ПАРТНЕРЫ
ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПАРТНЕР
AltText Космическая связь

СТРАТЕГИЧЕСКИЕ ПАРТНЕРЫ
AltText РТкомм.РУ kb-iskra КБ ИСКРА

ПАРТНЕРЫ
AltText Радуга-Интернет AltText Исател AltText Ка-Интернет

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПАРТНЕР
AltText Hughes Network Systems
  • ../
  • ../
  • ../
  • ../
  • ../
  • ../
  • ../

Конвергентные сети спутниковой связи нового поколения: Ка- диапазон, оптическая и квантовая связь

Основные тенденции и пути развития спутниковой связи обсуждались на 25-ой конференции “Ka and Broadband Communications Conference: Space Communications, Navigation and Earth Observation Systems in the 5G Era” в Италии. 


Эксперты из разных стран сошлись во мнении, что в связи с внедрением технологии 5G в наземных сетях операторы спутниковой связи столкнулись с новым вызовом: как развивать спутниковую связь с учетом применения новой технологии. Также большой интерес на площадках конференции вызвало обсуждение планов NASA по коммерциализации космической деятельности.

Новая концепция NASA
По мнению NASA в ближайшем будущем ожидается глобальная коммерциализация космоса. Это означает, что все больше частных компаний будут принимать участие в освоении космического пространства. NASA предлагает создать единую систему связи в космосе, основанную на различных конвергентных системах, принадлежащих государственным и частным организациям, использующих в своей работе различные способы приема и передачи сигнала. Космическая программа NASA предусматривает обеспечение надежной и высокоскоростной связью (несколько сотен Мбит в секунду) потребителей не только в околоземном пространстве, но и на Луне, Марсе и в дальнем космосе. Для реализации программы предполагается использовать традиционные системы радиосвязи в Ка-диапазоне, оптическую связь и квантовую связь.

Представитель NASA выступил с объявлением новой концепции. Деятельность NASA предлагается разделить на «научную» (это абсолютно новые задачи, которые не решались ранее) и «рутинную» (например, доставка грузов на МКС). Рутинная деятельность подразумевает, что процесс хорошо изучен, требования понятны. Это позволяет допустить к процессу частные компании. Победитель будет определяться в результате конкурса. Первым, успешным на взгляд NASA, опытом государственного-коммерческого сотрудничества является контракт на доставку грузов на МКС с компанией Space Exploration Technologies Corporation (SpaceX).

NASA предполагает использовать эту модель и для организации связи. По мнению специалистов NASA это позволит значительно сократить расходы без потери качества. Конгресс США одобрил финансирование этой программы. На 2020 год планируется выделить 3 млн. долларов США, с последующим ежегодным увеличением финансирования до 109 миллионов долларов США в 2024 году.

Конвергентные сети связи в космосе
Технология 5G делает объединение систем связи принадлежащим разным пользователям, разных производителей, использующих различные технологии возможным, но требуется значительная работа как в техническом, так и в организационным плане. Для предоставления связи в космосе рассматривались три технологии:

Радиочастотная связь
Ка-диапазон. Для предоставления требуемых услуг связи разрабатывается широкополосный абонентский терминал (АТ). Данный АТ будет обеспечивать связь в диапазоне от 17,2 ГГЦ до 40 ГГц работать с любой из используемых в настоящее время модуляций. Это позволяет пользователю осуществлять роуминг в космосе. Прототип приемо-передатчика готов, прошел лабораторные испытания. Идет разработка модема (2020 г.). Испытания на международной космической станции запланированы на 2021 год.

Оптическая связь
NASA планирует осуществить несколько запусков космических аппаратов (КА) до конца 2022 г. с целью демонстрации возможностей организации оптической связи. Подробнее в разделе «Программа NASA по испытаниям оптической связи».

Компания Tesat представила доклад о своем видении оптической связи в космосе. Рассматривались следующие варианты применения: оптические (лазерные) линии связи для меж спутниковых линий связи (Optical Inter Satellite Links – OISL), линии связи от КА до земной приемной станции (Optical Direct to Earth – DTE). OISL используются для организации соединительных линий между КА на геостационарной орбите. Характерной особенностью является сверхнизкая задержка распространения сигнала и отсутствие помех.

DTE предполагает использование организации линии связи КА - Земля для малых КА или для «кубсатов» (сверхмалых КА).

Для организации оптической связи для КА на геостационарной орбите создана оптическая платформа «Teast LST». Используется лазерный передатчик с длиной волны 1063 нанометров, модуляция Homodyne BPSK (гомодинная двоичная система оптической модуляции с фазовой манипуляцией). Скорость передачи данных – 1,8 Гбит/с. Мощность передатчика 2,2 Вт. Диаметр телескопа – 135 мм. Масса 53 кг. Потребляемая мощность – 150 Вт максимум. Размеры: 0,6х0,6х0,7 м.
В настоящее время на низкой орбите находится шесть спутников с оборудованием оптической связи на борту, на геостационарной орбите находится 2 КА. Запуск третьего КА «GEO EDRS-C» осуществлен в 2019 г.

Преимущества терминалов оптической связи по сравнению с терминалами радиосвязи: частоты в оптическом диапазоне (194 ТГц.) примерно в 10000 выше чем радиочастоты (19 ГГц); более узкий луч, концентрирующий больше передаваемой энергии на приемную антенну; используемая полоса (как правило ограничена шириной полосы оптическим усилителя) приблизительно 8 ТГц (частоты не заняты и не подвержены помехам).

К недостаткам таких терминалов можно отнести подверженность связи влиянию атмосферных явлений (не распространяются через облака), а также более узкий луч, который требует более точного наведения. Точность наведения – 0,00060.

Участники форума сошлись во мнении, что оптическая связь позволяет использовать пользовательские терминалы со значительно большей пропускной способностью, с малыми размерами, весом и потребляемой мощностью. Поэтому имеет смысл перераспределить очень большие инвестиции в проводную оптическую связь в пользу беспроводной оптической связи.

Компания CACI заключила контракт с NASA на создание компактного оптического терминала, который будет доставлен на МКС с целью проведения эксперимента. Суть эксперимента: передача данных с МКС на низкоорбитальный КА, с него на Землю. Краткие характеристики терминала: диапазон длин волн – 1550 нм (на прием и передачу используются волны с разной длиной); скорость передачи 2,88 Гбит/с при использовании пакетной дифференциальной фазовой манипуляции; адаптивная пакетная модуляция; доработанная прямая коррекция ошибок (Forward Error Correction – FEC) для кодирования/декодирования сигнала для работы с различными состояниями атмосферы. Эксперимент запланирован на 2020 г.

Программа NASA по испытаниям оптической связи
NASA планирует осуществить несколько запусков КА для проверки работоспособности и демонстрации возможностей оптической связи до конца 2022 г. Планируется провести испытания оптической связи между КА на геостационарной орбите и земной станцией оптической связи со скоростью до 2,88 Гбит/с.  Продемонстрировать связь между КА на низкой орбите и КА на геостационарной орбите со скоростями от 51 Мбит/с до 1,244 Гбит/с, а также связь от кубсатов на низкой орбите до земной станцией оптической связи со скоростью 200 Гбит/с. В дальнейшем планируется обеспечить оптической связью астронавтов, работающих на поверхности Луны.

Квантовая связь
В настоящий момент ведутся работы по созданию системы квантовой связи для использования в космосе. Связь больше не основана на передаче единиц и нулей, но представлена квантовыми битами с несколькими состояниями, называемыми «кубиты».

Преимущества квантовой связи: повышение безопасности сети; передача ключей шифрования является хорошей защитой от несанкционированного доступа. Данные больше не передаются, а телепортируются – «кубит» транспортируется из одного места в другое, нет необходимости перемещать сами данные.

Совместное использование радиочастот между станциями фиксированной спутниковой связи и сетями 5G сотовой связи
Амбициозные требования и производительность сотовых систем связи пятого поколения (5G) нацелены на то, чтобы мотивировать органы по стандартизации провести распределения частот в миллиметровом диапазоне для наземных сетей 5G. Между тем, часть частот в мм-диапазоне выделена для спутниковой связи. Исследование Института систем связи (Institute for Communication Systems), Великобритания, посвящены изучения взаимного влияния излучения передатчиков наземных сетей 5G (new radio cellular system –5G NR) и земных станций фиксированной спутниковой связи (FSS). Исследования проводились для частоты 28 ГГц, исследовалась передача на линии вверх (uplink). Установлено, в условиях сельской местности, при угле места 200 для FSS необходимо соблюдать минимальное расстояние в 600 м до ближайшей базовой станции 5G NR. При расстоянии в 100 м работа не возможна.

При расположении базовой станции 5G NR в условиях городской застройки (плотность базовых станций выше) при угле места 200 минимальная дистанция между FSS и базовой станцией 5G NR составляет 2500 м. На расстоянии около 200 м от FSS работа невозможна (сокращение эффективности – 100%). В дальнейшем планируется провести аналогичное исследование, но для линии вниз (downlink).

Интегрированный испытательный стенд 5G для спутниковой и наземной связи
Проект Европейской комиссии SaT5G предусматривает включение спутниковой связи при развертывании сетей 5G с улучшенной услугой подвижной широкополосной связи (eMBB) для обеспечения повсеместного подключения, ожидаемого от поставщиков сетей 5G.

Спутниковые сети могут обеспечить глобальное покрытие, охватывающее районы, которые по разным причинам не могут охватить наземные сети, включая финансовые и коммерческие проблемы, сложные условия окружающей среды и т. д. Одно это делает спутниковую связь интересным вариантом для включения в сети 5G для удовлетворения требований покрытия. В исследовании университета Суррей г. Гилфорд, Великобритания (University of Surrey, Guilford, UK) рассмотрен вариант построения объединенной сети 5G и спутниковой связи. Для построения системы использовалось оборудования спутниковой сети связи производства компании iDirect и систему управления сотовой связью (ETSI Open Source MANO – OSM). В рамках проекта SaT5G был создан полностью интегрированный спутниковый испытательный стенд 5G. Спутниковый шлюз, функция маршрутизации и виртуализированные функции RAN разделены между ядром 5G и спутниковым шлюзом в центре спутниковой связи Avanti в Гунхилли, Великобритания. Базовая сеть и спутниковый шлюз соединены через VPN. Демонстрация основных вариантов использования, запланированы на 4 квартал 2019 года в рамках тестирования и подтверждения характеристик Европейской комиссией SaT5G. В случае успешного завершения испытаний будет доказано, что возможна интеграции сетей спутниковой связи и наземных сетей 5G с использованием серийно производящегося оборудования.


Подписывайтесь на наши новости и релизы

Это электронный адрес?
Ваше сообщение отправлено.×
Произошла ошибка. Попробуйте еще раз.×

Посещая наш сайт, Вы соглашаетесь на использование cookie-файлов. Ссылка: «Уведомление о cookie-файлах».