Введение

Спутниковый интернет – это доступ в интернет, обеспечиваемый через спутники связи; если он способен поддерживать высокие скорости, его называют спутниковой широкополосной связью. Современные потребительские услуги спутникового интернета обычно предоставляются отдельным пользователям через геостационарные спутники, которые могут обеспечивать относительно высокие скорости передачи данных, при этом новые спутники используют [технологии] для достижения скорости загрузки данных до 506 Мбит/с. Кроме того, разрабатываются новые спутниковые группировки на низкой околоземной орбите для обеспечения доступа к интернету с низкой задержкой из космоса.

История

После запуска первого спутника, "Спутника-1", Советским Союзом в октябре 1957 года, США успешно запустили спутник "Эксплорер-1" в 1958 году. Первым коммерческим спутником связи был Telstar 1, построенный Bell Labs и запущенный в июле 1962 года. Идея геосинхронного спутника – спутника, способного вращаться вокруг Земли над экватором и оставаться неподвижным, следуя за вращением Земли, – была впервые предложена Германом Поточником в 1928 году и популяризирована писателем-фантастом Артуром Кларком в статье, опубликованной в журнале Wireless World в 1945 году. Первым спутником, успешно достигшим геостационарной орбиты, был Syncom3, построенный Hughes Aircraft для NASA и запущенный 19 августа 1963 года. Последующие поколения спутников связи, обладающие большей пропускной способностью и улучшенными характеристиками, стали использоваться для телевизионного вещания, военных нужд и телекоммуникаций. После изобретения Интернета и Всемирной паутины геостационарные спутники вызвали интерес как потенциальный способ обеспечения доступа в Интернет. Важным фактором, способствовавшим спутниковой доставке Интернета, стало открытие частотного спектра для спутников. В декабре 1993 года Hughes Aircraft Co. подала в Федеральную комиссию по связи заявку на лицензию на запуск первого спутника Ka-диапазона Spaceway. В 1995 году FCC объявила о приеме заявок на спутниковые приложения в диапазоне Ka, получив заявки от 15 компаний, включая EchoStar, Lockheed Martin, GE Americom, Motorola и KaStar Satellite, которая впоследствии стала WildBlue. Среди заметных претендентов на раннем этапе развития спутникового Интернета был Teledesic – амбициозный и в конечном итоге неудачный проект, частично финансируемый Microsoft, который обошелся более чем в 9 миллиардов долларов. Идея Teledesic заключалась в создании спутниковой интернет-констелляции из сотен низкоорбитальных спутников в Ka-диапазоне, обеспечивающей недорогой доступ в Интернет со скоростью загрузки до 720 Мбит/с. Однако проект был закрыт в 2003 году. Провал Teledesic, наряду с банкротством провайдеров спутниковой связи Iridium Communications Inc. и Globalstar, снизил энтузиазм рынка в отношении развития спутникового Интернета. Первый спутник, готовый к работе с Интернетом, был запущен в сентябре 2003 года. В 2004 году, с запуском Anik F2, первого высокопроизводительного спутника, начал функционировать класс спутников нового поколения, обеспечивающих улучшенную пропускную способность и полосу пропускания. В последнее время высокопроизводительные спутники, такие как ViaSat 1 от ViaSat в 2011 году и Jupiter от HughesNet в 2012 году, достигли дальнейших улучшений, увеличив скорость нисходящего потока данных с 1–3 Мбит/с до 12–15 Мбит/с и выше. Услуги доступа в Интернет, связанные с этими спутниками, в основном ориентированы на жителей сельской местности как альтернатива dial-up, ADSL или классическим FSS. В 2013 году первые четыре спутника созвездия O3b были запущены на среднюю околоземную орбиту (MEO) для обеспечения доступа в Интернет для "остальных трех миллиардов" людей, не имевших стабильного доступа в Интернет в то время. В течение следующих шести лет к созвездию, которое теперь принадлежит и управляется SES, присоединилось еще 16 спутников. С 2014 года все больше компаний объявили о работе над доступом в Интернет с использованием спутниковых созвездий на низкой околоземной орбите. SpaceX, OneWeb и Amazon планировали запустить более 1000 спутников каждый. Только OneWeb привлекла 1,7 миллиарда долларов к февралю 2017 года для проекта, а SpaceX привлекла более одного миллиарда долларов в первой половине 2019 года для своего сервиса под названием Starlink и ожидала более 30 миллиардов долларов дохода к 2025 году от своего спутникового созвездия. По состоянию на февраль 2024 года Starlink имеет 5402 действующих спутника на орбите. Многие запланированные созвездия используют лазерную связь для межспутниковых соединений, чтобы эффективно создать интернет-магистраль в космосе. В сентябре 2017 года SES объявила о следующем поколении спутников и сервиса O3b, названных O3b mPOWER. Созвездие из 11 спутников MEO обеспечит 10 терабит пропускной способности по всему миру через 30 000 лучей направленного действия для широкополосного доступа в Интернет. Первые два спутника O3b mPOWER были запущены в декабре 2022 года, еще девять запланированы к развертыванию в 2023–2024 годах, а начало предоставления первоначальных услуг ожидается в третьем квартале 2023 года. С 2017 года такие авиакомпании, как Delta и American, начали внедрять спутниковый Интернет для борьбы с ограниченной пропускной способностью в самолетах и предоставления пассажирам приемлемой скорости Интернета.

Соединенные Штаты

С 2024 года компании, предоставляющие услуги домашнего интернета в Соединенных Штатах по спутниковой связи, включали ViaSat под брендом Exede, EchoStar через свою дочернюю компанию HughesNet, Starlink и Project Kuiper.

Европейский союз

ЕС планирует запустить проект IRIS² в 2020-х годах.

Китай

По состоянию на 2023 год Китай разрабатывает собственную спутниковую интернет-констелляцию, принадлежащую государству и управляемую компанией Chinasat.

Индия

Основное предложение Индии в космической сфере разработано компанией Jio и называется JioSpaceFiber. Оно было представлено на Индийском мобильном конгрессе 2023 года. И по состоянию на 2023 год, рассматривает заявки на лицензии для Starlink и Project Kuiper.

Функция

Спутниковый Интернет обычно основан на трех основных компонентах: спутник, исторически на геостационарной орбите (или GEO), но теперь все чаще на низкой околоземной орбите (LEO) или средней околоземной орбите (MEO). Эти новые, специально разработанные спутники предназначены и оптимизированы для широкополосных приложений, используя множество узких направленных лучей, которые охватывают значительно меньшую площадь, чем широкие лучи, используемые более ранними спутниками связи. Эта технология направленных лучей позволяет спутникам многократно использовать выделенную полосу пропускания, что позволяет им достигать гораздо большей общей пропускной способности, чем у традиционных спутников с широким покрытием. Направленные лучи также могут повысить производительность и, как следствие, пропускную способность, концентрируя большую мощность и увеличивая чувствительность приемника в определенных областях. Направленные лучи подразделяются на два типа: направленные лучи для абонентов, которые передают сигналы на абонентский терминал и от него, и направленные лучи для шлюзов, которые передают сигналы на наземную станцию провайдера услуг. Важно отметить, что выход за пределы узкого охвата направленного луча может значительно ухудшить производительность. Кроме того, направленные лучи могут сделать невозможным использование других важных новых технологий, включая модуляцию "несущая в несущей". В сочетании с технологией направленных лучей спутника, в сети традиционно используется архитектура "изогнутой трубы", в которой спутник функционирует как мост в космосе, соединяя две точки связи на земле. Термин "изогнутая труба" описывает траекторию передачи данных между передающей и принимающей антеннами, при этом спутник расположен в точке изгиба. Проще говоря, роль спутника в этой сетевой структуре заключается в ретрансляции сигналов от терминала конечного пользователя к шлюзам интернет-провайдера и обратно, без обработки сигнала на самом спутнике. Спутник принимает, усиливает и перенаправляет несущую на определенной радиочастоте по каналу, называемому транспондером. Некоторые спутниковые группировки на низкой околоземной орбите, такие как Starlink и предлагаемая группировка Telesat, будут использовать лазерное оборудование связи для высокоскоростных оптических межспутниковых каналов связи. Взаимосвязанные спутники позволяют осуществлять прямую маршрутизацию пользовательских данных от спутника к спутнику, эффективно создавая космическую оптическую сеть, обеспечивающую бесперебойное управление сетью и непрерывность обслуживания. Спутник имеет собственный набор антенн для приема сигналов связи с Земли и передачи сигналов в целевое местоположение. Эти антенны и транспондеры составляют "полезную нагрузку" спутника, предназначенную для приема и передачи сигналов в различные точки на Земле. Возможность передачи и приема в транспондерах полезной нагрузки обеспечивается ретрансляторной подсистемой (РЧ-оборудование), используемой для изменения частот, фильтрации, разделения, усиления и группировки сигналов перед их маршрутизацией по адресу назначения на Земле. Антенна спутника с высоким коэффициентом усиления передает принятые данные транспондеру, который фильтрует, преобразует и усиливает их, а затем перенаправляет на передающую антенну на борту. Сигнал затем направляется в определенную точку на земле по каналу, известному как несущая. Помимо полезной нагрузки, другим основным компонентом спутника связи является шина, которая включает в себя все оборудование, необходимое для вывода спутника на заданную позицию, обеспечения электропитанием, регулирования температуры оборудования, предоставления информации о состоянии и отслеживании, а также выполнения множества других операционных задач. Спутниковая задержка может негативно сказываться на приложениях, особенно чувствительных ко времени, таких как онлайн-игры (хотя она серьезно влияет только на такие игры, как шутеры от первого лица или гоночные симуляторы, в то время как многие MMOG могут нормально работать через спутниковый Интернет), но IPTV обычно представляет собой симплексную операцию (односторонняя передача), и задержка не является критическим фактором для передачи видео. Влияние этой задержки можно уменьшить с помощью сжатия данных, ускорения TCP и предварительной выборки HTTP.

Геостационарные орбиты

Геостационарная орбита (или геостационарная орбита Земли / GEO) — это геосинхронная орбита, расположенная непосредственно над экватором Земли (0° широты), с периодом обращения, равным периоду вращения Земли, и орбитальной эксцентриситетом, близким к нулю (то есть «круговая орбита»). Объект на геостационарной орбите выглядит неподвижным, занимая фиксированную позицию в небе для наземных наблюдателей. Запускающие комплексы часто выводят на геостационарные орбиты спутники связи и метеорологические спутники, чтобы антенны, взаимодействующие с ними, не требовали отслеживания, а могли постоянно быть направлены на положение спутника в небе. Благодаря постоянной широте 0° и круговой форме геостационарных орбит, спутники в GEO различаются по местоположению только по долготе. По сравнению с наземной связью, все геостационарные спутниковые каналы связи характеризуются большей задержкой, поскольку сигнал должен пройти к спутнику на геостационарной орбите и обратно на Землю. Даже на скорости света (около 300 000 км/с) эта задержка может быть ощутимой. Если бы удалось устранить все остальные задержки передачи сигналов, радиосигналу все равно потребовалось бы около 250 миллисекунд (мс), или примерно четверть секунды, чтобы достичь спутника и вернуться на Землю. Абсолютный минимальный суммарный показатель задержки варьируется в зависимости от положения спутника в небе, в то время как наземные пользователи могут находиться непосредственно под ним (с задержкой в обе стороны 239,6 мс) или далеко сбоку от планеты, вблизи горизонта (с задержкой в обе стороны 279,0 мс). Для интернет-пакета эта задержка удваивается до получения ответа. Это теоретический минимум. С учетом других обычных задержек, возникающих в сети, типичная односторонняя задержка соединения составляет от 500 до 700 мс от пользователя до интернет-провайдера, или около 1000–1400 мс задержки для полного времени кругового обмена (RTT) обратно к пользователю. Это больше, чем у большинства пользователей dial-up, у которых обычно общая задержка составляет 150–200 мс, и значительно выше, чем типичная задержка от 15 до 40 мс, испытываемая пользователями других высокоскоростных интернет-сервисов, таких как кабельные или VDSL. Для геостационарных спутников невозможно полностью устранить задержку, но эту проблему можно частично решить в интернет-коммуникациях с помощью функций ускорения TCP, которые сокращают видимое время кругового обмена (RTT) на пакет, разделяя («спуфинг») петлю обратной связи между отправителем и получателем. Некоторые функции ускорения часто присутствуют в современных технологических разработках, встроенных в спутниковое интернет-оборудование. Задержка также влияет на установление защищенных интернет-соединений, таких как SSL, которые требуют обмена множеством фрагментов данных между веб-сервером и веб-клиентом. Хотя эти фрагменты данных небольшие, многократные обмены данными, связанные с установкой соединения, приводят к значительным задержкам по сравнению с другими формами подключения к Интернету, как задокументировано Стивеном Т. Коббом в отчете 2011 года, опубликованном Rural Mobile and Broadband Alliance. Это неудобство распространяется на ввод и редактирование данных в некоторых приложениях Software as a Service (SaaS), а также на другие виды онлайн-работы. Функции, такие как прямой интерактивный доступ к удаленному компьютеру, например, виртуальные частные сети, могут быть подвержены влиянию высокой задержки. Многие протоколы TCP не были разработаны для работы в средах с высокой задержкой.

Сверхлегкие атмосферные летательные аппараты в качестве спутников

Предлагаемой альтернативой ретрансляционным спутникам являются высотные платформенные станции на базе самолетов специального назначения, которые будут летать по круговой траектории над фиксированной наземной точкой, работая под автономным компьютерным управлением на высоте около 20 000 метров. Например, проект Vulture Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) предусматривал создание сверхлегкого самолета, способного удерживаться над заданной областью до пяти лет, обеспечивая как непрерывное наблюдение за наземными объектами, так и обслуживание сетей связи с крайне малой задержкой. Этот проект был закрыт в 2012 году до начала эксплуатации. Бортовые аккумуляторы заряжались бы в светлое время суток посредством солнечных панелей, покрывающих крылья, и обеспечивали питание самолета ночью. Наземные спутниковые интернет-антенны осуществляли бы передачу сигналов самолету и обратно, что позволило бы значительно сократить время задержки сигнала в обе стороны до 0,25 миллисекунды. Самолеты потенциально могли бы работать длительное время без дозаправки. В прошлом было предложено несколько подобных схем с использованием различных типов воздушных судов.

Вмешательство

На спутниковые коммуникации влияет влажность и различные формы осадков (такие как дождь или снег) на пути распространения сигнала между конечными пользователями или наземными станциями и используемым спутником. Это искажение сигнала известно как затухание сигнала из-за дождя. Эффект менее выражен в нижних частотных диапазонах 'L' и 'C', но может стать весьма значительным в более высоких частотных диапазонах 'Ku' и 'Ka'. Для спутниковых интернет-услуг в тропических регионах с обильными осадками популярно использование C-диапазона (4/6 ГГц) со спутником с круговой поляризацией. Спутниковые коммуникации в Ka-диапазоне (19/29 ГГц) могут использовать специальные методы, такие как большой запас по мощности для компенсации затухания, адаптивное управление мощностью восходящей линии связи и снижение скорости передачи данных во время осадков. Запас по мощности для компенсации затухания – это дополнительные требования к каналу связи, необходимые для учета ухудшения сигнала из-за влажности и осадков, и он имеет решающее значение для всех систем, работающих на частотах выше 10 ГГц. Время простоя сервиса можно сократить, увеличив размер спутниковой антенны для приема большего количества спутникового сигнала на нисходящей линии связи, а также для обеспечения более сильного сигнала на восходящей линии связи. Иными словами, увеличение усиления антенны за счет использования большего параболического отражателя – это один из способов увеличения общего усиления канала и, следовательно, отношения сигнал/шум (С/Ш), что позволяет компенсировать большие потери сигнала из-за затухания сигнала из-за дождя, не допуская снижения С/Ш ниже минимального порога, необходимого для успешной связи. Современные потребительские антенны, как правило, довольно малы, что уменьшает запас по мощности для компенсации затухания или увеличивает требуемую мощность спутниковой нисходящей линии связи и стоимость. Однако часто экономически выгоднее создавать более дорогой спутник и меньшие, менее дорогие потребительские антенны, чем увеличивать размер потребительской антенны для снижения стоимости спутника. Большие коммерческие антенны диаметром от 3,7 до 13 м могут использоваться для увеличения запаса по мощности для компенсации затухания, а также для снижения стоимости за бит за счет использования более эффективных кодов модуляции. Кроме того, антенны с большей апертурой могут требовать меньше мощности от спутника для достижения приемлемой производительности. Спутники обычно используют фотоэлектрическую солнечную энергию, поэтому затраты на саму энергию отсутствуют, но более мощному спутнику потребуются большие, более мощные солнечные панели и электроника, часто включая большую передающую антенну. Увеличение размеров компонентов спутника не только повышает стоимость материалов, но и увеличивает вес спутника, а общая стоимость запуска спутника на орбиту прямо пропорциональна его весу. (Кроме того, поскольку спутниковые ракеты-носители имеют определенные ограничения по размеру полезной нагрузки, увеличение размеров частей спутника может потребовать более сложных механизмов складывания для частей спутника, таких как солнечные панели и антенны с высоким коэффициентом усиления, или модернизации до более дорогой ракеты-носителя, способной нести большую полезную нагрузку.) Модулированные несущие могут динамически изменяться в ответ на проблемы, связанные с дождем, или другие ухудшения качества связи с использованием процесса, называемого адаптивным кодированием и модуляцией, или "ACM". ACM позволяет существенно увеличить скорость передачи данных в обычных условиях ясной погоды, увеличивая количество бит, передаваемых в герц, и, следовательно, снижая общую стоимость за бит. Адаптивное кодирование требует наличия канала обратной связи, который может быть реализован любыми доступными средствами – спутниковым или наземным.

Линия обзора

Два объекта считаются находящимися в прямой видимости, если между ними можно провести прямую линию без каких-либо препятствий, например, горы. Объект, находящийся за горизонтом, находится ниже линии видимости и, следовательно, с ним может быть сложно установить связь. Для оптимальной работы системы, как правило, требуется абсолютно чистая линия видимости между антенной и спутником. Помимо восприимчивости сигнала к поглощению и рассеянию влагой, на него аналогичным образом влияет наличие деревьев и другой растительности на пути распространения сигнала. При снижении радиочастоты ниже 900 МГц проникающая способность сигнала через растительность увеличивается, однако большинство систем спутниковой связи работают на частотах выше 2 ГГц, что делает их чувствительными даже к незначительным препятствиям, таким как листва деревьев. При установке антенны зимой необходимо учитывать рост растительности, который произойдет весной и летом.

Зона Френеля

Даже если между передающей и принимающей антеннами есть прямая видимость, отражения от объектов вблизи пути сигнала могут уменьшить кажущуюся мощность сигнала из-за фазовой интерференции. То, происходит ли потеря сигнала от отражения и насколько значительна эта потеря, определяется положением объекта в зоне Френеля антенн.

Двусторонняя спутниковая связь

Домашний или потребительский двухсторонний спутниковый интернет-сервис предполагает как передачу, так и прием данных с удаленного терминала с очень малой апертурой (VSAT) через спутник к узловому телекоммуникационному порту (телепорту), который затем передает данные через наземный Интернет. Спутниковая антенна в каждом месте должна быть точно направлена, чтобы избежать помех от других спутников. На каждой площадке VSAT частота, скорость передачи данных и мощность должны быть точно установлены под контролем центрального узла поставщика услуг. Существует несколько типов двухсторонних спутниковых интернет-услуг, включая множественный доступ с временным разделением (TDMA) и один канал на несущую (SCPC). Двусторонние системы могут быть простыми VSAT-терминалами с антенной 60–100 см и выходной мощностью всего несколько ватт, предназначенными для потребителей и малого бизнеса, или более крупными системами, обеспечивающими большую пропускную способность. Такие системы часто рекламируются как "спутниковая широкополосная связь" и могут стоить в два-три раза дороже ежемесячно, чем наземные системы, такие как ADSL. Модемы, необходимые для этой услуги, часто являются проприетарными, но некоторые совместимы с несколькими поставщиками. Они также дорогие, их стоимость варьируется от 600 до 2000 долларов США. Двусторонний "iLNB", используемый в терминальной антенне SES Broadband, имеет передатчик и однополярный приемник LNB, оба работающие в диапазоне. Цены на модемы SES Broadband варьируются от 299 до 350 евро. Эти типы систем, как правило, не подходят для использования на движущихся транспортных средствах, хотя некоторые антенны могут быть оснащены автоматическим механизмом поворота и наклона для непрерывной переориентации антенны, но они дороже. Технология для SES Broadband была разработана бельгийской компанией Newtec.

Пропускная способность

Потребители спутникового Интернета варьируются от индивидуальных домашних пользователей с одним ПК до крупных удаленных бизнес-сайтов с несколькими сотнями ПК. Домашние пользователи, как правило, используют общую спутниковую мощность для снижения затрат, сохраняя при этом возможность высоких пиковых скоростей передачи данных при отсутствии загруженности сети. Обычно существуют ограничительные временные лимиты на пропускную способность, чтобы каждый пользователь получал свою справедливую долю в соответствии с оплатой. Если пользователь превышает свой лимит, компания может замедлить доступ, понизить приоритет трафика или взимать плату за избыточный трафик. Для потребительского спутникового Интернета лимиты обычно варьируются от 200 МБ в день до 25 ГБ в месяц. Общий канал загрузки может иметь скорость передачи данных от 1 до 40 Мбит/с и обслуживать до 100–4000 конечных пользователей. Направление восходящей связи для пользователей с общим доступом обычно использует метод множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), который предполагает передачу случайных коротких пакетов между другими пользователями (аналогично тому, как сотовый телефон использует базовую станцию). Каждое удаленное местоположение также может быть оснащено телефонным модемом; подключение осуществляется так же, как и у обычного интернет-провайдера с использованием dial-up. Двусторонние спутниковые системы иногда могут использовать модемный канал в обоих направлениях для передачи данных, когда важна задержка, а не пропускная способность, резервируя спутниковый канал для загрузки данных, где пропускная способность важнее задержки, например, для передачи файлов. В 2006 году Европейская комиссия спонсировала проект UNIC, целью которого было создание научно-исследовательской платформы для распространения новых широкополосных интерактивных телевизионных услуг, предоставляемых по низкой цене через двустороннюю спутниковую связь конечным пользователям дома. Архитектура UNIC использует стандарт DVB-S2 для нисходящей линии связи и стандарт DVB-RCS для восходящей линии связи. Обычные VSAT-антенны (диаметром 1,2–2,4 м) широко используются для VoIP-телефонии. Голосовой вызов передается в виде пакетов через спутник и Интернет. Благодаря использованию методов кодирования и сжатия, для каждого вызова требуется скорость передачи данных всего 10,8 кбит/с в каждую сторону.

Портативный спутниковый модем

Они обычно имеют форму автономной плоской прямоугольной коробки, которую необходимо направить в общем направлении спутника. В отличие от VSAT, выравнивание не требует высокой точности, а модемы оснащены встроенными индикаторами уровня сигнала, помогающими пользователю правильно сориентировать устройство. Модемы обычно используют распространенные разъемы, такие как Ethernet или Universal Serial Bus (USB). Некоторые также имеют встроенный Bluetooth-трансивер и могут использоваться в качестве спутникового телефона. Модемы, как правило, имеют собственные аккумуляторы, что позволяет подключать их к ноутбуку, не разряжая его батарею. Наиболее распространенной системой такого типа является BGAN от INMARSAT — эти терминалы размером с небольшой чемодан и обеспечивают почти симметричную скорость соединения около 350–500 кбит/с. Существуют и более компактные модемы, например, от Thuraya, но они подключаются только со скоростью 444 кбит/с в зоне ограниченного покрытия. В среднем, стоимость портативного спутникового интернета составляет от 5 до 7 долларов за мегабайт, что обычно делает его дороже других видов доступа в интернет, при этом сами модемы стоят от 1000 до 5000 долларов. В связи с этим, он чаще всего используется на транспортных средствах, не имеющих доступа к другим способам подключения к интернету, например, на морских судах.

Интернет через спутниковую телефонную связь

На протяжении многих лет спутниковые телефоны имеют возможность подключения к Интернету. Пропускная способность варьируется от примерно 2400 бит/с для спутников сети Iridium и телефонов на базе ACeS до 15 кбит/с для исходящего трафика и 60 кбит/с для входящего трафика для телефонов Thuraya. Globalstar также предоставляет доступ в Интернет со скоростью 9,6 кбит/с; как и в случае с Iridium и ACeS, требуется dial-up соединение, оплачиваемое поминутно, однако Globalstar и Iridium планируют запуск новых спутников, предлагающих постоянный доступ к данным на более высоких скоростях. Для телефонов Thuraya также доступно dial-up соединение со скоростью 9,6 кбит/с, а сервис 60 кбит/с работает постоянно, и пользователю выставляется счет за переданные данные (около 5 долларов за мегабайт). Телефоны можно подключить к ноутбуку или другому компьютеру через интерфейсы USB или RS 232. Из-за низкой пропускной способности просмотр веб-страниц с таким соединением крайне медленный, но оно полезно для отправки электронной почты, передачи данных Secure Shell и использования других протоколов с низкой пропускной способностью. Поскольку спутниковые телефоны обычно оснащены всенаправленными антеннами, не требуется их настройка, если между телефоном и спутником есть прямая видимость.

Односторонний прием

Односторонние спутниковые системы возврата данных по наземным каналам связи используются совместно с обычным dial-up доступом в Интернет, при этом исходящие (восходящие) данные передаются через телефонный модем, а входящие данные – через спутник на более высокой скорости. В США лицензия FCC требуется только для восходящей станции; пользователям лицензия не нужна. Другой тип односторонней спутниковой системы использует General Packet Radio Service (GPRS) для обратного канала. При использовании стандартной GPRS или Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) затраты снижаются для достижения более высоких эффективных скоростей при небольшом объеме загружаемых данных, а также благодаря тому, что оплата производится не за время сеанса, а за объем загруженных данных. Использование GPRS в качестве обратного канала повышает мобильность при предоставлении услуги со спутника, мощность передатчика которого составляет от 100 до 200 кВт. С помощью спутниковой антенны шириной 33 см, ноутбука и обычного GSM-телефона с поддержкой GPRS пользователи могут получить доступ к мобильной спутниковой широкополосной связи.

Компоненты системы

Передающая станция состоит из двух компонентов: высокоскоростного интернет-соединения для одновременного обслуживания множества клиентов и спутниковой линии связи для трансляции запрошенных данных этим клиентам. Маршрутизаторы интернет-провайдера подключаются к прокси-серверам, которые могут обеспечивать ограничения пропускной способности и гарантии качества обслуживания (QoS) для трафика каждого клиента. Часто для решения проблем задержки и асимметрии спутниковой связи используются нестандартные IP-стеки. Как и в системах приема данных в одну сторону, данные, передаваемые по спутниковому каналу, обычно также шифруются, иначе они были бы доступны любому, у кого есть спутниковый приемник. Многие реализации IP-связи через спутник используют парные прокси-серверы на обоих концах, чтобы определенные коммуникации между клиентами и серверами не требовали учета задержки, свойственной спутниковому соединению. По тем же причинам существуют специальные реализации виртуальных частных сетей (VPN), предназначенные для использования через спутниковые каналы, поскольку стандартное программное обеспечение VPN не может обрабатывать длительное время прохождения пакетов. Скорость отправки данных ограничена модемом пользователя, в то время как скорость получения данных может быть значительно выше, чем при использовании модема, поскольку модем используется только в качестве управляющего канала для подтверждения получения пакетов. Задержка остается высокой, хотя и меньше, чем при использовании полнодуплексного геостационарного спутникового интернета, поскольку только половина пути передачи данных проходит через спутник, а другая половина – по наземному каналу.

Односторонняя трансляция

Системы спутникового Интернета одностороннего вещания используются для передачи данных, аудио и видео на основе протокола Интернет (IP). В Соединенных Штатах лицензия Федеральной комиссии по связи (FCC) требуется только для восходящей станции, а не для ее пользователей. Следует отметить, что большинство интернет-протоколов не будут работать корректно при одностороннем доступе, поскольку им необходим канал обратной связи. Однако интернет-контент, такой как веб-страницы, все еще может распространяться через одностороннюю систему путем "загрузки" его в локальное хранилище на стороне конечных пользователей, хотя полная интерактивность при этом невозможна. Это аналогично телевидению или радио, которые предлагают ограниченный пользовательский интерфейс. Механизм вещания может включать сжатие и коррекцию ошибок для обеспечения надежного приема односторонней трансляции. Данные также могут периодически ретранслироваться, чтобы приемники, которым ранее не удалось их получить, имели дополнительные возможности для повторной загрузки. Данные могут быть также зашифрованы таким образом, что любой может их принять, но только определенные получатели смогут их декодировать и использовать. Авторизованным пользователям достаточно иметь короткий ключ дешифрования или автоматическое устройство с динамически меняющимся кодом, использующее собственный высокоточный независимый механизм синхронизации для дешифрования данных.

Система аппаратных компонентов

Подобно односторонней наземной связи, спутниковый доступ в Интернет может включать интерфейсы с общедоступной телефонной сетью для приложений голосовой связи. Подключение к Интернету не требуется, но многие приложения включают FTP-сервер для постановки данных в очередь для вещания.

Компоненты системного программного обеспечения

Большинству приложений односторонней передачи требуется индивидуальное программирование на удаленных площадках. Программное обеспечение на удаленной площадке должно фильтровать, сохранять, предоставлять интерфейс выбора и отображать данные. Программное обеспечение на передающей станции должно обеспечивать контроль доступа, приоритетную обработку, передачу и инкапсуляцию данных.

В отчете FCC за 2013 год упоминается большой скачок в производительности спутников

В своем отчете, опубликованном в феврале 2013 года, Федеральная комиссия по связи отметила значительные улучшения в производительности спутникового интернета. Отчет FCC "Измерение широкополосного доступа в Америке" также ранжировал основных интернет-провайдеров по степени соответствия фактической скорости заявленной. В этой категории спутниковый интернет занял первое место, при этом 90% абонентов получали скорость на 140% или более высокую, чем указано в рекламе.

Сокращение спутниковой задержки

Большая часть замедления, связанного со спутниковым интернетом, обусловлена тем, что для каждого запроса необходимо завершить множество циклов обмена данными, прежде чем запрашивающая сторона получит какие-либо полезные данные. Специализированные IP-стеки и прокси-серверы также могут снизить задержку, уменьшая количество циклов обмена данными или упрощая и сокращая длину заголовков протокола. К технологиям оптимизации относятся ускорение TCP, предварительная загрузка HTTP и кэширование DNS, среди прочих. Подробности см. в стандарте спецификаций протоколов космической связи (SCPS), разработанном NASA и широко принятом коммерческими и военными поставщиками оборудования и программного обеспечения.

Геостационарная орбита

Спутник WINDS был запущен 23 февраля 2008 года. Спутник WINDS используется для предоставления услуг широкополосного доступа в Интернет в Японии и странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Спутник обеспечивает максимальную скорость приема данных до 155 Мбит/с и скорость отдачи данных до 6 Мбит/с для абонентов с антенной диаметром 45 см, а также соединение со скоростью 1,2 Гбит/с для предприятий с антенной диаметром 5 метров. Спутник достиг конца расчетного срока службы. SkyTerra 1 был запущен в середине ноября 2010 года для обслуживания Северной Америки, а Hylas 1 был запущен в ноябре 2010 года, ориентированный на Европу. 26 декабря 2010 года был запущен KA SAT компании Eutelsat. Он покрывает европейский континент 80 точечными лучами – сфокусированными сигналами, охватывающими территорию в несколько сотен километров над Европой и Средиземноморьем. Точечные лучи позволяют эффективно повторно использовать частоты в различных регионах без взаимных помех, что увеличивает пропускную способность. Каждый точечный луч имеет общую пропускную способность 900 Мбит/с, а общая пропускная способность спутника составляет 70 Гбит/с. Услуги также были расширены на авиакомпании United Airlines, American Airlines, Scandinavian Airlines, Virgin America и Qantas. Спутник EchoStar XVII был запущен 5 июля 2012 года компанией Arianespace и размещен на своей постоянной геосинхронной орбитальной позиции 107,1° западной долготы для обслуживания HughesNet. Пропускная способность этого спутника в Ka-диапазоне превышает 100 Гбит/с. В 2015 и 2016 годах правительство Австралии запустило два геостационарных спутника Sky Muster для обеспечения интернет-связью жителей регионов Австралии и внешних территорий, таких как остров Норфолк и остров Рождества. В 2006 и 2015 годах аргентинская компания ARSAT запустила спутники ARSAT 1 и ARSAT 2 соответственно, обеспечивая доступ к интернету и телевидению в отдаленных районах страны.

Средняя орбита Земли

С 2013 года спутниковое созвездие O3b (на средней околоземной орбите на высоте 8063 км) заявляет о задержке сигнала в обе стороны (round trip latency) в 238 мс для услуг передачи данных.

Низкая околоземная орбита

По состоянию на март 2022 года было запущено около 2300 спутников для Starlink и 400 для созвездия OneWeb. SpaceX сообщила о 250 000 пользователях системы Starlink.

В океанографии и сейсмологии

Спутниковая связь используется для передачи данных, дистанционной диагностики оборудования, для физических спутниковых и океанографических измерений от поверхности моря (например, температуры и высоты поверхности моря) до дна океана, а также для сейсмологического анализа.