Перспективы развития сетей спутникового ШПД в России. Спутниковая группировка

О планах использования Ка-диапазона многие операторы объявляли еще 15 лет назад, но тогда все проекты в основном остались на бумаге и в считанных экспериментальных образцах. В начале 2000-х реализация проектов если и не заглохла совсем, то очень сильно затормозилась. около пяти-шести лет назад ситуация на рынке изменилась, и у сетей Ка-диапазона открылось второе дыхание. предоставляют услуги спутникового высокоскоростного интернет-доступа в Ка-диапазоне или готовятся выйти на рынок в ближайшее время. На нашем рынке, возможно, будет работать услуга TooWay оператора Eutelsat, если удастся решить вопросы регулирования (подробнее см в статье "Частотное обеспечение и нормативно-правовая база").

Вопрос "Нужен ли России Ка-диапазон?" обсуждается уже лет десять, и общей точки зрения у спутниковых операторов, чиновников регулирующих структур и операторов сетей не наблюдается. Кто-то считает, что освоение Ка-диапазона российскими операторами преждевременно, поскольку еще не до конца исчерпан орбитально-частотный ресурс в Ku-диапазоне. Другие за ограничение экспериментальными транспондерами и сетями. А кто-то считает, что Ка-диапазон нужно было развивать уже вчера.

Так или иначе, но на данный момент создание российской спутниковой сети высокоскоростного доступа – вопрос уже решенный на государственном уровне. И для того чтобы те, на кого возложена задача построения этой сети, смогли изложить свое видение и понимание проекта, а другие смогли высказать замечания и задать вопросы, была организована "Международная конференция операторов и пользователей спутниковых сетей связи на базе технологии VSAT", проведенная в Дубне в апреле этого года.

Очевидно, что данный проект (как вообще освоение Ка-диапазона) может если не взорвать российский рынок, то очень круто его изменить. И пока вопросов у участников рынка намного больше, чем ответов. Вопросы эти лежат как в технической плоскости, так правовой и коммерческой. Что будет на орбите? Как это будет регулироваться, и как это будет продаваться?

Планы ФГУП "Космическая cвязь" по освоению Ка-диапазона. Спутниковая группировка

Главный российский спутниковый оператор ФКУП "Космическая cвязь" в прошлом году объявил о том, что будет развивать сети Ка-диапазона.

Всего в ближайшие три года планируется запуск трех аппаратов, имеющих на борту полезную нагрузку Ка-диапазона. Первый – "Экспресс-АМ4", 80° в.д. – запланирован к запуску на август этого года. На нем предусмотрены два транспондера Ка-диапазона, которые будут использоваться для экспериментальной отработки параметров сети и аппаратуры.

В дальнейшем планируется запуск еще двух спутников – "Экспресс-АМ5", 140° в.д., и "Экспресс-АМ6", 53° в.д., на каждом из которых будет установлено по 10 транспондеров Ка-диапазона. Эти спутники будут использованы для уже полноценного развертывания российской сети высокоскоростного спутникового интернет-доступа.

Руководитель службы инновационных проектов ФГУП "Космическая связь" и заместитель генерального директора по инновационному развитию Евгений Буйдинов курирует в ГПКС как VSAT-тематику в целом, так и развитие Ка-диапазона. Участвовал во всех упомянутых спорах о целесообразности применения Ка-диапазона в России. Его точка зрения такова: можно долго спорить, нужен ли России Ка-диапазон, будет ли он работать в российских климатических условиях? Но других частот для спутникового ШПД нет, и если мы хотим развивать эту технологию в принципе, у нас просто нет другого варианта. Поэтому ГПКС начинает – и очень активно – Ка-диапазон развивать; уже осенью этого года должна начаться эксплуатация экспериментальной сети.

"Экспресс-АМ4" – экспериментальная отработка Ка-диапазона

Как уже говорилось, первый российский спутник с емкостью Ка-диапазона – "Экспресс-АМ4" – планируется к запуску во второй половине августа. По состоянию на конец июля аппарат уже на Байконуре, предпусковая подготовка идет согласно графику. Два транспондера Ка-диапазона, установленные на этом аппарате, предназначены для экспериментальной отработки самой технологии, выбора платформы, технических параметров сигнала, работы аппаратуры в разных погодных условиях и прочих сопутствующих вопросов. Транспондеры переключаются на любую антенну, антенны наводятся на любую точку в зоне покрытия.

Примерная зона покрытия "Экспресс-АМ4"

Поляризация выбрана линейная, на следующих аппаратах принята круговая. В данный момент заканчивается строительство хаба под АМ4, на основе которого и будет проводиться тестирование. Поскольку платформа ещё не выбрана, то среди вендоров и разработчиков, присутствующих на российском рынке (Hughes, Viasat, iDirect, российский Истар и ряд других), наблюдается некоторый ажиотаж – никто не хочет упускать столь масштабный проект.

"Экспресс-АМ5 " и "Экспресс-АМ6" – создание полноценной сети

На Экспрессах "АМ5" и "АМ6" будут установлены 12 транспондеров и сформированы по 10 лучей. Для того чтобы охватить Ка-диапазоном всю зону покрытия спутника, требовалось установить на КА четыре антенны, но это количество не вписалось по массе, есть возможность установки только трех антенн. Поэтому пришлось пойти на компромисс: так как десятью стволами всю территорию страны не охватить, зоны покрытия будут сосредоточены в наиболее населенных регионах.

Для работы сети широкополосного доступа ГПГКС строит два хаба: в Дубне для работы с "Экспрессом-АМ6" и в Хабаровске – для "Экспресса-АМ5". Для унификации земного сегмента частотный план обоих аппаратов идентичен.

На "Экспрессах" АМ5 и АМ6 ГПКС впервые применяет повторное использование частот: в лучах 2 и 7 и 1 и 9 частоты совпадают, а сами лучи разнесены в пространстве. Данная технология широко используется многими спутниковыми операторами для экономии частотного ресурса.

Многолучевые антенны – некоторым образом палка о двух концах. С одной стороны, многократное использование частот позволяет организовать высокую пропускную способность и, как следствие этого, приемлемые тарифы для пользователей. Но с другой: чем чаще повторяются лучи с одними и теми же частотами, тем выше вероятность взаимных помех между этими лучами. Все операторы так или иначе ищут компромисс, на российских спутниках реализовано четырехкратное использование частот.

Сейчас спутниковая группировка ГПКС использует около 60 процентов принадлежащего Предприятию орбитально-частотного ресурса. И новые тяжелые аппараты ГПКС, которые сейчас планируются к запуску, в первую очередь ? "Экспресс-АМ4", "Экспресс-АМ5" и "Экспресс-АМ6", спроектированы так, чтобы использовать весь принадлежащий Предприятию ОЧР в тех орбитальных позициях, куда они будут запускаться. В точках, куда планируются к выводу "Экспресс-АМ5" и "Экспресс-АМ6" (соответственно, 140° и 53° в.д.), есть некоторое количество свободного ОЧР в Ku-диапазоне, но только на даунлинке, то есть на линии "спутник-Земля". Поэтому на этих аппаратах предусмотрен транспондер, который на аплинке работает в Ка-диапазоне, а на даунлинке – в Ku-диапазоне. Этот транспондер предлагается использовать для телетрансляции, и станцию подъема сигнала для него строят на ЦКС "Медвежьи озера".

Спутники для Ка-диапазона, что ждать в будущем?

НИИ радио является головной организацией в разработке перспектив развития спутников и спутниковых сетей. Институт отслеживает современные разработки и высказывает свое авторитетное экспертное мнение по поводу перспективности их применения.

Первый заместитель генерального директора НИИ Радио Михаил Симонов считает: так или иначе, но, кроме как в Ка-диапазон, развиваться дальше некуда. Поэтому все перспективные разработки нужно рассматривать именно в применении к этому диапазону. А основной проблемой Ка-диапазона являются атмосферное затухание сигнала и компенсации этих затуханий. Чем выше диапазон, тем большее воздействие на сигнал оказывают атмосферные осадки; Ku-диапазон более чувствителен к осадкам, чем С-диапазон, а Ка-диапазон еще более чувствителен, чем Ku. Россия, к счастью (если рассматривать именно с точки зрения развития сетей Ка-диапазона), расположена не в тропическом климатическом поясе (где порой сильно затруднено использование даже Ku-диапазона), но проблемы с осадками скорее всего будут. По исследованиям Международного союза электросвязи выпущена карта, где обозначены наиболее неблагоприятные районы для работы в Ка-диапазоне, и в эти районы попадают некоторые регионы России.

К тому же из-за северного расположения страны мы имеем достаточно низкие углы места, следовательно – более длинный путь прохождения сигнала в осадках и сильное затухание даже при небольшой интенсивности дождей.

Но разработчики полезных нагрузок для спутников, разумеется, в курсе этих проблем, и работают над решением вопроса. Что же они предлагают для Ка-диапазона?

Первое: многолучевые антенны. Для Ku-диапазона возможна реализация зоны покрытия диаметром чуть меньше 900 км, для Ка – 370 км, для диапазона 40 ГГц – чуть меньше 200 км. При этом возможно спроектировать полезную нагрузку спутника так, что у оператора появляется возможность перераспределения энергетики между лучами. То есть для компенсации затухания можно повысить энергетику сигнала в той или иной зоне.

Для компенсации затухания разработаны и стандартизованы несколько помехоустойчивых методов кодирования. Адаптивные методы позволяют, в зависимости от погодных условий, уменьшать скорость передачи информации, но при этом увеличивать энергетику и, как следствие, устойчивость к помехам. Многие разработчики применяют DVB-S2 в сочетании с адаптивными методами модуляции. В хаб и станцию устанавливается обратный канал, и по критерию отношения сигнал/шум происходят регулировка или смена метода кодирования для того, чтобы при данных погодных условиях обеспечить максимальную скорость.

Еще одна разработка, уже испытанная на экспериментальном японском КА, – многопортовый усилитель мощности. Сейчас на коммуникационном спутнике каждый транспондер имеет свой усилитель. И характеристики данного транспондера жестко связаны с характеристиками усилителя. Многопортовый усилитель представляет собой комбинацию отдельных усилителей каждого транспондера, но при этом каждый транспондер может подключаться к любому количеству усилителей. То есть мы имеем на спутнике интегральный общий усилитель, позволяющий распределять мощность между лучами. При необходимости повысить энергетику определенного транспондера можно подать на него большую мощность. Такой интегральный усилитель позволяет варьировать мощность сигнала для компенсации погодных затуханий. Достаточно поднять уровень сигнала на том луче, который находится в дождевой зоне. В других зонах мощность несколько упадет, но останется в рамках приемлемого.

Сейчас также разрабатывается идея многоэлементной облучающей системы, компенсирующей затухания на линии вниз. Она позволяет локальное увеличение ЭИИМ в районах с осадками. Если спутник у нас работает на широкую зону, охватывающую всю Японию (рассматриваем эту страну как автора разработки), то многоэлементная облучающая система позволяет поднять энергетику в зоне диаметром примерно 200 км.

Таким образом, атмосферные осадки являются для Ка-диапазона досадной помехой, но не являются шлагбаумом для его развития. Заметим, что Япония находится в гораздо менее благоприятном районе с точки зрения работы сетей в Ка-диапазоне. Тем не менее, там не обсуждают вопрос о возможности создания таких сетей, там разрабатывают технологии для компенсации этих помех.

О построении сети ШПД на базе спутников Ка-диапазона читайте в следующей статье.