Лекция №6. Антенна терминала vsat. Системы подвижной спутниковой связи.

План:

1. Спутниковый Интернет.

2. Основные способы подключения к международной сети Интернет.

3. Основные недостатки спутниковой связи.

VSAT (Very Small Aperture Terminal) – наземная станция спутниковой связи с малой (от 1 до 4,5 м в диаметре) апертурой (размером, определяющим реально принимаемую мощность сигнала) антенны. Часто такие терминалы являются переносными.

История VSAT:

История VSAT сетей начинается с запуска первых спутников связи. В конце 60-х годов в ходе экспериментов со спутником АТС-1 была создана экспериментальная сеть спутниковой телефонной связи на Аляске. Сеть состояла из 25 земных станций, установленных в небольших поселках. Эксперимент оказался успешным и было принято решение о создании коммерческой сети телефонной спутниковой связи из 100 терминалов с использованием каналов на спутник Интелсат. В то время самая "маленькая" спутниковая станция имела антенну диаметром 9 м и стоила около 500 тыс. долл. Заказчики же поставили условие: антенны земных станций сети должны быть не более 4,5 м, а цена не превышать 50 тыс. долл. И такие земные станции были созданы фирмой California Microwaves.

Состав

VSAT состоит из двух основных частей, ODU (OutDoorUnit) — внешний блок, то есть антенна и приёмопередатчик, обычно 1-2 Вт и IDU (InDoorUnit) — внутренний блок или спутниковый модем.

Блок наружной установки (ODU) — внешний блок, устанавливаемый в фокусе антенны, который передает концентратору и получает от него через спутник модулированные радиосигналы. В состав ODU входят полупроводниковый усилитель (SSPB, BUC), понижающий преобразователь малошумящего блока (LNB) и поляризационный селектор (OMT). BUC и LNB подключены к отдельным портам OMT. Такая конфигурация обеспечивает прием сигнала с поляризацией определенного типа и передачу сигнала с поляризацией другого типа, обычно ортогонального. Межблочный кабель имеет разъемы F-типа. Заводские антенны VSAT комплектуются облучателем и ОМТ.

Внутренний блок (IDU) представляет собой маленький настольный прибор, который преобразовывает информацию, проходящую между аналоговыми коммуникациями на спутнике и местными устройствами, такими как телефоны, компьютерные сети, ПК, ТВ и т.д. Вдобавок к основным программам преобразования, IDU могут содержать также дополнительные функции, например, такие, как безопасность, ускорение сети и другие свойства.

Принципы работы

Сеть спутниковой связи на базе VSAT включает в себя три основных элемента: центральная земная станция (при необходимости), спутник-ретранслятор и абонентские VSAT терминалы.

Центральная земная станция в сети спутниковой связи выполняет функции центрального узла и обеспечивает управление работой всей сети, перераспределение ее ресурсов, выявление неисправностей, тарификацию услуг сети и сопряжение с наземными линиями связи. Обычно ЦЗС устанавливается в узле сети, на который приходится наибольший трафик. Это может быть, например, главный офис или вычислительный центр компании в корпоративных сетях, или же крупный город в региональной сети.

Абонентская станция VSAT Абонентский VSAT терминал обычно включает в себя антенно-фидерное устройство, наружный внешний радиочастотный блок и внутренний блок (модем). Внешний блок представляет собой небольшой приемопередатчик или приемник. Внутренний блок обеспечивает сопряжение спутникового канала с терминальным оборудованием пользователя (компьютер, сервер ЛВС, телефон, факс УАТС и т.д.).

Спутники ретрансляторы сети VSAT строятся на базе геостационарных спутников-ретрансляторов. Это позволяет максимально упрощать конструкцию абонентских терминалов и снабжать их простыми фиксированными антеннами без системы слежения за спутником. Спутник принимает сигнал от земной станции, усиливает его и направляет назад на Землю. Важнейшими характеристиками спутника являются мощность бортовых передатчиков и количество радиочастотных каналов (стволов или транспондеров) на нем. Для обеспечения работы через малогабаритные абонентские станции типа VSAT требуются передатчики с выходной мощностью около 40 Вт. Современные VSAT работают как правило в Ku диапазоне частот 11/14 ГГц (одно значение частоты на прием, другое на передачу), также есть системы использующие С диапазон 4/6 ГГц, также сейчас осваивается Ка диапазон 18/30 ГГц.

Приемо-передающая аппаратура и антенно-фидерное устройство обычно строится на базе стандартного оборудования, имеющегося на рынке. Стоимость определяется размерами антенны и мощностью передатчика, которые существенно зависят от технических характеристик используемого спутника-ретранслятора. Для обеспечения надежности связи аппаратура обычно имеет 100% резервирование.

Каналообразующая аппаратура обеспечивает формирование спутниковых радиоканалов и стыковку их с наземными линиями связи. Каждый из поставщиков систем спутниковой связи применяет свои оригинальные решения этой части ЦЗС, что часто исключает возможность использовать для построения сети аппаратуру и абонентские станции других фирм. Обычно эта подсистема строится по модульному принципу, что позволяет по мере роста трафика и количества абонентских станций в сети легко добавлять новые блоки для увеличения ее пропускной способности.

Современный VSAT обеспечивает получение информации владельцем VSAT со скоростью до 4 Мбит/c (в режиме мультикаст до 30 Мбит/c) и передачу информации до 1..2 Мбит/с.

Современные VSAT имеют один и более портов Ethernet и встроенные функции маршрутизатора. Некоторые модели, посредством расширения могут оснащаться 1-4 телефонными портами.

Ситуация на сегодняшний день

По данным на 2007 год в мире более миллиона VSAT, из них только в США более 500 000. В России на конец 2006 года было около 5000 VSAT, но темпы развертывания VSAT очень высоки и по состоянию на ноябрь 2007 года было установлено 17 675 станций.[2]

Значительный рост числа VSAT в 2007 году произошел благодаря реализации Федеральных целевых программ - Универсальная услуга связи (пункты коллективного доступа в Интернет) и Образование (Интернет в российских школах).

Потребителей российского рынка VSAT можно разделить на четыре сегмента: 1. Государственные учреждения 2. Крупные корпорации с разветвленной сетью филиалов и представительств. 3. Средний и малый региональный бизнес. 4. Частные пользователи (спутниковый Интернет).

Активными пользователями VSAT являются морские суда, где используются стабилизированные антенны, которые позволяют отслеживать спутник, несмотря на изменение курса судна. В настоящее время практически все пассажирские круизные суда имеют на борту установку морского VSAT. Как правило основной проблемой для морских пользователей является правильный выбор оператора VSAT, имеющего неограниченную зону покрытия по всему миру. А также автоматический переход с одного спутника на другой во время плавания.

Основные производители VSAT в мире:

Advanetch Wireless (Канада);

Hughes Network System (США) — HughesNet (DirecWay), HX;

Gilat (Израиль) - SkyEdge;

ViaSat (США);

iDirect(США);

NDSatCom (Германия);

Истар (Россия);

Newtec

Системы подвижной спутниковой связи (ПСС),являясь безальтернативными на сегодняшний день средствами связи для мобильных абонентов на территориях, не охваченных наземными сетями, традиционно строятся на базе как геостационарных, так и низкоорбитальных спутниковых систем. Различные модели их построения обуславливают наличие в каждом типе как преимуществ, так и недостатков, которые должны учитываться пользователями при выборе той или иной системы для обеспечения своих нужд. Геостационарные системы представлены на рынке операторами Inmarsat и Thuraya. Спутники этих систем обеспечивают постоянное покрытие сервисных зон радиосигналами и при отсутствии помех на пути сигнала предоставляют пользователям бесперерывную связь. Высокая энергетика геостационарных аппаратов позволяет таким системам занимать ведущие позиции по скорости передачи данных. Inmarsat, в частности, со своей услугой BGAN предоставляет доступ в сеть Интернет на скорости до 492 кбит/с и является на сегодняшний день лидером среди систем ПСС по этому показателю.

Вместе с тем геостационарные системы имеют ряд недостатков, обуславливающихся, в первую очередь, неподвижным относительно Земли положением аппаратов на высоте около 36 тыс. км, что является особенностью таких систем. Обеспечение связью абонентов в этом случае напрямую зависит от радиопрозрачности тракта "спутник - абонент", что в реальных условиях не всегда является достижимым. При нахождении абонента на открытой местности и в прямой видимости спутника связь будет обеспечена, но при наличии помех в виде пересеченного рельефа местности, густого леса, жилых домов и т.п. (в северном полушарии – с южной стороны, а в южном – с северной) сигнал может не дойти до терминала абонента.

Возможно, по этой причине Inmarsat первоначально позиционировался на рынке как оператор связи для морских судов, где подобные проблемы невозможны. Еще один момент, в значительной мере затрагивающий и российских пользователей, – наличие у сервисных зон геостационарных аппаратов широтных ограничений, делающих связь на широтах выше 70° практически невозможной. Дело в том, что при движении абонента от экватора к полюсам уменьшается угол места (угол между линией горизонта и направлением на спутник в вертикальной плоскости), который может принимать и отрицательные значения, а расстояние до космического аппарата и, соответственно, рассеивание радиосигнала возрастают. Таким образом, при углах места ниже 10° связь не гарантирована. Также пользователи геостационарных систем зависят от работоспособности космического аппарата, обслуживающего тот или иной сектор, и при его возможном выходе из строя вся сервисная зона может оказаться необслуживаемой. Это требует от оператора системы наличия спутников в резерве, готовых заменить вышедший из строя аппарат.

Альтернативой геостационарным системам являются системы ПСС на базе низкоорбитальных спутников с высотой орбиты 800-2000 км. Это отечественная система "Гонец", а также американские системы Iridium, Globalstar и Orbcomm. Их построение принципиально отличается от геостационарных: аппараты перемещаются относительно поверхности Земли по круговым орбитам. Этот факт позволяет данным системам иметь ряд преимуществ.

В первую очередь, это возможность обеспечения действительно глобальной сервисной зоны. Этим качеством обладают на сегодняшний момент системы "Гонец" и Iridium. Их аппараты, находящиеся на околополярных орбитах, позволяют обслуживать абонентов в любой точке Земли: перемещение аппаратов относительно поверхности планеты в совокупности с ее естественным вращением позволяют даже одному аппарату охватить за определенный период времени своей подспутниковой зоной всю поверхность Земли. В частности, спутник системы "Гонец" способен "обслужить" пользователя системы, находящегося в любой географической точке Земли два раза в сутки. Соответственно, чем больше аппаратов на орбите – тем меньше время ожидания сеанса связи абонентом. Системы Globalstar и Orbcomm не обслуживают абонентов выше и ниже ориентировочно 60-й параллели, что вызвано особенностями их орбитального построения.

Перемещение спутника относительно абонента позволяет реализовать низкоорбитальным системам ПСС еще одно важное преимущество: способность оказывать услуги связи практически на любой местности, включая пересеченную, гористую и т.п., так как при движении космического аппарата по орбите с антенной абонентского терминала реализуются различные углы места. Условно говоря, если с южной стороны от абонента находится здание, сеанс связи будет осуществлен, когда спутник перелетит преграду и откроется его видимость антенне терминала. Еще одна важная особенность низкоорбитальных систем – их высокая живучесть: при выходе из строя одного из спутников орбитальной группировки абонент будет обслужен другим космическим аппаратом системы.

В качестве недостатка таких систем можно отметить более низкие скорости передачи информации (на сегодняшний день до 128 кбит/с) и перерывы связи, что может наблюдаться в случае недостаточного количества космических аппаратов в орбитальной группировке.

Растущий рынок ПСС (по прогнозам Euroconsult, до 2020 г. – около 7% в год в денежном выражении и 13% - по количеству терминалов) обнаруживает наличие тенденций к все большей диверсификации услуги. Это, скорее всего, означает, что системы ПСС обоих типов построения найдут свое применение в различных секторах рынка. Сложившаяся устойчивая тенденция к расширению объемов услуг широкополосного доступа (MSS Broadband), безусловно, оставит востребованными геостационарные системы ПСС. Вместе с тем бурно растущий рынок М2М на уровне не менее 18% в год в денежном выражении (в том числе и в сегменте мобильных пользователей) оставит востребованными и услуги низкоорбитальных систем ПСС. На этом рынке существует множество направлений, где скорость передачи информации не является критичной, зато существенным является цена трафика и абонентского оборудования. Это в первую очередь относится к B2B-рынку, где могут заключаться контракты на тысячи абонентских устройств.