15.06.2020

High-Throughput Satellite что это такое

High-Throughput Satellite (высокопроизводительный спутник) – это спутник, производительность которого превышает во много раз производительность классических спутников при равном объеме частот, выделенных спутнику. Благодаря началу пусков космических аппаратов с высокой пропускной способностью (HTS), в начале 10 х годов 21 века индустрия спутниковой связи переживает 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  High-Throughput Satellite и как они работают.

Самым важным параметром спутника связи является  каким частотным диапазоном  он располагает   (или же тот же вопрос может выглядеть так:  сколько на нем лучей?? Или сколько на нем транспондеров). Исторически Луч и транспондер это частотный диапазон шириной от 36 до 150 МГЦ, передаваемый с одного устройства (передатчика) . Ширина стандартного диапазона 36 МГц и в таких стандартных транспондерах и оценивают обычно мощность спутника.  На одну антенну, которая формирует единую зону освещения может работать несколько лучей (транспондеров). До революции HTS лучшее,  что придумали инженеры это контурные лучи
Satellite footprint Optimized for Coverage
Благодаря искусному формированию поверхности антенны и облучателя в зону освещения попадает только нужная территория и мощность передатчика не тратиться на океаны и соседние страны. Polarization.jpg

Так как Международный союз Электросваязи выделил в Ку Диапазоне  для фиксированной связи  (Fixed Satellite Service) только 500 МГц, но еще есть диапазон для вещания (Бродкаста 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  :
Частотный план Ku-диапазон
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 телевидение, 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 
frequency reuse.png
Чтобы закрасить ими любую поверхность таким образом, чтобы одинаковые цвета не пересекались.  (а пересечение на антенне абонента 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/dfhbfynf.

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

Viasat.jpg
Это зона покрытия  Европейского ИСЗ Ка-Sat (она идет от Лиссабона до Москвы) , 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 КаСат. Благодаря наличию 82 лучей , то есть многократному использованию одних и тех же частот его пропускная способность Ka-Sat  стала в 41 раз больше, чем была бы в «классическом» варианте.   А первым НТС спутником  был ВИаСАт -1  предоставления услуг широкополосного Интернета в США:

Кстати, спутники НТS идеальны только для широкополосного Интернета , если мы хотим передавать/вещать  телевидение, то нам проще работать с классическим ИСЗ и одной 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.

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

Capacity prices continue to fall.jpg

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 очень выгодный бизнес). А те , кто первым запустил свои ИСЗ по технологии HTS продолжают быстро захватывать рынок:

Global SATCOM Capacity Revenues.jpg

Посмотрим , будет ли использовать  «переиспользование частот« Спейс Х в проекте СтарЛинк , это декларировано в заявке Спейс Х в  Федеральную Комиссию по связи, но пока следов  этого в частотном плане я не нашел , все 8 лучей (4 на прием и 4 на передачу) о которых, написал Спейс Х в своей заявке,  используют  разные частоты.

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.

Vsatman



Поделиться в соц. сетях
487