vsatman888 (vsatman888) wrote,
vsatman888
vsatman888

Categories:

HTS - технология , навсегда изменившая мир спутниковой связи (ликбез)

Пока в мире космоса и спутниковой связи есть небольшое затишье, вернусь к ликбезам , рассказам об интересном в мире спутниковой связи, и о том, что у нас и как работает.
Итак,  сегодня поговорим об HighThroughputSatellite (спутник с высокой пропускной способностью) и тех изменениях, что он принес в отрасль.

HTS (HighThroughputSatellite) (высокопроизводительный спутник или  спутник с высокой пропускной способностью ) – это спутник, пропускная способность которого превышает во много раз пропускную способность  "классических" спутников связи при том же диапазоне и объему частот, выделенных спутнику. Благодаря началу пусков космических аппаратов с высокой пропускной способностью (HTS) в начале 10 х годов 21 века индустрия спутниковой связи переживает сейчас  технологическую революцию, которая так же изменила бизнес модели многих Операторов - владельцев группировок ИСЗ, а некоторых из них, например,  Интелсат  вообще довела до банкротства.

Попробуем на пальцах объяснить, что такое спутники  HighThroughputSatellite и как они работают.

Самым важным параметром спутника связи является  размер частотного диапазона, которым   он располагает (МГц),    ибо имея герцы,  мы путем их преобразования получаем биты/байты, которые и доставляют абонентам нужную  им информацию (трафик) .

Или же тот же вопрос может выглядеть так:  сколько на спутнике лучей?? Или сколько на нем транспондеров???. Исторически "Луч/beam"  или  "транспондер" это частотный диапазон шириной от 36 до 150 МГЦ, передаваемый с одного устройства (передатчика) , установленного на спутнике вниз на антенны пользователей. Ширина стандартного диапазона  равна 36 МГц (и раньше в эпоху аналогового ТВ столько Мегагерц нужно было для трансляции одного телевизионного канала) и в таких стандартных транспондерах и оценивали раньше мощность/пропускную способность  спутника.  На одну антенну, которая формирует единую зону освещения на поверхности Земли  может работать несколько лучей (транспондеров). До "революции HTS" лучшее,  что придумали инженеры это были контурные лучи

Благодаря искусному формированию поверхности антенны и формы рупора ее облучателя в зону освещения попадает только нужная территория и мощность передатчика не тратится на океаны и соседние страны.

Международный союз Электросваязи выделил в Ку Диапазоне  для фиксированной связи  (FSS - Fixed Satellite Service) только 500 МГц, но еще есть диапазон для вещания (Бродкаста BSS -  Broadcast Satellite Service) , там уже доступен 1 ГГц ,  то все что мог Оператор ИСЗ предложить клиентам то это 3  Гигагерца  пропускной способности,  которая получается за счет того, что у радиоволны может быть 2 поляризации:  вертикальная и горизонтальная  (если мы говорим о круговой то левая или правая),

Итого,  мы за счет этого получаем  удвоение располагаемых нами частот.  3 ГГц = 2 х (0,5 +1 )

Владелец ИСЗ  разбивает имеющиеся у него частоты на отдельные транспондеры в рамках частотного плана  :

Каждый ромбик это 2 отдельных  транспондера (они изображены как трапеция) вверху с одной поляризацией, а внизу с индексом А с другой поляризацией.

Частоты с 13000 до 14500 МГц это  частоты, используемые для приема информации от Абонентских терминалов ,

А частоты с 10900 до 12750 МГц для передачи в сторону абонентских терминалов, которые принимают сигнал на этих частотах, а передают уже в 14..14500 МГц .

Как Вы видите , что  размеры частотных диапазонов  для передачи и приема не совпадают, на некоторых частотах может работать только  вещание (телевидение и/или радио), и не может работать спутниковая связь.

Но в эпоху цифрового ТВ и Интернета даже 3 Гигагерца из которых можно получить  5..7 Гигабит информации на всю территорию, допустим,  США , при цене спутника в 150..200 миллионов, это очень мало.  И инженерам пришла в голову мысль о переиспользовании частот (англ.   ReUse).

Важнейшим тут является то, что нам достаточно иметь круги всего 4 цветов

Чтобы закрасить ими любую поверхность таким образом, чтобы одинаковые цвета не пересекались.  (а пересечение на антенне абонента двух  лучей,  передающих на одной частоте,   это помехи, которые сильно ухудшают  качество приема и связи).

Таким образом , разбив весь доступный Оператору ИСЗ частотный диапазон на 4 части  две половины частотного диапазона и 2 поляризации, мы получаем  те самые 4 цвета/типа лучей.

Теперь мы уменьшаем зону освещения ( диаметр луча )  до диаметра в 300..500 км  и получаем такую картину :


Это зона покрытия  Европейского ИСЗ Ка-Sat (она идет от Лиссабона  и Ирландии до Москвы и Каспийского моря) , запущенного , кстати, на российском Протоне в декабре 2010 года , а создателем идеологии HTS стала американская компания ВиаСат  (ViaSat), которая кстати и создала по заказу Евтелсата  ИСЗ Ка-Sat. Благодаря наличию 82 лучей , то есть многократному использованию одних и тех же частот  пропускная способность Ka-Sat стала в 41 раз больше, чем была бы в «классическом» варианте.   А первым НТС спутником  был  ViaSat-1 , для  предоставления услуг широкополосного Интернета в США:


Здесь,  как Вы видите ВиаСат  использовал лучи разного размера , для районов с высокой плотностью населения лучи имеют небольшую зону покрвтия , а там где населения мало  диаметр зоны покрытия одного луча в 2-3 раза больше.  отказался от того, чтобы  облучать  малонаселенные районы и направил лучи туда , где живет больше американцев. От сплошного покрытия всей территории США пришлось отказаться, ибо не хватало энергетики на ИСЗ – мощности солнечных батарей и емкости бортовых аккумуляторов. Отмечу, что в том момент когда ВиаСат-1 оказался на орбите и начал работу - его пропускная способность оказалась больше, чем у всех остальных  30 или 40 спутников связи, работавших над территорией США!!!

Кстати, спутники НТS идеальны только для широкополосного Интернета , если мы хотим передавать/вещать  телевидение, то нам проще работать с классическим ИСЗ и одной его зоной покрытия – такой ИСЗ в 3-4 раза дешевле чем спутник с антеннами HTS. Так же нужно понимать, что в классическом ИСЗ можно создать канал связи между городами , находящимися в одном луче, например из Флориды в Орегон,  для НТС спутника это теряет смысл  - каналы на 300 км мало кому нужны. Сейчас все  спутниковые сети на спутниках HTS строятся по топологии «звезда», то есть  центральная станция ГейтВей, с которой сигнал поднимается на все или несколько десятков лучей.  Луч, который связывает Гейтвей и Спутник на геостационарной орбите называется фидерным и он  обычно очень узкий  не  более 100 км в диаметре на Земле, где и строится Гейтвей, чтобы не расходовать его мощность понапрасну.  Лучи от спутника к абонентам называются user beam или service beam.

Как Вы понимаете, при таком отношении увеличения стоимости ИСЗ ( в 2-3 раза) и его пропускной способности в 30-40 раз, владелец ИСЗ HTS уменьшает себестоимость 1 Мегагерца (или 1 мегабита скорости для абонента) , который он может предложить  абонентам практически в 10 раз.  И это делает бизнес планы владельцев классических ИСЗ, которые взяли кредиты в банках 5 лет назад, заказали и запустили свои ИСЗ и ожидали продать их частотный ресурс  по цене 3-5 000 Долларов за 1 МГц, а тут на рынок выходит кто то кто предлагает это в 5 раз дешевле!

Поэтому рынок спутниковой связи начиная с середины этого десятилетия находится  в полной дезорганизации. Во первых,  на рынок поступило в 2 и более раз больше емкости, чем планировалось ранее.

Превышение предложения над спросом привело к падению цен. Цены на емкость постоянно снижаются.


Владельцы ИСЗ не понимают , что ожидает их в будущем, банки не уверены в их жизнеспособности и не хотят давать кредиты, в результате  Операторы ИСЗ снизили число заказов спутников с 20+ в год до 5!! Это же ударило и по компаниям, которые строили спутники (Талес Аления, Эрбас Индастри, Боинг, и тд) , и по владельцам ракет  Роскосмосу, АрианСпейсу, Спейс Х (напоминаю , что Спейс Х в этом году не запустил на геостационарную орбиту ни одного ИСЗ, а это был для него очень выгодный бизнес). А те , кто первым запустил свои ИСЗ по технологии HTS продолжают быстро захватывать рынок:


Спейс Х в проекте СтарЛинк  так же тспользует «переиспользование частот« , это декларировано в заявке Спейс Х в  Федеральную Комиссию по связи, но  только для фидерных лучей (мекжду спутником и гейтвеем) , там есть лучи и левой и правой поляризации,   использующие одни и те же полосы частот  в Ка диапазоне. А вот для лучей в Ку диапазоне между спутником и абонентским терминалом ,пока следов  переиспользования  в частотном плане СтарЛинка первого поколения я не нашел , все 12 лучей  Ку диапазона (4 луча receiving beam (на прием от абонента)  по 125 МГц каждый и 8 transmitting beam (на передачу к абоненту) по 250 МГц каждый , о которых, написал Спейс Х в своей заявке,  используют  разные частоты и один тип круговой поляризации.

Что ж будем наблюдать, когда появится сервис StarLInk и можно будет понять частотный план системы СтарЛинк . А пока  новая технология всего лишь за 10 лет с момента ее появления  практически изменила  устоявшуюся за 40 лет модель работы всей индустрии спутниковой связи.

Возможно , появление спутников на низкой орбите  типа СтарЛинка , OneWEB и TeleSat LEO в следующие 10 лет заново перекроят весь спутниовый бизнес..

Tags: starlink, viasat, Евтелсат, космос, ликбез, телеком, частоты
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 44 comments