Создание абонентских земных станций (АЗС) для массового рынка является на сегодня узким местом в развертывании низкоорбитальных связных группировок, таких как OneWeb и StarLink (SpaceX), и многофункциональной российской спутниковой системы «Сфера». Существующие решения не отвечают жестким требованиям по стоимости, тем самым снижая конкурентоспособность спутниковых систем. Создание высокотехнологичных пользовательских терминалов доступной для массового рынка стоимости является, таким образом, ключевым фактором успеха многих проектов, в том числе российских.
Куда движется рынок
Телекоммуникационная отрасль в России, как и во всем мире, переживает некую стагнацию, связанную с насыщением спроса и снижением прибыльности основного бизнеса. В настоящее время к российскому телекоммуникационному рынку применима набоковская формула о «невозвратности прошлого, ненасытности настоящего и непредсказуемости будущего».
В то же время стремительный прогресс в сфере цифровых технологий выводит игроков телекоммуникационного рынка за его традиционные границы, и сегодня популярным направлением развития бизнеса становится создание цифровых экосистем, окружающих абонента. Поэтому перспективным направлением развития для российских операторов связи является выход в смежные области цифрового бизнеса: Интернет вещей, облачные технологии, распространение онлайн-контента, различные сервисы, связь в движении.
В последние годы активное развитие получили системы, способные предоставлять конечному пользователю богатый набор услуг на основе широкополосного доступа: Интернет, просмотр потокового видео, обмен тяжелыми файлами (фото и видео), общение в социальных сетях и мессенджерах, что приводит к экспоненциальному росту потребностей в информационном обмене и обусловливает необходимость увеличения емкости каналов связи. Интенсивно развивается направление связи в движении SOTM (SATCOM on-the-Move).
Не секрет, что покрытие сотовых сетей во многих местах России фрагментарное, а это имеет существенное значение при нахождении пользователя в пути. Оказаться в районе, где оператор посчитал нецелесообразным размещать базовую станцию, для современного пользователя крайне неприятно. Проблема отсутствия связи на транспорте особенно остро стоит в России: большая протяженность территорий, низкая плотность населения, ограниченное развитие инфраструктуры мобильных операторов вдоль автомобильных и железных дорог – все эти факторы известны россиянам не понаслышке. Пассажиры, путешествующие на дальние расстояния по стране и миру, как правило, находятся в ограниченной инфокоммуникационной среде. Очевидно, что для них весьма актуальны инфокоммуникационные услуги, позволяющие интересно и с пользой провести время в пути. А для этого необходимы современные абонентские земные станции и спутники с высокой пропускной способностью.
Абонентское оборудование
Созданием современного абонентского оборудования занимаются многие зарубежные компании: Kymeta, Phasor, Gilat, SatixFy, Isotropic Systems, Alcan Systems, Starwin, Satcube и др. Степень готовности абонентских терминалов у них разная: от стадии стартапа до опытных образцов и серийных изделий. Стоимость антенн колеблется в интервале 15–30 тыс. долл. По прогнозам, в ближайшее время стоимость антенн должна снизиться до 10 тыс. долл. Речь в этом случае идет об антеннах в Ku-диапазоне частот, предназначенных в основном для установки на коллективные транспортные средства.
Наша компания в своей операторской деятельности первоначально ориентировалась на приобретение зарубежных терминалов с подходящими для нас характеристиками и адекватной стоимостью. Но, к сожалению, чем чаще и глубже мы общались с разработчиками smart-антенн, тем больше понимали, что найти продукт, удовлетворяющий нашим требованиям, пока невозможно. Поэтому было принято вполне логичное решение – заняться собственной разработкой абонентских земных станций.
Адаптивная антенная решетка
Уменьшить массогабаритные характеристики пользовательских устройств и снизить их стоимость позволяют новые технические решения и применение адаптивной антенной решетки (ААР) – разновидности фазированных антенных решеток (ФАР). Выбор этой технологии обусловлен необходимостью быстрого изменения диаграммы направленности антенной системы, что связано с движением транспортного средства и спутника, а также с компактными габаритами самой антенны.
В каждом канале ААР установлен приемно-передающий модуль, в котором система управления амплитудой и фазой сигнала заменена системой анализа и синтеза сигналов. Адаптивная антенная решетка представляет собой совокупность аналогово-цифровых каналов, в которых формирование диаграммы направленности осуществляется без использования фазовращателей. В зарубежной литературе можно встретить эквивалентное название – Smart Antenna.
Разработка абонентского терминала
Решающим фактором при разработке АЗС становится не только достижение высоких технических характеристик, но и минимизация стоимости абонентского оборудования.
C этой целью решаются следующие задачи:
- выбор наиболее технологичного антенного элемента и конфигурации антенной апертуры для создания адаптивных антенных решеток, позволяющих работать с круговой и линейной поляризацией и обеспечивать изменение плоскости поляризации при движении транспортного средства;
- минимизация количества приемных и передающих трактов ААР;
- оптимальный способ управления наведением луча на космический аппарат (КА);
- применение технологии когератора для управления фазовыми сдвигами в каналах антенной решетки без использования дорогих и частотно-зависимых фазовращателей;
- оптимизация и уменьшение количества каналов измерения фазового распределения в антенной решетке.
В АЗС SkyKit будет применяться собственная технология управления наведением диаграммы направленности на космический аппарат.
На первом этапе (2020 г.) будет создана электронно-механическая абонентская земная станция SkyKit М1 для оказания услуг посредством существующих спутников связи и вещания, расположенных на геостационарной орбите. Геостационарная орбита (ГСО) имеет свои особенности: с северных территорий, расположенных на широте выше 76–78º, спутники наблюдаются потребителями при малых углах места, что значительно затрудняет работу с подвижными объектами. Поэтому в целях проверки правильности заложенных технических решений и демонстрации предоставления услуг связи на подвижных объектах с помощью новых абонентских устройств проект планируется реализовать в южных регионах России.
Для работы на территории России рассматриваются спутники «Экспресс-АМ6» и «Ямал-402». Также ведутся переговоры об использовании терминалов SkyKit M1 на территории Республики Казахстан (ресурс спутника KazSat-3).
Анализ перевозок пассажиров по различным маршрутам показал, что потенциальный размер рынка абонентских земных станций на юге России в ближайшие годы можно оценить в несколько тысяч для междугородного автобусного, железнодорожного, водного транспорта, а также для удаленных инфраструктурных объектов.
Опытная эксплуатация SkyKit М1 позволит лучше понять предпочтения пользователей по выбору конечных услуг (проникновение) по каждому типу транспорта, размер генерируемого трафика на одного пользователя, а также получить контакт с целевой аудиторией (через установку приложения).
Устройства с полностью электронным наведением на спутник
В последующем для оказания коммерческих услуг на всей территории РФ (включая северные регионы и Арктику) планируется использовать ресурс в Ku-диапазоне частот системы спутниковой связи на высокоэллиптической орбите (ВЭО) «Экспресс-РВ», которая создается по заказу ФГУП «Космическая связь». В спутниковой системе «Экспресс-РВ» на всей территории России углы места будут составлять более 45º, и качественной связи не будут мешать ни лес, ни рельеф местности, ни здания, что важно для SOTM. Высокие углы места для системы на ВЭО гарантируют обеспечение надежной и качественной связи с коэффициентом готовности канала 99,9%. Для такой спутниковой системы потребуются абонентские устройства с полностью электронным наведением на спутник. Для их создания необходима разработка нового чипсета в Ku-диапазоне частот, на что уйдет не менее двух лет. Основные технические решения, заложенные в основу электронно-механической абонентской станции, будут использованы и для разработки абонентской станции SkyKit M2 с полностью электронным наведением на спутник.
Куда нужно двигаться российским операторам
С учетом современных тенденций развития спутниковых систем связи, объемов и качества предоставления инфокоммуникационных услуг стоит обратить внимание телекоммуникационных операторов на следующие инициативы нашей компании:
- разработка единых стандартов роуминга спутниковых систем (спутниковый форум);
- интеграция с наземными сетями 4G/5G для рационального использования спутникового ресурса и удобства для абонентов;
- разработка унифицированных абонентских терминалов (минимизация стоимости их производства за счет увеличения количества пользователей);
- кооперация с точки зрения оказания услуг связи на различных территориях.
