Фиксированные спутниковые системы связи vsat

Создание сети спутниковой связи ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС  была разработана еще в конце 1970-х годов в Советском Союзе, а применяться она начала 12 октября 1982 года, был запущен первый ее спутник.

ГЛОНАСС – это система спутниковой связи, которая используется в целях навигации. Основная цель ее – определение места нахождения объекта с максимальной точностью в трехмерной системе координат, а также его скорости и вектора движения.

Приемниками спутниковой связи ГЛОНАСС оснащаются самые разные устройства – от баллистических ракет, военных и гражданских самолетов и судов до автомобилей и смартфонов.

Разработка системы ГЛОНАСС проводилась по заказу Минобороны СССР, и первоначально система предназначалась для нужд военных и разведывательных ведомств. С 1993 года было решено расширить сферу ее применения за счет гражданских пользователей.

Сегодня система широко применяется для навигации и управления потоками наземного, водного и воздушного транспорта, контроля грузоперевозок, а также для других целей (контроля рыболовства и охоты, проведения геодезических съемок, в сфере нефтегазодобычи, строительства и т.д.).

Сейчас проект курируется Роскосмосом и ОАО «Российские космические системы». Он является одной из двух глобальных навигационных систем, действующих в мире на сегодняшний день. Вторая система – американская NAVSTAR GPS.

Корпоративный VSAT

Сегмент спутниковой связи в России, основанный на применении VSAT, был и все еще остается технологией преимущественно для корпоративных заказчиков . Многие предприятия и организации, которые имеют распределенную географию или сеть филиалов с иерархической структурой, придерживаются политики построения корпоративной сети с установкой спутниковых станций на объектах и пользуются услугами единого оператора, который занимается обслуживанием сети. И если в будущем удается перевести часть офисов на наземные каналы, многие организации по-прежнему оставляют спутниковые станции как резервные (альтернативные) каналы, которые легко интегрируются с наземными элементами корпоративных систем.

Спутниковые технологии обеспечивают одинаковую стоимость канала передачи данных, независимо от расстояния и географического расположения объектов. При этом после доставки спутникового оборудования на объект скорость построения и развертывания каналов составит от нескольких часов до нескольких минут (в зависимости от сложности и назначения канала). Зачастую спутниковая связь становится единственным видом связи с объектами, находящимися в труднодоступных местах, не имеющих наземных или других альтернативных каналов связи.

Компании используют спутниковые каналы и оборудование для организации любых современных сервисов связи – передачи данных, телефонии, доступа в Интернет, видеоконференц-связи и видеонаблюдения, дистанционного обучения, электронной почты, передачи факсов, доступа к файл-серверам, репликации баз данных, мониторинга и телеметрии, передачи радио и телевидения .

Среди типичных задач, которые решают системы VSAT в корпоративных сетях, – спутнsиковый Интернет, междугородная и международная IP-телефония и каналы передачи данных IP VPN.

ГЛОНАСС – мощная отечественная система

Спутниковая связь ГЛОНАСС является своеобразной визитной карточной России. История основания начинается еще с декабря 1976 года.

Первые летные испытания начались уже с 1982 года, а уже в 1993 году после распада Союза систему официально приняла на баланс Россия, начав плодотворную работу над развитием сотовой связи и глобального позиционирования.

Далеко не все годы были для ГЛОНАСС успешными – после полного развертывания в 95-м году, на момент 2001 года из-за слабого финансирования и небольшого срока службы отдельных компонентов, из рабочих 24 спутников на орбите оставалось функционировать только 6 ретрансляторов.

За прошедшие годы оборудование было полностью модернизировано, количество спутников составило 26, внедрены новейшие технологические разработки. В конце 2015 года вся система перешла в фазу заключительных испытаний Минобороны РФ.

Новинки спутниковой связи Российской Федерации

Спутниковая связь оказывает неизбежное влияние на развитие разных индустриальных сфер, экономический рост государства и уровень жизни наций.

На сегодня формирование рыночного сегмента спутниковой связи невообразимо без сообщения с наземной сетевой системой. Любые изменения структуры сети могут основательно воздействовать на качество работы спутников.

Спутниковая связь имеет следующие последние нововведения:

• оптически-волоконные сети обусловили частичное вытеснение спутниковых магистралей;
• распространение антенных станций VSAT (Very Small Aperture Terminal);
• усовершенствование энергетической вооруженности космических аппаратов и их способности пропускать дистанционные сигналы с точек земли;
• спутники широких полос действия, оснащенные ретранслятором;
• средства с большими диапазонами частот;
• освоение орбит средней высоты.

Все эти инновационные приспособления привели к возможности обработки множества сигналов в космосе посредством между лучевых коммутаторов.

Благодаря последним механизмам передачи изображений видеофайлов бесплатное онлайн общение стало привычным для нынешнего времени.

Конструкция и технические характеристики

Спутниковая
станция типа
VSATпо
конструктивному
признаку состоит
из высокочастотного
(ODU6)
и низкочастотного
(IDU7)
модуля. ODU, состоящий
из антенны и
приемопередатчика,
размещается
вне здания, в
котором устанавливается
IDU, состоящий
из модема и
мультиплексора
(каналообразующей
аппаратуры).

Стaндapный
вapиaнт комплектaции
включaет параболическую
aнтенну небольшого
диаметpa и
пpиемопеpедaтчик.
В зaвисимости
от местоpaсположения
спутниковой
стaнции по отношению
к центpу зоны
освещения
спутникa и скоpости
пеpедaчи в кaнaле
используются
более мощные
передатчики
или антенны
большего диаметра.
В помещении
устанавливается
модем и мультиплексор.

ODU и IDU соединены
между собой
радиочастотными
(RF8)
кабелями. По
ним идет сигнал
промежуточной
частоты (IF9).
IF используемая
бывает 70 или
140 МГц.

По
функциональному
назначению
VSAT-станция делится
на базовый
комплект, который
обеспечивает
передачу самого
канала и дополнительное
оборудование,
которое обеспечивает
мультиплексирование
этого канала.

Внешний блок

Внешний,
или как его
иногда называют
высокочастотный
блок, состоит
из антенны и
приемопередающего
блока, который
устанавливается
на этой антенне.

Приемопередающий
блок обеспечивает
преобразование
низкочастотного
сигнала, его
усиление и
передачу “вверх”,
а также прием
высокочастотного
сигнала со
спутника его
преобразование
в низкочастотный
и передачу к
внутреннему
блоку.

Антенна

Однозеркальная
антенна обычно
выполняется
по схеме офсет
(со смещенным
центром). Схема
офсет позволяет
снизить уровень
боковых лепестков
идущих параллельно
земли и дающих
максимальные
помехи. Также
данная схема
позволяет
избежать накопления
атмосферных
осадков на
поверхности
рефлектора.

Антенна
состоит из:

• рефлектора
  (зеркала),

• системы
  облучения,

• опорно-поворотного
  основания
  (ОПУ).

Внешний
блок (антенна
и приемопередатчик)

Приемопередающий
блок

Основной
терминал состоит
из:

• СВЧ
  блока преобразования
  частот

• усилителя
  мощности (SSPA10
  или TWT11),

• малошумящего
  конвертора
  (LNC),

• блока
  электропитания
  (PS12)

• соединительных
  кабелей.

Функция
приемопередатчика
заключается
в преобразовании,
после модулятора,
сигнала IF, на
конверторе
вверх, в RF сигнал
для передачи
через антенну
и в преобразовании
полученного
RF сигнала в сигнал
IF, на конверторе
вниз, для блока,
используемого
как демодулятор.

Внутренний
блок

Внутренний
блок представляет
собой 19” стойку
с установленными
в ней спутниковым
модемом и
мультиплексором.
Иногда в стойке
устанавливается
и дополнительное
оборудование
сумматоры,
вентиляторы,
UPS13
и т.п. UPS может
устанавливаться
и вне стойки,
отдельно.

Спутниковый
модем

Спутниковый
модем, в части
модулятора
предназначен
для кодирования
передаваемого
цифрового
потока, пришедшего
из мультиплексора,
модулирования
сигнала по IF,
необходимого
усиления и
передачи сигнала
на внешний
блок. И приема
сигнала IF из
внешнего блока,
усиления его,
демодулирование
в цифровой
сигнал, декодирование
и передачу в
мультиплексор,
в части демодулятора.

Мультиплексор

Мультиплексор
предназначен
для мультиплексирования
голосовой,
факсимильной
информации
и передаваемых
данных. Мультиплексор
позволяет
скомбинировать
ежедневные
телефонные
и факсимильные
сообщения с
синхронной
и асинхронной
передачей
данных в один
канал, предаваемый
по локальным
сетям, наземным
или спутниковым
линиям

Это
позволяет
снизить
телекоммуникационные
затраты путем
увеличения
возможностей
передачи важной
информации
и одновременного
уменьшения
пропускной
способности
канала

Возможные точки роста

С учетом перечисленных проблем говорить о широком распространении Ka-диапазона в корпоративном сегменте рынка пока рано. Тем не менее компании таких секторов, как нефтегазовый, геологоразведочный, банковский, строительные компании, имеющие сложную территориально распределенную инфраструктуру в различных регионах страны, уже сейчас активно интересуются и начинают пользоваться услугами в Ka-диапазоне. Стоимость услуг в Ка Band представляет серьезную конкуренцию оптическим и беспроводным системам связи, поэтому новые спутниковые сервисы становятся востребованными и в регионах с развитой инфраструктурой наземной связи, что не могли позволить себе сервисы в Ku-диапазоне. Сегодня к Ka-диапазону присматриваются и некоторые телевизионные компании, которые могут использовать его для организации телевизионных перегонов и онлайн-трансляций с передвижных телевизионных станций.

Ka-диапазон активно изучается и тестируется операторами мобильной связи для организации транспортной среды обмена данных с небольшими базовыми станциями (фемптасотами и пикосотами), для предоставления услуг доступа в Интернет своим пользователям на высокой скорости по технологиям 3G/4G в малонаселенных пунктах, где отсутствуют наземные оптические каналы связи. Ka-диапазон сможет обеспечить для операторов мобильной связи новое развитие ШПД в труднодоступных регионах.

Благодаря невысокой стоимости услуги в Ka-диапазоне востребованы и в госсекторе. Речь может идти, например, о предоставлении доступа в Интернет для администраций, школ и других бюджетных и госучреждений, расположенных в удаленных населенных пунктах, которые ранее не могли себе позволить спутниковые услуги в Ku-диапазоне.

Иными словами, услуги в Ka-диапазоне могут найти широкое применение там, где необходима высокая (до 2–10 Мбит/с и выше) скорость передачи данных для доступа в Интернет, электронной почты, работы офлайн-приложений, работы с базами данных, иных сервисов, не предъявляющих высоких требований к доступности сервиса и к гарантии предоставляемой скорости.

История спутниковой связи

В конце 1945 года мир увидел небольшую научную статью, которая посвящалась теоретическим возможностям улучшения связи (в первую очередь, расстояния между приемником и передатчиком) благодаря поднятию антенны на максимальную высоту.

Автором статьи «Внеземные ретрансляторы» стал английский ученый Артур Кларк. Это положило начало развития нового типа связи.

Какой же принцип работы имелся в виду?

Все довольно просто – на околоземную орбиту ученый предложил вывести большую антенну-ретранслятор, которая принимала бы сигналы от наземного источника и передавала бы его дальше.

Главным преимуществом являлась огромная зона покрытия, которую мог бы контролировать всего один спутник. Это существенно бы повысило качество сигнала, сняло бы лимит с количества принимающих станций и дополнительно не пришлось бы строить наземные ретрансляторы. США заинтересовались проектом в рамках решения проблем с трансатлантической телефонной связью.

Развитие спутниковых систем связи началось с запуска в космос первого аппарата «Эхо-1» (пассивный ретранслятор в виде металлизированного шара) в августе 1960 года.

Позже были разработаны ключевые стандарты спутниковой связи (рабочие частотные диапазоны), которые широко используются во всем мире.

Конкуренция заставит снижать цены

Анализ ближайшей перспективы развития систем Ka-диапазона позволяет с уверенностью предсказать его положительную динамику. Несмотря на то что Ka-диапазон имеет свои проблемные точки, его освоение в 2016 г. будет идти бурными темпами.

К сожалению, необходимо признать, что на развитие услуг в Ka-диапазоне, как, впрочем, и на всю телекоммуникационную отрасль, в настоящее время оказывает сильное влияние негативная ситуация в экономике России.

Очевидно, что основным стимулом развития будет меньшая стоимость услуг. А при предоставлении типового спектра сервисов для корпоративных заказчиков, таких как организация корпоративной сети, подача гарантированной скорости, фиксированный коэффициент доступности и другие качественные параметры канала связи, возможно замещение сервисов в Ku. На фоне все усиливающейся конкуренции вероятно снижение стоимости космического сегмента связи и соответственно услуг в традиционном Ku-диапазоне, что, в свою очередь, будет стимулировать его развитие.

Запуск систем Hughes Jupiter на «Экспресс-АM6» и Gilat на «Экспресс-АМУ1» в 2016 г. также усилит конкуренцию и в рамках самого Ka-диапазона, что должно положительно сказаться на стоимости услуг для конечных заказчиков.

Международная спутниковая связь

Международная спутниковая связь – это вид радиорелейной коммуникации, которая основана на применении искусственных спутников земли, как ретрансляторов. Связь происходит между станциями, находящимися на земле, что в свою очередь бывают стационарными и подвижными. Технология позволяет передавать радиосигнал на любое расстояние, даже самое масштабное.

На сегодняшний день самым распространенным видом является активный ретранслятор. Он значительно усиливает и корректирует поступающий сигнал перед тем, как он дойдет до абонента. Большинство спутниковых систем мира используют именно такой вид спутников.

Начало такой технологии было положено английским ученым Артуром Кларком, который написал статью «Внеземные ретрансляторы». Принцип заключался в том, что антенну необходимо было вывести на максимально дальнее расстояние на околоземной орбите, что позволяло бы принимать сигналы от наземных источников и передавать их дальше. Главной особенностью являлось то, что один спутник мог контролировать достаточно большую зону покрытия земного шара.

Первым пассивным ретранслятором был аппарат «Эхо-1», который был запущен в космос в 1960-м году. Это положило начало дальнейшему стремительному развитию международной спутниковой связи.

Области применения международной спутниковой связи

С того момента, как в космос был запущен первый искусственный спутник, качество технологии значительно улучшилось. Сегодня человечество не представляет повседневной жизни без мобильного телефона (который победоносно вытеснил домашние стационарные), без видео чатов, помогающих общаться с человеком на расстоянии в реальном времени, без телевидения и т.д.

Современное использование международной спутниковой связи разделяют на следующие ключевые направления:

• магистральная связь;
• система подвижной спутниковой связи;
• VSAT (небольшая система с антенной диаметром до 2.4 м, служащая для создания частного канала);
• мобильная сеть;
• Интернет (с помощью данной системы работает большинство современных технологий).

Международная спутниковая связь является одним из тематических направлений тематического мероприятия, которое ежегодно проходит в стенах Центрального выставочного комплекса «Экспоцентр».

Сотни экспонентов из многих развивающихся стран приезжают в столицу Российской Федерации с целью представить свои разработки и поделиться новыми идеями.

Тематическое разнообразие охватывает все категории связной отрасли:

• интернет-технологии;
• программное обеспечение;
• сети для передачи данных;
• стартапы;
• телекоммуникационная инфраструктура;
• услуги в области IT-технологий;
• связное оборудование и современные технологии.

Возможности современной международной спутниковой связи

Современная высокотехнологическая международная спутниковая связь предоставляет возможности:

• обмениваться информацией;
• управлять и координировать воздушные и морские судна, а также наземный транспорт;
• способность передавать большие объемы информации на другой край света;
• получать высокое и стабильное качество сигнала;
• осуществлять безопасные коммуникации и т.д.

Описание VSAT-станции

Стандартный
вариант связи
SCPC (связь по топологии
“точка-точка”)
— это две VSAT-станции,
расположенные
у в двух пунктах,
и соединяются
через спутник.
Канал связи
жестко закреплен
за пользователем.

Радиочастоты
и другие параметры
спутникового
канала

Станции
спутниковой
связи работают
обычно в 2 диапазонах
С (прием 4 ГГц,
передача 6 ГГц)
и Кu-диапазоне
(прием 11 ГГц,
передача 14 ГГц).

Так
как передача
идет в цифровом
виде то используется
фазовая модуляция.
Так как, чем
уже занимаемая
полоса, тем
меньше используется
ресурс спутника,
то применяется
модуляция
QPSK2,
которая эффективнее
в 1.5 раза модуляции
BPSK3,
т.е. в один и тот
же период времени
при всех остальных
равных условиях
с помощью QPSK
передается
в 1.5 раза больше
информации,
чем с использованием
BPSK.

Для
увеличения
надежности
приема передаваемого
сигнала, требуемая
по стандарту
SSOG-309 величина
ошибок BER4110-8,
применяются
различные
методы помехозащитного
кодирования.
Одним из таких
методов является
метод прямого
исправления
ошибок (FEC5),
при этом методе
сообщение
делится на
некоторые
кванты и отдельные
кванты передаются
повторно.

Передвижные VSAT

Для организации передачи данных непосредственно с мест событий, где нет возможности использовать традиционные каналы мобильной или фиксированной связи, часто применяются передвижные комплексы VSAT. Как правило, основными потребителями этих решений выступают государственные структуры, спецслужбы и телекомпании.

Подобные VSAT-терминалы оптимизированы для монтажа на транспортных средствах – например, автомобилях

Оборудование этой категории не предназначено для организации связи во время движения транспортного средства, но зато по месту прибытия оно не требует проведения пуско-наладочных работ, что очень важно, поскольку экипаж и пассажиры транспортного средства, на котором установлен узел спутниковой связи, могут не обладать навыками, необходимыми для его настройки

Передвижные терминалы оснащаются практически тем же оборудованием, что и стационарные VSAT, только в более компактном исполнении – в состав передвижной репортажной спутниковой станции, как правило, входят автоматический антенный пост, стандартное каналообразующее оборудование, системы управления и электропитания. Принципиальные отличия заключаются в том, что такие терминалы подразумевают использование ударопрочных контейнеров для перевозки и антенн специальной конструкции, которая обеспечивает высокую точность наведения на спутник. Для обеспечения соответствия этим требованиям компании, предоставляющие услуги спутниковой связи, предлагают готовые передвижные и мобильные репортажные спутниковые станции на базе полноприводных автомобилей повышенной проходимости и антенн с автоматическим наведением.

Интересное решение на базе VSAT – переносной комплекс, представляющий собой небольшой компактный контейнер, который может носить один человек. Комплекс автоматически наводится на спутник, время его развертывания составляет всего несколько минут. Основное назначение такого комплекса – сверхоперативная организация связи из любого места, куда может добраться человек, организация видеорепортажа и наблюдения, а также передача и прием небольших объемов информации (электронная почта, доступ в Интернет, телефония). Подобные комплексы используются военными структурами, спецслужбами, корреспондентами и другими оперативными службами.

Проблемы с корпоративным сегментом

Драйвером увеличения потребностей в скоростях каналов передачи данных изначально был именно потребительский сектор, потому первые системы Ka-диапазона проектировались в основном для этого сегмента рынка.

Корпоративные клиенты более настороженно относились к Ka-диапазону. Поскольку им требуется весьма стабильный сервис, они высказывали свои опасения относительно стабильности Ka-диапазона при ухудшении погодных условий. К тому же виртуальным операторам, у которых нет своего оборудования ЦУС, гораздо труднее удовлетворять все пожелания корпоративного клиента в Ka-диапазоне.

Сегодня корпоративные клиенты являются основным потребителем VSAT-услуг. Требования их весьма разнообразны, а главное, все они нуждаются в индивидуальном подходе. Системы же, работающие в Ka-диапазоне, рассчитаны на массовый рынок, а там отношение к конечному клиенту другое. Создается некая линейка типовых тарифов, и далее клиенту остается или выбирать что-то из них, или отказываться от услуги – теряется индивидуальность, в которой так нуждаются корпоративные клиенты. Пока все производители и операторы Ka-диапазона рассуждают только о консьюмерских терминалах с их крайне низкой ценой, что, естественно, отражается и на их функциональных возможностях: вряд ли серьезный корпоративный заказчик согласится работать в таких условиях.

Стоит отметить и технологическую зависимость от применяемой платформы. В Ku- и C-диапазонах спутниковые провайдеры арендуют спутниковый ресурс у оператора ИСЗ, и выбор технологической платформы остается за ними. В этом случае есть возможность выбора платформы, наиболее полно и оптимально удовлетворяющей всем требованиям конечных заказчиков. В Ka-диапазоне, где спутниковый ресурс арендовать в чистом виде невозможно, операторы и в свою очередь конечные заказчики вынуждены будут использовать определенную технологическую платформу, подстраиваясь под ее функциональные возможности. В результате построение каналов по технологии SCPC или организация сервисов для телевизионных компаний, а также построение собственной сети на иной технологической платформе, скажем, такой как iDirect или «Истар», в настоящее время невозможно.

Отдельная проблема – доступность самой услуги. Если в Ku-диапазоне обеспечить доступность канала связи 99–99,5% не представляет никаких сложностей, то в Ка Band средний показатель доступности остается в пределах 98–99%. В некоторых случаях это может быть неприемлемым для предоставления качественных услуг для передачи трафика реального времени, например для корпоративной телефонии, а также телефонной связи, видеоконференцсвязи, работы систем SCADA и M2M, для других онлайн-приложений, которые требовательны к задержке передачи данных, неравномерности прихода пакета (Jitter). Разумеется, применение механизмов адаптивной модуляции частично решает проблему доступности, но в целом доступность сервиса в Ka-диапазоне остается ниже, чем в Ku- и тем более в C-диапазонах.

Необходимо также отметить и ограниченную зону предоставления сервиса. Если посмотреть на зоны обслуживания в Ka-диапазоне, то можно заметить, что все лучи в основном сосредоточены в южной части России. Такое размещение обусловлено не только более высокой концентрацией населения в этой зоне, но и техническими ограничениями, связанными с минимальным углом видимости на спутник, который должен быть не менее 10°. Поэтому организация сервисов в Ka-диапазоне для северных широт России представляется затруднительной, а местами и просто невозможной.

Тем не менее некоторые категории корпоративных заказчиков определенно выиграют при переходе на новый Ka-диапазон. Прежде всего это те, кому требуется скорость. Такие производительные системы идеально подходят для организации аудио- и видеотрансляций, видеонаблюдений, передачи большого объема информации. В Ku-диапазоне скорости от VSAT-терминала к ЦУС редко превышают 1 Мбит/с (с учетом текущих загрузок они могут быть еще меньше), в то время как в Ka-диапазоне появляется возможность передавать трафик со станции на скоростях до 10 Мбит/с. И в ближайшие несколько лет переживать о том, что закончится место в Ка-диапазоне, точно не придется.