Системы спутниковой связи VSAT с малой антенной

Введение

Система спутниковой связи с малогабаритной антенной

Терминал с очень малой апертурой (VSAT) – это двухсторонняя спутниковая наземная станция с антенной диаметром менее 3,8 метра. Большинство антенн VSAT имеют диаметр от 75 см до 1,2 м. Скорость передачи данных в большинстве случаев варьируется от 4 кбит/с до 16 Мбит/с. VSAT обеспечивают доступ к спутникам на геосинхронной или геостационарной орбите для ретрансляции данных от небольших удаленных земных станций (терминалов) на другие терминалы (в топологии «сетка») или на центральные земные станции – «хабы» (в топологии «звезда»). VSAT используются для передачи узкополосных данных (например, транзакции в точках продаж с использованием кредитных карт, данные опросов или RFID, или SCADA), а также широкополосных данных (для обеспечения спутникового доступа в Интернет в удаленные районы, VoIP или видеосвязи). VSAT также применяются для портативных, мобильных (с использованием антенн с фазированной решеткой) и морских систем связи.

История

Концепция геостационарной орбиты была разработана российским теоретиком Константином Циолковским, который написал статьи о космических путешествиях в начале 20 века. В 1920-х годах Герман Оберт и Герман Поточник, также известный как Герман Нордунг, описали орбиту на высоте, период которой точно соответствовал периоду вращения Земли, создавая иллюзию неподвижности над фиксированной точкой на экваторе Земли. В октябрьском выпуске журнала "Wireless World" за 1945 год Артур Кларк опубликовал статью под названием "Внеземные ретрансляторы: могут ли ракетные станции обеспечить всемирное радиопокрытие?", в которой обсуждались необходимые орбитальные характеристики для геостационарной орбиты, а также требуемые частоты и мощность для связи. Живая спутниковая связь была разработана в 1960-х годах NASA, которая запустила спутники Syncom 1–3. Syncom 3 осуществлял прямую трансляцию Олимпийских игр 1964 года в Японии для зрителей в Соединенных Штатах и Европе. 6 апреля 1965 года был запущен первый коммерческий спутник Intelsat I, получивший прозвище "Ранняя птица". Первые коммерческие VSAT представляли собой системы C-диапазона (6 ГГц) только для приема, разработанные компанией Equatorial Communications с использованием технологии расширенного спектра. В начале 1980-х годов было продано более 30 000 антенных систем диаметром 60 см. Позже Equatorial разработала двухстороннюю систему C-диапазона (4/6 ГГц) с использованием антенн размером 1 м x 0,5 м и продала около 10 000 единиц в 1984–85 годах. В начале 1980-х годов LINKABIT (предшественник Qualcomm и ViaSat) разработала первый в мире VSAT Ku-диапазона (12–14 ГГц) для компании Schlumberger, предназначенный для обеспечения сетевой связи для буровых и разведочных подразделений нефтяных месторождений. LINKABIT, став частью M/A COM, продолжила разработку VSAT для корпоративных клиентов, таких как Walmart, Holiday Inn, Chrysler и General Motors. Эти корпоративные терминалы составляли подавляющее большинство площадок в течение следующих 20 лет для приложений двусторонней передачи данных или телефонии. В 1980-х годах Spacenet и MCI развернули крупную сеть VSAT, насчитывающую более 12 000 сайтов, для Почтовой службы США. По состоянию на 2015 год крупнейшей сетью VSAT Ku-диапазона, включающей более 100 000 VSAT, являлась сеть, развернутая и эксплуатируемая Hughes Communications для лотерейных приложений. В 2005 году WildBlue (ныне ViaSat) начала развертывание сетей VSAT, использующих диапазон Ka. В 2011 году ViaSat запустила самый мощный спутник в истории, ViaSat 1, для расширения базы WildBlue под брендом Exede. В 2007 году Hughes Communications начала развертывание VSAT-сайтов для потребителей под брендом HughesNet на спутнике Spaceway 3, а позже, в 2012 году, на спутнике EchoStar XVII/Jupiter 1. К сентябрю 2014 года Hughes стала первым поставщиком спутникового интернета, превысившим один миллион активных терминалов.

The concept of the geostationary orbit was originated by Russian theorist Konstantin Tsiolkovsky, who wrote articles on space travel around the beginning of the 20th century. In the 1920s, Hermann Oberth and Herman Potocnik, also known as Herman Noordung, described an orbit at an altitude of whose period exactly matched the Earth's rotational period, making it appear to hover over a fixed point on the Earth's equator. Arthur C. Clarke's October 1945 Wireless World article (called "Extra Terrestrial Relays: Can Rocket Stations Give World wide Radio Coverage?") discussed the necessary orbital characteristics for a geostationary orbit and the frequencies and power needed for communication. Live satellite communication was developed in the 1960s by NASA, which launched Syncom 1–3 satellites. Syncom 3 transmitted live coverage of the 1964 Olympics in Japan to viewers in the United States and Europe. On April 6, 1965, the first commercial satellite was launched into space, Intelsat I, nicknamed Early Bird. The first commercial VSATs were C band (6 GHz) receive only systems by Equatorial Communications using spread spectrum technology. More than 30,000 60 cm antenna systems were sold in the early 1980s. Equatorial later developed a C band (4/6 GHz) two way system using 1 m x 0.5 m antennas and sold about 10,000 units in 1984–85. In the early 1980s, LINKABIT (the predecessor to Qualcomm and ViaSat) developed the world's first Ku band (12–14 GHz) VSAT for Schlumberger to provide network connectivity for oil field drilling and exploration units. LINKABIT which had become part of M/A COM went on to develop VSATs for enterprise customers such as Walmart, Holiday Inn, Chrysler, and General Motors. These enterprise terminals made up the vast majority of sites for the next 20 years for two way data or telephony applications. A large VSAT network, with more than 12,000 sites, was deployed by Spacenet and MCI for the U. S. Postal Service in the 1980s. as of 2015, the largest VSAT Ku band network containing over 100,000 VSATs was deployed by and is operated by Hughes Communications for lottery applications. In 2005, WildBlue (now ViaSat) started deploying VSAT networks deploying Ka band. ViaSat launched the highest capacity satellite ever, ViaSat 1, in 2011 to expand the WildBlue base under its Exede brand. In 2007, Hughes Communications started deploying VSAT sites for consumers under its HughesNet brand on the Spaceway 3 satellite and later in 2012 on its EchoStar XVII/Jupiter 1 satellite. By September 2014, Hughes became the first Satellite Internet Provider to surpass one million active terminals.

Будущие применения

За последние пять лет технический прогресс значительно улучшил соотношение цены и производительности в фиксированной спутниковой связи (ФСС). Новые VSAT-системы вводятся в эксплуатацию, используя технологии, которые обещают более высокие скорости передачи данных по сниженной стоимости. Системы ФСС, находящиеся в настоящее время на орбите, обладают огромной емкостью при относительно низкой стоимости. Системы ФСС предоставляют абонентам широкий спектр услуг, включая: телефонию, факсимильную связь, телевидение, высокоскоростную передачу данных, доступ в Интернет, спутниковое новостное вещание (SNG), цифровое аудиовещание (DAB) и другие. Эти системы обеспечивают высокое качество обслуживания, создавая эффективные коммуникационные решения для бытовых и корпоративных пользователей.

Морская VSAT

Морской VSAT обладает характеристиками, позволяющими использовать его на судне в открытом море. Судно в движении непрерывно перемещается по всем осям. Антенная часть морской VSAT-системы должна быть стабилизирована относительно горизонта и истинного севера по мере движения судна под ней. Для точного наведения антенны на спутник используются двигатели и датчики. Это обеспечивает передачу и прием сигнала со спутника с минимальными потерями и помехами для соседних спутников. Разрабатываются новые технологии, которые позволят твердотельному устройству (плоской панели) осуществлять электронное управление антенной без механических движущихся частей.

Технология

Первоначально на судах для приема телевизионных сигналов использовались стабилизированные спутниковые антенны. Одной из первых компаний, начавших производство стабилизированных антенн VSAT, была SeaTel из Конкорда, Калифорния, которая представила свою первую стабилизированную антенну в 1978 году. В 2007 году SeaTel доминировала в поставках двухсторонних стабилизированных антенных систем VSAT для морской отрасли, занимая почти 72% рынка по сравнению с 17,6% у Orbit. Изначально для морской связи VSAT использовалась технология с одним каналом на несущую, которая была удобна для крупных потребителей, таких как буровые установки, нефтяные платформы и крупные флоты судов одного судовладельца, работающие в зоне покрытия одного или нескольких спутников. Ситуация изменилась, когда компания разработала технологию множественного доступа с временным разделением каналов на основе IP, которая динамически распределяла полосу пропускания между судами, обеспечивая совместное использование ресурсов и снижая стоимость установки морской VSAT. Это оказалось ключевым фактором для небольших и средних флотов и, как следствие, для широкого распространения VSAT на рынке.