Специфика и значение спутниковой связи в России

Современные спутниковые коммуникации представляют собой одно из ключевых направлений в эволюции систем радиорелейной передачи данных. Их суть заключается в использовании искусственных орбитальных спутников, выполняющих функции промежуточных станций-ретрансляторов. Данные технологии позволяют задействовать один или несколько таких космических аппаратов для надежной и качественной передачи сигналов радиочастотного спектра на значительные расстояния. Все ретрансляционные устройства делятся на два главных типа: пассивные, которые в наши дни почти не применяются. В прошлом они служили лишь пассивным зеркалом между наземным передатчиком и приёмником, не меняя сигнал и не повышая его мощность. Активные же устройства обрабатывают полученную информацию, усиливают её и вносят необходимые поправки перед отправкой адресату. Именно эти активные ретрансляторы сегодня используются в подавляющем большинстве современных спутниковых систем связи.

®Ф

Attribution 4.0 International ICC BY4.0)

• II.    ОБСУЖДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ

  В декабре 1945 года была опубликована небольшая научная работа, посвящённая возможностям увеличения дальности передачи сигналов путём размещения антенных комплексов на максимальной высоте. Её автором стал британский учёный и писатель Артур Кларк, а сама статья получила название «Внеземные ретрансляторы». Эта публикация заложила основы совершенно нового подхода к коммуникациям. В чём же заключалась эта идея? Механизм функционирования этой системы был изложен вполне однозначно: исследователь выдвинул идею разместить на низкой околоземной орбите массивную антенну, способную улавливать сигналы, поступающие с земной поверхности, и транслировать их далее. Ключевым преимуществом подобного решения стала значительная зона покрытия, которую обеспечивал один спутник. Это позволило значительно улучшить коммуникационные показатели, снять ограничения по числу принимающих станций и отказаться от возведения множества наземных повторителей. Заинтересованность Соединённых Штатов в данной концепции объяснялась необходимостью организации голосовой связи между материками, находящимися по разные стороны Атлантического океана.

Начало же практическому внедрению спутниковых технологий положил запуск первого аппарата «Эхо-1» в августе 1960 года. Данное устройство являлось пассивным ретранслятором, сконструированным в виде надувного покрытого металлической плёнкой шара. Впоследствии были утверждены международные нормы для таких устройств, которые закрепили используемые до сих пор рабочие частотные диапазоны. После успешной реализации параметры и устойчивость спутниковой связи продолжали систематически улучшаться.

Благодаря появлению мобильных наземных терминалов, пользователь получил возможность доступа к радиосигналу независимо от местоположения и времени суток, с автоматическим переходом между зонами покрытия и подключением к ближайшему доступному спутнику-ретранслятору.

Сферы использования технологий спутниковой связи можно условно классифицировать по нескольким ключевым сегментам:

• -    Магистральные каналы. Первоначально данный сегмент был ориентирован на передачу значительных объемов данных (в особенности речевого трафика), однако с цифровизацией потребность в этом уменьшилась, и сегодня оптико-волоконные линии связи практически полностью заместили спутники в данной области.

• -    VSAT комплексы. Речь идёт об антенных комплексах, имеющих сравнительно малые габариты (до 2,4 метра). Данное направление стремительно прогрессирует и находит широкое применение при построении как корпоративных, так и частных сетей; в сфере мобильной коммуникации (являющейся фундаментом для спутниковой телефонии и телевизионного вещания); а также для организации выхода в интернет. Для глубокого понимания актуальных векторов эволюции этого сегмента рекомендуется посетить специализированную выставку или форум в России.

• -    Особого внимания заслуживает спутниковый интернет - технология, дающая возможность подключаться к сети даже в локациях, где электричество поступает лишь от автономных генераторов. Спутниковые каналы передачи сведений стали основой множества навигационных устройств, эксплуатируемых в разнообразных сферах деятельности. Если рассматривать техническую сторону, всякая современная система спутниковой связи включает три главных компонента: передающее устройство, спутник-ретранслятор, а также приемное оборудование. В роли терминалов (иначе говоря, передатчиков и приемников) выступают различные аппараты: сотовые телефоны, персональные компьютеры, антенные конструкции и прочая техника. В рамках данной системы роль ретрансляционного узла отведена искусственному спутнику. Он выполняет операцию приема сигнала от наземного комплекса или терминала с последующим его широковещательным распространением на всю зону покрытия.

86

Затем в работу включается набор аппаратных и программных решений, обеспечивающих адресную и точную доставку данных конкретному адресату. Исключение составляют случаи, когда вещание предназначено для всех приемных устройств одновременно, как в спутниковом телевещании.

Для повышения общей пропускной способности ретранслятора были созданы и применяются различные схемы множественного доступа:

• 1.    При частотном разделении каналов каждому абоненту выделяется индивидуальный частотный диапазон. Это к примеру метод временного разделения, который предполагает, что пользователь может осуществлять передачу или прием информации только в строго назначенный для него промежуток времени.

• 2.    Технология кодового разделения основана на присвоении каждому каналу уникального идентификационного кода. Наложение этого кода на данные дает возможность различать сигналы различных абонентов, даже если они передаются в одном частотном диапазоне.

Состав спутниковой системы связи

В целом, все эти методы направлены на многократное использование доступного частотного спектра, что значительно увеличивает общую эффективность и пропускную способность сети.

При конфигурации каналов передачи данных во внимание принимаются такие факторы, как ослабление радиоволн в воздушной среде и размеры приемной антенны. Подбор наиболее подходящей рабочей частоты осуществляется с учетом характеристик конкретной обстановки.

На глобальном уровне спутниковая связь представляет собой разновидность радиорелейной связи, в которой роль промежуточных усилителей выполняют искусственные спутники Земли. Взаимодействие осуществляется между наземными станциями, которые могут быть как неподвижными, так и передвижными. Данный подход обеспечивает передачу радиосигналов на практически неограниченные расстояния. Сегодня наиболее распространен активный тип спутникового ретранслятора. Его главная особенность - способность к значительному усилению и обработке поступающего сигнала перед ретрансляцией конечному пользователю.

87

Подавляющее большинство действующих спутниковых систем построено на базе именно таких аппаратов.

В нынешних условиях сложно представить существование людей без услуг сотовой связи, которая практически заменила стационарные аппараты, без видеочатов, позволяющих поддерживать диалоги на удалении, без телевещания и прочих цифровых платформ. Международное взаимодействие в области спутниковых коммуникаций считается одной из центральных тем специализированной выставки, которая ежегодно организуется в ЦВК «Экспоцентр». Делегаты различных компаний из разных уголков планеты съезжаются в Москву, чтобы показать свои разработки и поделиться новаторскими подходами. Содержание форума охватывает все направления телекоммуникационной сферы: от подключения к сети до создания прикладных программных продуктов.

Современная спутниковая связь высшего класса, базирующаяся на новейших технологиях, обеспечивает следующие возможности:

• -    Высокоскоростную передачу информации;

• -    Мониторинг и навигацию воздушного, морского и наземного транспорта;

• -    Отправку значительных объемов данных в любую точку планеты;

• -    Получение устойчивого сигнала высокой четкости;

• -    Создание защищенных каналов для переговоров и иные функции.

Спутниковая связь играет ключевую роль в развитии промышленных секторов, укреплении экономики и повышении уровня жизни граждан. Сегодня формирование сектора спутниковых коммуникаций тесно связано с их взаимодействием с наземными сетевыми комплексами. Даже незначительные изменения в архитектуре сети могут серьёзно отражаться на рабочих параметрах космических аппаратов.

Среди актуальных направлений развития данной области можно выделить:

- внедрение оптоволоконных каналов, что привело к некоторому снижению значимости спутниковых линий связи;

• -    массовое распространение станций, оснащённых антеннами очень малого диаметра (VSAT);

• -    рост энерговооружённости спутников и увеличение их потенциала по приёму и отправке сигналов с наземных контрольных пунктов;

• -    эксплуатацию широкополосных космических аппаратов, снабжённых ретрансляционными блоками;

• -    использование оборудования, функционирующего в более широких частотных диапазонах;

• -    интенсивное освоение средневысотной околоземной орбиты.

Данные технологические новшества дали возможность наладить в космосе обработку значительных объёмов сигналов с задействованием межлучевого коммутирования. Современные способы передачи видеоконтента сделали бесплатные видеозвонки в режиме онлайн повседневной реальностью.

Важно отметить, что с точки зрения экономики, российский рынок спутниковой связи в секторе информационно-коммуникационных технологий делится на три ключевых направления. Первое направление строится на сочетании отечественных наземных станций с быстро развивающимися спутниковыми системами Global Star, Inmarsat и «Эллипс». Из этих компонентов создаются мобильные устройства для персональной связи, способные работать совместно с теле- и радиоаппаратурой. Оборудование таких систем преимущественно размещается над океанической поверхностью, чтобы обеспечить стабильный доступ к интернету на обширных пространствах. В комплектацию входит прибор, сконфигурированный для взаимодействия с конкретным спутником. Мощные станции с крупными антеннами принимают сигнал и направляют его пользователям по всему миру.

88

Вторая ветвь ориентирована на разработку компактных наземных спутниковых терминалов (VSAT). Эти устройства используются для формирования корпоративных сетей с усиленной защитой передаваемых данных. Согласно информации «Национального союза спутниковой связи», в России доля подобных станций составляет примерно 3,2% от мирового количества, которое оценивается в 500 тысяч устройств.

Третий рыночный сегмент ориентирован на создание и серийное производство малогабаритных спутников, платформ небольшого класса и сопутствующих комплексов, которые гарантируют телевизионное вещание и удаленную связь в реальном времени. Стоимость оборудования для данного направления заметно ниже по сравнению с терминалами, задействованными в первых двух сегментах. Из-за территориального размещения небольших поселений, занимающих обширные площади государства, инфраструктура телевещания формирует наиболее высокий доход среди всех коммуникационных видов. Ниже приведена таблица размещения подобных спутников на различных высотах.

Определения спутниковых орбит

Название Орбиты	Аббревиатура названия орбиты	Высота орбиты (в километрах над поверхностью Земли)	Детали / комментарии
Низкая околоземная орбита	LEO	200 1200
Средняя околоземная орбита	МЕО	1200 - 35790
Г©асинхронная орбита	G5O	35790	Период обращения вокруг Земли равен одним суткам, на обращение не обязательно идёт я направлении вращения Земли - спутник не обязательно висит стационарно над одной точкой.
Геостационарная орбита	GEO	35790	Период обращения вокруг Земли равен одним суткам, спутник движется в том же направлении.. в котором вращается Земля и поэтому «стационарно висит над одной точкой планеты. Может находиться лишь над экватором.
Высокая околоземная орбита	НЕО	Выше чем 35790

В экономической системе России ключевое значение для роста удаленных территорий имеют коммуникационные технологии, использующие сигналы устройств с несколькими рабочими режимами.

Сигнал, поступающий от сетей удаленного управления (RAT), трансформируется в кодовые комбинации через каналы с кодовым разделением (CDMA). Благодаря анализу это упрощает организацию поиска в объединенных последовательностях, составляющих единую систему RAT. Такие участки целесообразно применять для налаживания связи в местах, где отсутствует стабильное покрытие мобильных сетей. Пользовательские устройства беспроводных сетей, работающие в различных режимах, способны усиливать взаимодействие между разными сетями и увеличивать доступ к широкому спектру услуг.

89

В настоящее время спутниковая коммуникация является одной из самых быстрорастущих областей в сфере обмена данными на большие расстояния. В Российской Федерации степень проникновения и применения спутниковых каналов связи существенно ниже, чем в других технологически продвинутых государствах. Основными факторами, сдерживающими развитие, считаются ограниченное число ключевых игроков на данном рыночном сегменте и недостаточно разветвленная сеть станций VSAT (малых спутниковых терминалов).

По мнению аналитиков, при условии активного наращивания этой инфраструктуры, сегмент спутниковой связи может демонстрировать ежегодный прирост около 15%. Такие показатели роста считаются высокими, особенно принимая во внимание объем капиталовложений, требуемых для развертывания и обновления систем VSAT. На текущий момент в России услуги спутниковой связи предлагает ряд крупных операторов, каждый из которых имеет свою зону обслуживания.

Основным препятствием на пути прогресса в данной сфере служит нехватка новых космических аппаратов на орбите, способных решить вопросы покрытия и качества передачи сигнала, которые в полной мере соответствуют потребностям внутреннего рынка связи.

Установка дополнительных ретрансляционных устройств и рост числа зарубежных орбитальных аппаратов способны существенно повысить эффективность смежных отраслей деятельности.

Российская система спутниковой связи включает четыре основные группы пользователей.

Корпоративный сегмент составляют крупные государственные и частные организации, филиалы которых работают по всей стране. Основные направления их деятельности включают металлургию, транспортную сферу, оборонное производство, аграрный сектор, банковскую отрасль и другие области.

Первые тестовые запуски состоялись в 1982 году, а в 1993-м, после развала Советского Союза, система перешла под управление России. Начиная с этого времени, активно совершенствовались мобильная связь и сервисы глобального определения местоположения.

Внедрение системы ГЛОНАСС прошло через множество трудностей: после её запуска в 1995 году к 2001-му наступил значительный упадок - из-за недостаточного финансирования и выработки ресурса элементов на орбите исправно функционировали лишь шесть аппаратов из двадцати четырёх.

В последние годы техническая база подверглась полной модернизации: количество спутников увеличилось до 56, а также были применены самые современные технологические решения. К концу 2026 года вся система вышла на завершающую стадию тестирования, которое осуществляло Министерство обороны РФ. Открытые спутники используются в большинстве гражданских навигационных устройств. Привычные системы связи будут постепенно улучшаться по объёму, дальности, скорости и надёжности.

Однако их развитие сталкивается с серьёзными техническими и финансовыми трудностями. Уже сегодня очевидно: потребности в объёме, качестве и стабильности каналов дальней связи невозможно полностью реализовать исключительно с помощью наземных проводных и радиоустройств. Прокладка удалённых наземных и подводных кабельных линий отнимает много времени. Такие системы сложны и затратны не только при монтаже, но и в процессе эксплуатации и модернизации. Обычные кабели при этом имеют ограниченную пропускную способность. Более перспективными считаются широкополосные коаксиальные кабели, однако и у них имеются недостатки, которые ограничивают их использование.

Радиосвязь даёт значительно большую дальность, емкость и возможность гибко настраиваться под разные форматы передачи. Но радиоканалы также обладают минусами, которые во многих случаях осложняют их использование.

Сверхдлинноволновые системы коммуникации, обладая ограниченным частотным диапазоном, применяются в основном в транспортной отрасли, авиационной навигации и для ряда специализированных видов связи.

90

Линии передачи длинных волн из-за низкой пропускной способности и небольшой территории покрытия служат главным образом для создания локальных сетей и осуществления местного радиовещания.

Каналы коротковолновой связи характеризуются значительной дальностью действия, что делает их востребованными во множестве различных систем коммуникации.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Запуск искусственных спутников Земли позволил преодолеть ограничения, свойственные дальней связи. Практика показала, что использование спутников для обеспечения связи, особенно на международном и межконтинентальном уровнях, а также для телевидения, удаленного контроля и передачи больших объёмов данных, устраняет множество трудностей. В результате спутниковые коммуникационные системы за короткий срок получили столь динамичное, масштабное и разнообразное развитие.