В рубрику "Спутниковая связь" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Спутниковые системы связи и вещания для передачи IPTV

Доставка мультимедийного контента (DTH и HDTV) пользователю осуществляется по мультисервисным спутниковым сетям, использующим различные технологии (DVB-S2, DVB-RCS, VSAT и т.д.). Данные спутниковые сети состоят из трех сегментов:

нижний (наземный) сегмент (сети VSAT);
верхний (космический, спутниковый) сегмент (RSC);
технологический сегмент (стандарты, определяющие обмен информацией).

Александр Кондрашин

К.т.н., профессор РГТУ им. К.Э. Циолковского

Владимир Слепцов

Д.т.н., профессор РГТУ им. К.Э. Циолковского

Андрей
Лямин

Старший преподаватель РГТУ им. К.Э. Циолковского

Наземный сегмент

Наземный сегмент состоит из одной или нескольких "центральных" приемопередающих станций (хабов, VSAT-терминалов) и сетевых шлюзов управления сетью. По российскому законодательству к оборудованию VSAT относятся спутниковые наземные станции с диаметром антенны до 2,4 м и передатчиком мощностью до 4 Вт. В настоящее время VSAT используется в основном в регионах с неразвитой инфраструктурой связи и низкой плотностью населения, а также чаще всего совместно с наземными беспроводными технологиями Wi-Fi и WiMAX, которые являются "последней милей".

Структурно терминал VSAT состоит из трех основных элементов:

1. Антенная система трех диапазонов:

Ka-диапазон (18/20 ГГц) – диаметр антенны 0,5–0,6 м;
Ku-диапазон (10/13 ГГц) – диаметр антенны 1–1,5 м;
C-диапазон (3,7/5,8 ГГц) – диаметр антенны 1,2–1,8 м.

2. Наружный блок (OutDoor Unit, ODU), размещаемый непосредственно на антенне, состоит обычно из двух элементов:

малошумящий усилитель (МШУ) с преобразователем частоты, который для уменьшения потерь в антенно-фидерном тракте размещается непосредственно на облучателе;
передатчик, устанавливаемый на элементах конструкции антенны.

3. Внутренний блок (InDoor Unit, IDU), устанавливаемый в помещении пользователя:

спутниковый модем;
контроллер;
интерфейсная плата.

Классификация наземных сетей VSAT

Наземные сети VSAT различаются по:

1. Cтруктуре (топологии) сети:

"звезда" (star). Отличительными особенностями данной структуры являются наличие одной центральной (узловой) управляющей станции (ЦС), сопряженной с наземными сетями VSAT, и асимметричные скорости передачи контента (до 150 Мбит/с из центра "звезды" и до 5 Мбит/с в центр "звезды");
"каждый с каждым" (mesh-топология). Для данной технологии характерно отсутствие центральной станции, поэтому обмен информацией между равноправными хабами осуществляется с симметричными скоростями (до 10 Мбит/с). В настоящее время доля mesh-сетей в нашей стране не превышает 5–7%, так как полноценный mesh-терминал стоит порядка $5–6 тыс.;
гибридная. Объединяет в своей структуре обе предыдущие топологии.

2. Объему передаваемого трафика и скоростям (в настоящее время: низкоскоростные сети – до 1 Мбит/с, среднескоростные – до 10 Мбит/с и высокоскоростные – более 10 Мбит/с).

3. Виду работы (стационарные, перевозимые мобильные и мобильные спутниковые терминалы).

Космический сегмент

Космический сегмент представляет собой коммутируемую сеть на основе спутников. Одной из главных задач в данной сети в настоящее время является обеспечение двустороннего канала между центральной и периферийными (автономными) наземными приемопередающими станциями.

Технологический сегмент

Для передачи IPTV по спутниковым системам связи существует ряд стандартов (DVB-S, DVB-S2, DVB-RCS (Return Channel Satellite) и др.). С нашей точки зрения, наиболее перспективным стандартом является последняя версия стандарта DVB-S2, так как он позволяет работать с различными транспортными потоками MPEG, пакетами IP или ATM. Применение AКМ (Adaptive Coding and Modulation) – режима адаптированного кодирования и модуляции в DVB-S2 позволяет менять параметры передачи для каждого VSAT в отдельности в зависимости от условий приема. Так, скорость передачи может быть динамически уменьшена в районах с неблагоприятными погодными условиями (дождь, туман), в то время как в районах с благоприятными условиями скорость передачи может быть увеличена. Таким образом, эффективность использования канала может быть увеличена на 30%.

Преимущества систем спутниковой связи

обеспечение доставки видеоконтента в наиболее труднодоступные места (тайга, горная местность, морские буровые платформы);
постройка сетей VSAT для некоторых полос частот без оформления разрешения государственной регистрационной комиссии по радиочастотам;
отсутствие необходимости в ретрансляционных базовых станциях в районе расположения абонента.

Недостатки систем спутниковой связи

высокая стоимость услуг связи;
дефицит спутникового ресурса (темпы роста VSAT-сетей опережают сроки запусков спутников);
высокая стоимость оборудования и его установки;
относительно низкие скорости потоков;
необходимость получения разрешения на использование частот для VSAT-станций на иностранные спутники;
ослабление и задержка сигнала при наличии неблагоприятных погодных условий.

При этом большая часть существующих недостатков может быть устранена за счет использования новых технологий и упрощения выдачи лицензий.

Перспективы развития спутниковой связи в РФ

Ближайшие перспективы развития спутниковой связи в РФ, в том числе мультимедийных систем и систем ШПД, определены программой государственной спутниковой группировки на 2006–2015 гг.

Реализация этой программы за счет вывода на орбиту группировки как государственных спутников серии "Экспресс", так и коммерческих спутников серии "Ямал" должна позволить:

увеличить количество спутниковых каналов, в том числе и каналов для HDTV (в настоящее время количество спутниковых каналов HDTV составляет лишь около 5% от общего количества спутниковых каналов);
повысить информационную безопасность страны (уменьшить объем информации через иностранные спутниковые системы);
увеличить информационную интеграцию регионов РФ, включая ее северные территории с резким увеличением числа пользователей – физических лиц (в США количество индивидуальных пользователей составляет около 70%, а в РФ – не более 2%);
уменьшить стоимость услуг отечественной спутниковой связи, например за счет запуска малых геостационарных спутников.

Помимо увеличения орбитальной спутниковой группировки, необходимо внедрение целого ряда разрабатываемых в настоящее время технологий нового поколения для спутников связи и вещания, включающих в себя технологии мультиплексирования потока непосредственно на борту спутника Sky Plex и применение многолучевой технологии IPStar.

Данные технологии не только повышают энергетический потенциал и пропускную способность спутника, но и позволяют организовывать VSAT-сети любой топологии без строительства центральной станции, так как наземные станции имеют возможность отправки собственных сигналов на спутник независимо друг от друга, то есть непосредственно из места формирования контента.

Однако коммерческое применение данных технологий в России сталкивается с тремя основными проблемами:

требуются значительные дополнительные финансовые вложения;
технология Sky Plex не пользуется коммерческим успехом в странах с развитыми ВОЛС;
данные технологии пользуются успехом только в странах с высокой плотностью населения (в десятки и сотни раз превышающей плотность населения в России).

Гибридные спутниковые технологии

К гибридным спутниковым технологиям можно отнести:

технологию DVB-SH (см. табл. 1), сочетающую передачу одностороннего спутникового видеоконтента на наземные приемно-ретранслирующие устройства (репитеры), имеющие обратную связь с мобильными абонентскими устройствами;
технологии, например, на базе платформы SkyWan, ретранслирующие абонентам спутниковый контент через сети сотовых операторов связи. Данный гибридный доступ позволяет организовать сети обслуживания зон покрытия нескольких вышек сотовой связи, находящихся в разных временных зонах.