутников, оснащенных ретрансляторами Ка-диапазона. Первый такой российский спутник АМ4 будет иметь два ретранслятора Ка-диапазона, но с линейной поляризацией. Затем планируется запуск спутников АМ5 и АМ6 с ретрансляторами Ка-диапазона, предназначенными для развертывания спутниковой сети ШПД в России. Анализ этих спутников (АМ5 и АМ6) показывает, что они имеют пропускную способность, аналогичную пропускной способности спутников первого поколения, таких как WildBlue-1, Hot Bird и т.п. В последующем предполагается запустить еще два российских спутника: один - западный и один - восточный.

Особенности использования спутниковых систем Ка-диапазона в России

В России не хватает доступной емкости Ku-диапазона, а цены на ресурс спутника очень высокие. Это препятствует использованию VSAT-Ku для организации широкополосного доступа для домохозяйств и малых офисов (SOHO). Наземная инфраструктура (кабель, DSL) недостаточно развита или даже отсутствует как таковая в некоторых областях.

Применение Ка-диапазона - адекватное и быстро осуществимое решение для информатизации многих регионов России.

Ответы на наиболее часто встречающиеся возражения

1.  Оборудование Ка-диапазона - дорогое и неэффективное решение и для терминалов, и для снижения цены ресурса спутника. Действительно, существует требование наличия большего количества центральных станций с большими антеннами. В качестве примера: если мы сопрягаем 4 луча на одной центральной станции, ее цена - примерно $10 млн (возможно, меньше). Если каждый луч обеспечивает работу 50 тыс. абонентов, то $10 млн делится на 200 тыс. абонентов, то есть получаем $50 САРЕХ на абонента, что не так уж и много.

2.  Высокое затухание в дожде. Действительно, затухание в Ка-диапазоне повышенное, но есть примеры успешной работы двух сетей Ка-диапазона в Канаде (Telesat и WildBlue), где погодные условия идентичны климату континентальной России.


При работе с низкими углами места необходимо отметить следующее:

  • В системе имеется значительный динамический запас сигналов за счет изменения сигнально-кодовых конструкций (15 дБ в прямом канале (20 ГГц) и 22 дБ в обратных каналах (30 ГГц)) и существенных проблем с коэффициентом готовности каналов нет.
  • При типичных параметрах спутников (ЭИИМ, G/T, C/I) работа при низких углах места обеспечивается с коэффициентом готовности каналов в пределах 99,4 и 99,7%. В табл. 1 приведен пример для Москвы, предполагающий 15 град, угла места.

3.  В России нет пока реального спроса на подобные сервисы. Ситуация может достаточно быстро измениться. При появлении услуги на рынке наблюдается прогрессивный рост потребности в услуге. Через какое-то непродолжительное время огромный спрос на широкополосный спутниковый доступ в России будет иметь место, как это происходит в Европе.

4.   Такой подход не интересен VSAT-операторам. Следует отметить, что работа рассматриваемых спутниковых сетей Ка-диапазона не имеет никакого отношения к существующим корпоративным и другим сетям VSAT. Это широкополосный спутниковый IP-доступ, ориентированный на физических лиц (домохозяйства) и малый бизнес (SOHO). В заключение следует отметить, что многолучевая технология построения полезной нагрузки на спутниках Ка-диапазона - новое эффективное направление спутниковой связи.

Опубликовано: Специализированное издание "Спутниковая связь и вещание"-2011

Смотрите также:

    - Геостационарные и низкоорбитальные спутники связи


« К списку статей


Статьи

  • Широкополосный Ка-диапазон
    Широкополосный Ка-диапазон
    Идея коммерческого использования Ка-диапазона в США (а позднее и в Европе) перешла в стадию практической реализации,
  • Геостационарные и низкоорбитальные спутники связи
    Геостационарные и низкоорбитальные спутники связи
    Спутник связи — искусственный спутник Земли, специализированный для ретрансляции радиосигнала между точками