На небесных перекрестках

Многие из нас, сами того не подозревая, давно пользуются услугами спутниковой связи, поскольку большую часть радиорелейных линий, долгое время служивших для передачи на дальние расстояния телевизионных и телефонных сигналов, заменили спутниковые ретрансляторы.

Однако до недавних пор спутниковые технологии были далеки от конечного пользователя - он по-прежнему получал свои телепрограммы через (чаще всего) коллективную антенну, с ближайшего телецентра, а услуги телефонии приходили к нему по проводам. Причиной была дороговизна наземных терминалов, большие размеры приемных антенн и отсутствие соответствующей элементной базы.

Что мы видим сейчас? Однажды, по дороге с работы, я ради интереса взялся подсчитать число спутниковых тарелок на одном из домов. Так вот, на втором десятке просто сбился со счета. А уж с летними скидками на оборудование "НТВ+" знаком, наверное, каждый. По имеющейся информации, в Европе сейчас насчитывается около 25 миллионов персональных приемников спутникового телевидения, или, как их еще называют, систем непосредственного телевещания.

Происходящее, несомненно, связано с прогрессом телекоммуникационных технологий. За счет некоторого усложнения самих ретранслирующих спутников, увеличения мощности передатчиков и использования эффективных антенн удалось до предела упростить абонентскую часть, и цены на нее сейчас не превышают двух-трех сотен долларов. Вдобавок, размеры антенной тарелки позволяют установить и позиционировать ее в любом доступном месте.

Стремясь более эффективно использовать имеющийся диапазон частот, телекоммуникационные компании переходят от аналогового к цифровому телевидению. О своих планах перехода на цифровое ТВ заявляют и отечественные компании, среди которых можно назвать АО "Газком", "НТВ+" и РТР.

Цифровое телевещание позволяет, в зависимости от применяемой технологии, передавать в полосе частот традиционного телевизионного канала пять и более цифровых телеканалов при том же или еще более высоком качестве. В США уже сейчас установлено более 2 миллионов комплектов непосредственного цифрового спутникового телевещания (DSS, Direct Satellite System), а к середине следующего десятилетия в Америке, как ожидается, полностью откажутся от аналогового и перейдут на цифровое телевидение. Интересно, что в качестве цифрового телевизора вполне можно использовать персональный компьютер, снабдив его соответствующей платой для декодирования и декомпрессии принимаемого сигнала. Именно с этим многие производители компьютеров и крупнейший поставщик микропроцессоров корпорация Intel связывают надежды на рост спроса на свою продукцию.

Естественно, где цифры - там и данные, и о своих планах по обеспечению доступа в Интернет с помощью спутниковых тарелок заявляют сейчас многие производители (для сравнения, всего лишь одна из существующих в Америке систем - DirecTV - способна формировать в национальном масштабе нисходящий поток объемом 850 Мбит/с).

Однако первой персональной спутниковой системой, обеспечившей доступ в Интернет, по-видимому, можно назвать DirecPC производства фирмы Hughes Network Systems. Используя самые распространенные ретранслирующие спутники, DirecPC способна передавать десятимегабитные потоки данных, обеспечивая каждому из пользователей скорость приема данных до 400 кбит/с (в 13 раз быстрее телефонного модема) с помощью приемной тарелки диаметром около 60 см. Судя по всему, инсталляция DirecPC не представляет особых трудностей, поскольку комплекты, начиная с октября 1996 года, широко продаются по всей Америке через сеть магазинов CompUSA, а в комплект поставки входит специальное программное обеспечение, облегчающее установку.

К числу основных сервисов, предоставляемых DirecPC, ее создатели относят традиционный доступ в Интернет с использованием обратного телефонного канала, доставку мультимедийной информации, трансляцию видеоконференций и обновление программного обеспечения через Интернет, минуя традиционные носители информации. В 1996 году система DirecPC удостоена множества номинаций, включая "Technical Excellence Award" журнала "PC Magazine".

В Европе услуги DirecPC представляет Hughes Olivetti Telecom (www.hotie.com). По имеющейся информации, DirecPC можно пользоваться в Калининграде и Санкт-Петербурге, однако в Москве, к сожалению, сигнал пока принимается неустойчиво.

Прежде чем переходить к последующему изложению, хотелось бы вкратце подчеркнуть основные преимущества непосредственной спутниковой трансляции цифровых данных на персональные компьютеры пользователей:

• решение проблемы "последней мили" в национальном и глобальном масштабах;
• независимость от существующей местной инфраструктуры передачи данных;
• возможность передачи больших объемов информации, с высокой скоростью и достоверностью;
• мобильность и быстрота реализации;
• слабая зависимость от воздействия природных факторов и катаклизмов;
• стоимость реализации сопоставима или не превышает стоимости конкурентных наземных технологий передачи данных.

Кроме того, широкое распространение IP-мультикастинга и других механизмов доставки информации, судя по всему, позволит максимально использовать уникальные возможности, предоставляемые системами непосредственного спутникового вещания.

Однако, в каждой бочке меда есть ложка дегтя: до самого последнего времени спутниковые системы трансляции данных, будучи по своей природе однонаправленными, практически не предлагали доступных по цене решений для передачи восходящего от пользователя потока данных. Для передачи данных обратного канала, как правило, использовался телефонный модем, в результате решение теряло свою мобильность, и появлялась еще одна заинтересованная сторона - провайдер телефонного Интернета.

Положение начнет меняться только сейчас, с началом коммерческой эксплуатации глобальных систем передачи данных, использующих системы из десятков, а некоторых случаях - из сотен низкоорбитальных спутников. Низкоорбитальные системы, которые будут реализованы в этом и последующих годах, не назовешь особенно высокоскоростными - изначально, при своей разработке (а цикл разработки столь сложных систем достаточно долог и измеряется годами) они предназначались для организации мобильной телефонной и факсимильной связи, а также предоставления базовых возможностей электронной почты. Соответственно, их скорость передачи измеряется единицами и первыми десятками килобит в секунду. Правда, в отличие от Интернета, они спроектированы все-таки системно и от начала до конца, поэтому есть надежда, что информации удастся избежать заторов и пробок на своем долгом пути к пользователю. На мой взгляд, пусть 2400 бит/с, но гарантированно - это не так плохо, как может показаться сначала.

Положение в области низкоорбитальных спутниковых систем должно существенно измениться только в 2002 году, с введением в эксплуатацию системы Teledesic, известной еще под названием "Internet In The Sky". Правильно ее было бы назвать все-таки "Fiber In The Sky", поскольку она предоставит конечным пользователям скорости до 2 Мбит/с, а по специальным заявкам и при наличии специальной наземной аппаратуры - до гигабита в секунду, практически в любом уголке земного шара. Сопоставимые скорости передачи данных должен обеспечить и проект Skybridge, инициатором которого является французская компания Alcatel.

Проект Teledesic сейчас вызывает довольно сильную критику. Как за заниженную, по мнению многих аналитиков, стоимость реализации, так и за принятые технические решения. Одним из существенных его недостатков является то, что приемная антенна должна механическим или иным способом отслеживать спутник по мере его пролета в зоне видимости. Не говоря даже о сопутствующем усложнении электроники и механики антенны, ее, видимо, придется ставить на открытом месте, что не всегда удобно.

Следует заметить, что производители геосинхронных спутниковых систем тоже не сидят сложа руки. Использование лучевых диаграмм направленности (область засветки которых образуется узкими лучами, направленными на регионы с максимальной концентрацией населения) позволяет увеличить мощность излучения в каждом из лучей и организовать мобильную телефонную связь с использованием трубок, внешне неотличимых от уже привычных нам сотовых телефонов. Эти принципы использует, например, Азиатско-тихоокеанская мобильная сеть (APMT) и ряд других проектов.

Еще дальше продвинулась Hughes Communications в своем проекте сети SpaceWay, в котором устранена присущая спутниковым персональным телекоммуникациям асимметричность доступа. По замыслу используется четыре группировки спутников на геостационарной орбите (см. рис. 3), образующие четыре зоны засветки (рис. 4). Каждая из зон засветки формируется 48 узкими лучами с диаметром у поверхности земли около 650 км. Всего лучей может быть 64, то есть 16 лучей находятся в резерве, на случай поломок, которые могут случиться за пятнадцать лет эксплуатации спутника.

В системе реализована бортовая обработка сигналов и коммутация потоков данных между лучами. Каждая посылка данных будет содержать в своем заголовке адрес, в соответствии с которым она будет либо направляться в соответствующий луч, в котором находится либо адресат, либо в шлюз с наземными сетями. Таким образом, система может работать в автономном режиме, осуществляя всю необходимую маршрутизацию данных практически без вмешательства с Земли. Помимо всего прочего, это уменьшает и время отклика системы, поскольку для того чтобы достичь адресата, сигналу придется пройти вдвое меньшее расстояние.

Как уже говорилось, узкие концентрированные лучи позволяют использовать относительно недорогие приемопередающие USAT-терминалы (Ultra Small Aperture Terminal), стоимость которых, по расчетам Hughes Communications, не превысит 1000 долларов.

Таблица 1.

Характеристики терминалов SpaceWay

Вообще, насколько я понимаю, с названиями терминалов сложилась небольшая путаница, и получают они их, скорее, исторически. Каждое следующее название подчеркивает прогресс, достигнутый в сравнении с многометровыми тарелками первых космических станций связи, а не действительное положение вещей, поскольку на самом деле в радиофизике, говоря о размерах антенны, принято сравнивать апертуру антенны с длиной волны. Здесь же эпитеты "сверх" (USAT) и "очень малые" (VSAT) не подходят, поскольку используемый Kа-диапазон частот (17,7 - 20,2 ГГц для нисходящего и 27,5 - 30,0 ГГц для восходящего потоков) соответствует длинам волн 1,5-1,7 см. Сами понимаете, ни о какой "малости" и речи здесь идти не может (размеры антенн см. в таблице), а при расчете такой антенны вполне годятся приближения геометрической оптики. Так что все эти названия VSAT, USAT - скорее хорошо продуманный маркетинговый ход и стремление озадачить своим величием обывателя. Хотя Hughes здесь, конечно, ни при чем - не она же придумывает эти названия. Так уж сложилось, так уж повелось…

Из заявленной полосы частот в 2,5 ГГц спутник использует полосу в 500 МГц, а каждый из его лучей имеет полосу частот 125 МГц. В результате области, имеющие равные частоты, никогда не пересекаются. Это позволяет многократно использовать (reuse) доступный диапазон частот, обеспечивая 12-кратный выигрыш в полосе пропускания и эффективную полосу частот около 6 ГГц (или 500 МГц, деленные на 4 и умноженные на 48). Именно эта полоса частот потребовалась бы в случае отказа от использования лучевой диаграммы направленности. Суммарная пропускная способность каждого из спутников составит 4,4 Гбит/с.

Естественно, Hughes не единственная компания, которая занимается разработкой широкополосных геостационарных спутников. Подобные проекты сейчас в работе у многих компаний, среди которых AT&T, Lockheed Martin, Loral, TRW и другие.

Итак, космос и, как будет показано в одной из статей этого номера, стратосфера становятся настоящей ареной конкурентной борьбы телекоммуникационных компаний. Для простого пользователя это может означать только одно - доступность (в том числе по цене) передовых телекоммуникационных технологий в любых, даже самых отдаленных уголках нашей планеты. А за первую в мире космическую державу - обидно.

Замечательную подборку информации по этой теме можно найти по адресу http://www.specialty.com/hiband. А мне можно написать по e-mail: gbash@cterra.com.