В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
С путниковая связь и вещание находятся в начале нового витка развития, который характеризуется переходом к спутниковым системам массового обслуживания фиксированной спутниковой службы. К таким системам в данном случае относятся системы, реализованные на основе геостационарных спутников связи, или, кратко, спутниковые системы ШПД. Ряд таких систем уже реализован в диапазонах Ки п Ка и работает в штатном режиме (табл. 1).
Следует отметить, что в широком смысле к системам массового обслуживания относятся и перспективные системы спутникового непосредственного вещания (DirecTV, Echostar и т.п.), но их анализ заслуживает отдельного обсуждения.
Целевая функция спутниковых систем массового обслуживания - предоставление физическим абонентам и малым предприятиям высокоскоростного доступа к ресурсам Интернета. В качестве основной опции предоставляется возможность приема программ ТВ (как в едином потоке IP, так и отдельными потоками прямого вещания HDTV, а в перспективе и 3DTV).
В последнее время услуги таких систем рассматриваются для использования в интересах государственных и военных структур.
В отличие от обычных спутниковых систем основная аудитория спутниковых систем массового обслуживания в первую очередь формируется в регионах с высокой плотностью населения, что не исключает возможности предоставления услуг в малонаселенных и труднодоступных регионах, которые уже традиционно относят к компетенции спутниковой связи. Эти спутниковые системы начинают конкурировать с наземными сетями как по тарифам, так и по качеству услуги.
Основной технической идеей при реализации спутниковых систем массового обслуживания является использование многолучевой технологии, которая позволяет:
Массовость аудитории принципиально отражается и на системных решениях и ценовой политике. Среди системных решений, которые принципиально отличают спутниковые системы массового обслуживания от обычных спутниковых систем, следует выделить резервирование космического сегмента без ущерба для абонентов с одновременным наращиванием емкости в процессе развития системы. В идеале абоненты не ощущают неудобств при возникновении проблем у оператора.
Ценовая политика зарубежных операторов спутниковых систем массового обслуживания предусматривает минимальную цену оконечного оборудования для абонента, вплоть до нулевой цены за подключение при заключении договора более чем на год. Расчет ценовых показателей тесно взаимосвязан с законами массового обслуживания при оценке качества услуги и пределов канальных скоростей, предоставляемых абонентам. Широко используется свойство переподписки в таких системах, то есть на основе статистических данных проводится оценка наиболее вероятного числа одновременно работающих (активных) абонентов.
Основной доход оператор получает не от продажи оборудования, а от продажи трафика, то есть услуги (хотя этот результат анализа зарубежных данных может оказаться неприемлемым для условий РФ, пример - система "Триколор"), формируя гибкую политику распределения ресурса сети (коэффициент переподписки). При этом оператор системы массового обслуживания не только предоставляет доступ к сети Интернет, но и обеспечивает услуги хостинга, стремясь замкнуть весь свой трафик на себя.
В табл. 2 представлены краткие сведения об известных по состоянию на 2010 г. перспективных проектах, реализация которых намечена на период 2011-2013 гг. К сожалению, данные о действующих и тем более проектируемых системах публикуются в открытой печати в ограниченном виде, более того, публикуемые проектные данные со временем изменяются.
Сведения, представленные в табл. 2, получены из разных открытых источников и носят во многом экспертный характер. Результаты анализа обобщенных ценовых показателей для спутниковых систем массового обслуживания приведены далее.
Среди новых проектов интересно отметить, что компания Inmarsat - традиционный поставщик услуг подвижной спутниковой связи в L-диапазоне - объявила о намерении построить глобальную спутниковую сеть массового обслуживания в Ка-диапазоне. В табл. 3 представлена экспертная оценка известных на сегодня разрозненных данных о спутниках серии Inmarsat-5, на основе которых компания Inmarsat планирует создание сети в Ка-диапазоне.
О достоинствах спутниковых систем массового обслуживания можно найти достаточно много материалов. Однако о проблемах и их решениях материал в общедоступных изданиях очень скудный, поэтому далее интересно остановиться именно на проблемах и решениях.
Одной из наиболее важных (в системном плане) проблем является формирование зоны обслуживания, в которой пропускная способность системы распределена по лучам локальных зон в соответствии с плотностью распределения абонентов.
Оптимизация этого процесса непосредственно связана с рациональным использованием ресурсов массы и энергетики спутника, выделенных для полезной нагрузки. Анализ возможных решений показывает, что использование равномерной сетки сверх узких лучей (0,3-0,5 град.) оправдано для формирования зоны обслуживания с очень высокой (более 100 ч км2) равномерной плотностью распределения потенциальных абонентов (например, европейская система KA-SAT или Восточное и Западное побережье США). В этом случае предполагается безусловное наличие достаточного числа потенциальных пользователей в локальной зоне любого луча. Луч в этом случае можно сужать до технически реализуемого предела.
Если плотность распределения принципиально неравномерна, такое решение ведет к бесцельным затратам ресурса и высоким коммерческим рискам (например, на сайте WildBlue можно ознакомиться с процессом переконфигурирования лучей кластера спутников Anik F2 (111W) и WildBlue-1 (111W) в зоны максимальной плотности населения, которые изначальны были распределены непрерывно и равномерно по зоне обслуживания).
На рис. 2 показана загруженность лучей в сети WildBlue по состоянию на 2010 г. Развитие этой сети планируется на основе спутника ViaSat-1, сверхузкие лучи которого будут направлены исключительно в регионы с максимальной плотностью населения США (Восточное и Западное побережье). При этом можно встретить сообщения, что полоса каждого луча 500 МГц. Это действительно может иметь место, но реальная полоса частот, занятая информационными потоками, значительно меньше и определяется из условия достижения минимально допустимых помех, то есть невозможно использовать всю полосу, заявленную в луче.
Одним из наиболее очевидных решений формирования рабочей зоны, обеспечивающих приближение к функции распределения плотности абонентов, является применение в лучах не двух, как в KA-SAT или ViaSat-1, а трех или четырех частотных литер в сочетании с двумя ортогональными поляризациями. В результате появляется возможность в одну группу локальных зон направить частотный ресурс как бы двух-четырех лучей в одном луче, в другую группу ресурс только одного луча, а, например, для двух малонаселенных локальных зон распределить ресурс одного луча. В результате ресурс спутника можно распределить по лучам в соответствии с прогнозируемой потенциальной численностью абонентов и плотностью их распределения в рабочей зоне. Равномерное и неравномерное распределение ресурса спутника по локальным зонам иллюстрируется на рис. 3.
В общем случае возможно использовать и все 500 МГц в каждом луче (то есть две литеры - одна частотная и одна поляризационная), выделенные для абонентской радиолинии
(например, 29,5-30 ГГц/19,7-20,2 ГГц). Взаимное влияние лучей в этом случае недопустимо высокое (С/1 менее 4 дБ) при полной загрузке лучей, а при неполной загрузке путем распределения отдельных потоков TDM в прямых каналах в "шахматном порядке" (аналогичная схема для TDMA обратных каналов) позволяет снизить внутрисистемные помехи до приемлемого уровня. Однако эффективность такого решения сомнительна, поскольку снижается энергетика радиолинии при расширении полосы луча (требуется переход в линейный режим) и появляется много ограничений, накладываемых на частотную сетку каналов, высокие требования к внеполосным излучениям, уровням сигналов и т.п. В результате может оказаться, что выиграл в потенциальной пропускной способности луча спутника, но в пропускной способности сети проиграл.
Дополнительно следует отметить некоторые важные факторы, существенные при оптимизации технических решений:
Совокупность указанных факторов ограничивает возможные для использования сигнально-кодовые конструкции, как указано в табл. 4, где серым цветом выделены конструкции, реально допустимые для применения в системе автоматической адаптации к внешним условиям.
Второй проблемой является надежность системы. Большинство систем предусматривает создание кластеров спутников в одной орбитальной позиции. Создание кластеров осуществляется по мере развития системы. Очевидно, что капитальные затраты увеличиваются, но именно в сетях массового обслуживания, число абонентов в которых составляет сотни тысяч и миллионы подписчиков, увеличение стоимости космического сегмента в два раза (с одновременным увеличением ресурса) не приводит к фатальному увеличению сроков окупаемости. Основным критерием минимизации сроков окупаемости являются такие величины, как темп наращивания абонентской базы и затраты оператора на обеспечение производства абонентского оборудования земного сегмента (с учетом дотаций), отнесенные к будущим периодам. В каждом конкретном случае можно найти минимально необходимое число и требуемый темп подключения абонентов для достижения окупаемости затрат за разумный срок.
Одним из принципиальных вопросов являются общие затраты на создание и эксплуатацию системы массового обслуживания. Как правило, ценовые показатели не раскрываются в виде, достаточном для точного анализа экономической эффективности системы. В данном случае о спутниковых системах массового обслуживания имеются отрывочные сведения, которые сведены в табл. 5.
Учитывая, что системы имеют разное построение и параметры, но технология их едина и основана на многолучевой технологии, целесообразно все затраты нормировать относительно абонентского луча. Это представлено в табл. 5, и результаты показывают, что те системы, которые уже создаются, заметно ниже по ценовому эквиваленту, чем действующие, а в перспективе планируется еще более снизить затраты, приведенные к лучу. Это, по-видимому, позволит достичь рекордных показателей удельных затрат на одного абонента и рекордной себестоимости передачи единицы информации, соизмеримой и даже ниже, чем для наземных сетей.
Начало развития спутниковых систем массового обслуживания в России связывают с запуском спутника " Экспресс- АМ4" (80Е). Этот спутник имеет ограниченный ресурс Ка-диапазо-на, но применим для организации экспериментальной зоны. В последующем (2012 г.) уже штатное (коммерческое) развитие таких систем планируется на основе спутников "Экс-пресс-АМ5" (140Е) и "Экспресс-АМ6" (53Е), каждый из которых имеет 10 лучей Ка-диапазона по 125 МГц в каждом луче. Лучи ориентированы на регионы России с повышенной плотностью населения. На их основе предполагается реализовать первый этап российской системы высокоскоростного доступа (РСС-ВСД). На втором этапе предполагается создание двух дополнительных целевых спутников Ка-диапазона (западный и восточный), лучи которых будут охватывать как населенные, так и малонаселенные регионы России. Техническая реализация РСС-ВСД второго этапа пока находится в стадии осмысления. Одной из проблем является рациональное построение многолучевого спутника и распределение его ресурса с учетом относительно низкой и крайне неравномерной плотности потенциальных абонентов на территории РФ.
Среди многообразия проблем реализации спутниковых систем массового обслуживания в данном случае выделим те, которые связаны с вопросами нормативно-правового регулирования радиочастотного обеспечения и использования РЭС, свойственных России. Большинство очевидных вопросов несоответствия нормативной базы радиочастотного обеспечения абонентских VSAT-станций Ка-диапазона современным положениям снято решением ГКРЧ в феврале 2010 г. Это чрезвычайно важный шаг в направлении стимулирования создания перспективных спутниковых систем Ка-диапазона в России (например, исключены индивидуальные частотные разрешения, исключена международная координация абонентских станций), но еще остались и нерешенные вопросы общего и нормативного характера:
1. Обеспечение надежности функционирования системы массового обслуживания - одно из принципиальных условий как для привлечения инвестиций при реализации таких проектов, так и при формировании абонентской базы. Но сегодня в случае отказов нет способов парировать их без ущерба для абонентов. В зарубежных системах эта задача решается, как правило, путем создания кластера спутников.
2. В перспективных спутниковых системах массового обслуживания Ка-диапазона абонентские станции используются с антеннами, по размеру аналогичными, и даже меньшими, чем сегодня применяются в системах спутникового непосредственного вещания в Ku-диапазоне. Соответственно абоненты имеют возможность самостоятельно переустанавливать абонентские станции. Контролировать этот процесс, как это происходит сегодня для VSAT-Ku, невозможно. Очевидно, что нормативная база в части регистрации таких РЭС должна быть изменена. Формирование баз данных и всю ответственность за регистрацию абонентских станций целесообразно делегировать оператору системы.
3. В перспективных системах Ка предусматривается штатная работа абонентских станций непосредственно в движении при их размещении на подвижных средствах. Нормативных правил легализации таких абонентских станций сегодня нет. Целесообразно иметь общие нормативные требования и подходы к легализации абонентских станций, работающих в движении как в Ku-диапазоне, так и в Ка-диапазоне.
4. Проект, одобренный комиссией при Президенте РФ по технологическому развитию и модернизации экономики страны, предусматривает организацию серийного производства абонентских терминалов Ка-диапазона в России. Сегодня существует несколько типов абонентских терминалов, которые отличаются программным продуктом.
Однако требования к абонентским терминалам в части ЭМС должны быть сформулированы и приняты как единые нормы в соответствии с европейскими стандартами (в частности, в соответствии со стандартом EN301459). Такой документ в виде "Правил применения... ", "Норм... " или в иной форме необходим уже в процессе согласования и передачи технологий от зарубежных партнеров при организации производства на территории РФ.
5. Остаются проблемой при организации производства и нормативные правила ввоза комплектующих РЭС на территорию России. Попытки отказаться от частотных разрешений при ввозе так и остаются попытками начиная с 1994 г.
В заключение следует отметить, что по состоянию на 2010 г. практически вся геостационарная орбита формально исчерпана "бумажными" заявками, среди которых число заявок на спутниковые сети Ка-диапазона все увеличивается. Однако, если даже не принимать во внимание все заявляемые системы Ка-диапазона "бумажного" характера, а рассматривать только реально продвинутые проекты и действующие системы, то получается впечатляющая перспектива: суммарно не только рекламно заявляемый ресурс спутниковых систем в Ка-диапазоне, но и их реальный ресурс действительно уже к 2015 г. превысит ресурс всех созданных ранее и действующих сегодня космических систем. По-видимому, подобные системы массового обслуживания Ка-диапазона - это магистральное направление развития спутниковой связи и вещания в ближайшее десятилетие (в том числе и для России).
Опубликовано: Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2011
Посещений: 7644
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
