Спутниковая связь для подвижных объектов

Инесса Глазкова,

исполнительный директор, ООО «Небо – Глобальные коммуникации»

 

Сегодня информационные космические системы – важный элемент управления развитием регионов и реализации программ цифровой экономики России. В настоящее время появляются все новые сферы применения информационных космических технологий, прежде всего в тех направлениях, где космические средства имеют преимущества перед наземными. Одно из таких направлений – спутниковая связь для подвижных объектов.

 

Трафика много не бывает

Количество мобильных интернет-соединений продолжает стремительно увеличиваться. Причем ожидается экспоненциальный рост трафика, генерируемого мобильными устройствами, который, по прогнозам Cisco, в 2019 г. составит 47% всей передаваемой информации (Cisco VNI Mobile Report, 2015). Необходимо обеспечивать высокоскоростную передачу информации между источниками генерации и потребителями такой информации.

Не остается в стороне от общей ИТ-тенденции и такая отрасль, как спутниковая связь. Технологии спутников с высокой пропускной способностью (High-Throughput Satellite – HTS) изменяют саму структуру стоимости спутниковых услуг. Исходя из резко возрастающей доступности спутникового ресурса, средняя стоимость за переданный мегабит информации уменьшается. Такая ситуация создаст новые бизнес-возможности. Так, в последние годы мощное развитие получили системы, способные предоставлять конечному пользователю набор услуг на основе широкополосного доступа в Интернет.

В то время как для стационарных объектов может наблюдаться в определенном смысле исчерпанность новых территорий, спутниковая связь находит для себя новые рынки, одним из которых безусловно является транспортная система. Проблема отсутствия связи на транспорте особенно актуальна для России: большая протяженность территорий, низкая плотность населения в отдельных регионах страны, ограниченное развитие инфраструктуры мобильных операторов вдоль автомобильных и железных дорог. Пассажиры, часто путешествующие на дальние расстояния, находятся в ограниченной инфокоммуникационной среде. Проекты по оснащению Wi-Fi-доступом в Интернет активно внедряются на всех видах пассажирского транспорта: автомобильном, железнодорожном, воздушном, морском и речном (рис. 1).

 

Высокий эллипс для качественной связи

Для организации качественной связи на подвижных объектах отлично подходят спутники на высокоэллиптической орбите. Высокие углы места обеспечиваются по всей территории РФ, включая Арктику и северные регионы страны. Геостационарная орбита (ГСО) имеет свои недостатки: качественное обслуживание северных территорий, расположенных на широте выше 76º, не обеспечивается высоким углом места, что необходимо для работы с подвижными и стационарными объектами на Севере.

Преодоление цифрового неравенства, предоставление современных услуг связи жителям разных регионов Российской Федерации, включая северные территории, входит в приоритеты национального спутникового оператора ФГУП «Космическая связь», который планирует решать задачу за счет создания и эксплуатации космического комплекса связи «Экспресс-РВ» на высокоэллиптических орбитах.

В реализации коммерческой составляющей проекта «Экспресс-РВ», нацеленной на возврат внебюджетных инвестиций, участвует ООО «НЕБО ГК».

Создание высокотехнологичных пользовательских терминалов доступной стоимости для обеспечения массового охвата рынка является здесь ключевым фактором успеха.

Рис. 1

Коммерческая сторона проекта

Чтобы продемонстрировать открывающиеся перспективы коммерческой составляющей проекта «Экспресс-РВ», было проведено множество соответствующих исследований. Одна из ключевых задач маркетинговых исследований – подтвердить предположения о количестве потенциальных пользователей в различных рыночных нишах (рис. 2). Основными критериями, определяющими объем рынка инфокоммуникационных услуг на подвижных объектах, являются пассажиропоток (для коллективных потребителей) и количество транспортных средств (для индивидуальных потребителей).

Спектр предлагаемых услуг образует то информационное поле, к которому привык современный пользователь.

Маркетинговое исследование, проведенное ООО «НЕБО ГК» в четырех укрупненных группах федеральных округов РФ, подтвердило предположение о наличии проблем с мобильным Интернетом у большей части пользователей в пути и декларированную готовность трети пассажиров оплачивать услугу доступа в Интернет через Wi-Fi.

Среди регионов России можно выделить группу ПФО/УФО, в которой средняя доля готовых платить несколько выше, чем в трех других группах федеральных округов. Также следует отметить, что среди пассажиров поездов обнаружилось больше тех, кто готов платить за такую услугу, чем среди пассажиров самолетов и автобусов. Причем пассажирам поездов и самолетов могут быть предложены тарифы несколько более высокие, чем пассажирам автобусов.

Рис. 2

Для выявления ценовых параметров услуги пассажирам поездов, самолетов и междугородних автобусов было предложено выбрать один из трех тарифов:

  • 12,7% выбрали тариф Message за 150 руб. – он позволяет в течение всей поездки пользоваться электронной почтой, а также приложениями-мессенджерами;
  • 15% выбрали тариф Surf за 400 руб. – он предполагает дополнительно к возможностям тарифа Message в течение всей поездки получать доступ к просмотру сайтов через браузеры, к социальным сетям, пользоваться всеми мобильными приложениями, за исключением просмотра видео;
  • 6,8% выбрали тариф Stream за 700–1000 руб. – он дает возможность в течение всей поездки получать неограниченный доступ в Интернет, включая ресурсы с просмотром потокового видео.

В настоящее время в РФ зафиксировано около 42 млн легковых автомобилей. К 2020 г. прогнозируется рост их количества до 50 млн. Значительная часть автомобилей передвигается по региональным автодорогам, где по большей части отсутствуют сотовая связь и радиовещание. При адекватной стоимости абонентских терминалов многие пользователи уже сегодня готовы приобрести пакет спутниковых услуг (рис. 3). Для автолюбителей 700 руб. в год – вполне посильная абонентская плата за спутниковое радио, возможность общения и получения информации в пути. К этому следует добавить возможность бесплатно пользоваться тревожной кнопкой в автомобилях.

Рис. 3

К конкурирующим технологиям, которые могут быть использованы для предоставления целевым группам пользователей аналогичных инфокоммуникационных услуг при нахождении в транспорте, можно отнести мобильную связь, специальные устройства на транспорте, спутниковую связь в движении и беспроводные технологии дальнего радиуса действия.

 

Услуги сотовой связи

Мобильная связь во время поездки позволяет пользователям выходить в Интернет и получать инфокоммуникационные услуги через собственное устройство с SIM-картой одного из мобильных операторов. Скорость мобильного Интернета здесь зависит как от оператора связи, так и от устройства пользователя. Стандартные шаблоны настройки мобильных сетей не подходят для предоставления услуг на скорости движения транспорта более 100 км/ч. Системные задержки сотовой сети начинают оказывать заметное влияние на максимальную скорость интернет-соединений в быстро движущемся транспорте.

В сотовых сетях радиус действия базовых станций весьма ограничен, мощность работы передатчиков сравнительно невысока. Транспорт находится в зоне действия лишь одной базовой станции в среднем 3 минуты. За это время система должна успеть установить сигнальное соединение, произвести оценку ресурсов, аутентификацию, авторизацию абонента, после чего при положительном результате, начинается предоставление услуг. При движении транспортного средства уровень сигнала может ухудшиться – в этом случае произойдет переход терминала из сети LTE в 3G. Как правило, такой переход не удается обеспечить бесшовным образом – соединение прерывается.

На уровень сигнала базовых станций сотовых сетей в транспортном средстве существенное влияние оказывают материал стекол транспортного средства и отражение сигнала от корпуса транспорта. Например, из-за особого покрытия стекол этот показатель в новых скоростных поездах «Сапсан» оказался в полтора раза ниже в сравнении с обычными российскими поездами. В итоге пользователь не всегда может получить качественную услугу в движении через собственное мобильное устройство, даже если сеть сотового оператора присутствует в данном регионе.

Для железной дороги в качестве конкурирующего может быть рассмотрен стандарт GSM-R (Global System for Mobile communications – Railway), внедряемый и в России. Однако широкому внедрению стандарта GSM-R, несмотря на его явные преимущества, препятствуют проблемы с радиочастотным регулированием.

 

Специальные устройства на транспорте

Специальные устройства на транспорте представляют собой роутер, который переводит мобильную связь (3G, 4G) в Wi-Fi. При этом возможно использование сетей нескольких операторов сотовой связи, их одновременная работа или выбор оператора с лучшей скоростью/стоимостью в данном регионе.

Такие устройства устанавливаются в транспортном средстве, используются внешние антенны. Оборудование поддерживает технологию агрегирования каналов, что позволяет абоненту не выбирать, по какой сети предоставлять доступ, а работать со всеми доступными сетями параллельно. В идеальных условиях пропускная способность при этом складывается. Основной недостаток такого метода – зависимость от покрытия мобильных операторов.

 

Технологии мобильной спутниковой связи

Спутниковая связь в движении может быть рассмотрена в различных технологиях:

  • спутниковая связь в движении на базе VSAT-технологии через геостационарные КА – SOTM (Satcom on the Move) на базе VSAT Ku- или Ka-диапазона частот;
  • подвижная спутниковая связь (диапазон L).

Используемые технологии подвижного VSAT для SOTM:

  • гиростабилизированные антенные системы (ГСА), позволяющие удерживать направление антенной системы с заданной точностью на спутник связи на геостационарной орбите;
  • модемы, обеспечивающие возможность работать при более низких уровнях радиочастотного сигнала по сравнению со стационарным VSAT и поддерживать тактовую синхронизацию в каналах связи при передвижении объекта в пространстве;
  • система автоматизированного переключения подвижного VSAT с одного спутника связи на другой и с одного HUB на другой.

Основной недостаток оборудования ГСА – высокая стоимость. Дополнительным ограничением использования подобных систем является высокое энергопотребление. Максимальная скорость в прямом канале, доступная при применении распространенной HUB-топологии типа «звезда»: до 5 Мбит/с в Ku-диапазоне и до 20 Мбит/с в Ka-диапазоне. В современных условиях это может оказаться недостаточным для коллективного предоставления услуг связи пассажирам.

Опыт реализации проектов спутниковой связи в движении на железнодорожном транспорте на базе VSAT-технологии показал, что срок амортизации превышает ресурс оборудования, спутниковый трафик имеет довольно высокую стоимость и проекты не могут окупаться от генерируемой выручки, поэтому они несостоятельны с коммерческой точки зрения.

Подвижная спутниковая связь реализована в низкоорбитальных системах Iridium и Globalstar, а также геостационарных системах Inmarsat и Thuraya. Тарифы на услуги передачи данных в подвижной спутниковой связи на порядок выше тарифов по технологии VSAT, поскольку в L-диапазоне доступна относительно узкая полоса частот. Такой факт также накладывает ограничения на скорость передачи данных.

 

Беспроводная связь дальнего радиуса

В качестве конкурирующей услуги можно рассматривать беспроводные технологии дальнего радиуса действия, например WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Это телекоммуникационная технология, разработанная в целях предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств – от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов.

Мобильный WiMAX ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 150 км/ч. При этом мобильность означает наличие функций роуминга и бесшовного переключения между базовыми станциями при передвижении абонента.

Основными ограничениями развития беспроводных стандартов для обеспечения подвижной связи в транспортных средствах являются:

  • необходимость получения частного решения ГКРЧ на использование полосы частот;
  • необходимость строительства опросной сети вдоль предполагаемых маршрутов следования транспорта.

С учетом капитальных затрат на оснащение транспорта и создание наземной инфраструктуры сети связи проекты с использованием беспроводных технологий не могут быть состоятельны с коммерческой точки зрения на протяженных маршрутах и при низком пассажиропотоке.

 

Психологическая сторона проблемы: стереотипы пользователей

Важно отметить барьеры, относящиеся к сомнениям перевозчика, на транспорте которого планируется установка абонентских земных станций, и пользователей при покупке услуги в транспорте. Возможные барьеры при работе с перевозчиками характеризуют следующие пользовательские стереотипы (рис. 4).

Рис. 4

Возможные барьеры при покупке услуги у потенциальных покупателей характеризуются следующими стереотипными возражениями:

  • это дорого;
  • низкая скорость;
  • достаточно мобильного Интернета.

 

Бизнес перевозчиков

В настоящее время компании, работающие на рынке междугородних перевозок, находятся в условиях высокой конкуренции. Наиболее конкурентными по виду транспорта являются перевозки на ближние расстояния (до 3 часов) между электричками и автобусами, на дальние расстояния (более 3 часов) между поездами дальнего следования и самолетами.

Поскольку увеличение тарифа на перевозку в условиях высокой конкуренции не является оптимальным способом увеличения выручки, а в ряде случаев невозможно по причине регулирования государством, перевозчики вынуждены искать альтернативные источники повышения рентабельности и получения дополнительных доходов, не связанных напрямую с перевозкой.

Один из вариантов получения дополнительных доходов перевозчиков – предоставление инфокоммуникационных услуг на транспорте. Это позволит перевозчикам повысить лояльность клиентов (при оплате доступа самим перевозчиком) или получить дополнительный доход за счет агентского вознаграждения (при продаже услуг за дополнительные деньги). Как правило, перевозчики за свой счет оснащают транспорт необходимым оборудованием и предлагают бесплатный доступ (Free Wi-Fi).

Привыкнув к качественному Интернету в городе, большинство пользователей надеется получить доступ к контенту в сети непосредственно при нахождении в транспорте.

К сожалению, наиболее востребованными сервисами при нахождении на транспорте (социальные сети, поисковые системы, видеоконтент, e-mail и мессенджеры) пассажиры не могут пользоваться по причине низкой скорости либо отсутствия связи на большей части пути.

 

Абонентский терминал

Как уже было отмечено, создание высокотехнологичных терминалов по доступной стоимости является здесь ключевым фактором успеха.

Абонентские земные станции (АЗС) для подвижных пользователей можно разделить на две большие категории по типу исполнения антенной системы:

  • ФАР с механическим наведением на спутник (компании-производители Gilat, MOST, Viasat, TECOM Industries и т. д.);
  • плоские или конформные АФАР или ЦАР (цифровые антенные решетки) с электронным наведением на спутник (компании-производители Kymeta, Phasor и др.).

Первая группа АЗС с использованием ФАР с механическим наведением имеет значительный вес и высокую стоимость. Подобный тип станций выпускается сегодня большинством производителей спутниковых терминалов, он хорошо проработан, но не имеет потенциала для значимого улучшения качественных характеристик и снижения стоимости в целях освоения массового рынка подвижных пользователей.

Вторая группа АЗС с применением АФАР/ЦАР с электронным наведением получила существенное развитие в настоящее время благодаря совершенствованию и удешевлению СВЧ-электроники и появлению новых типов материалов, улучшающих наведение диаграммы направленности. Все производители таких станций применяют стандартный подход для наведения на спутник: используют фазовращатели (самый дорогой элемент АФАР) для управления наведением диаграммы направленности либо навигационные измерения и вычисления углов наведения, исходя из взаимного положения АЗС и спутника, и дальнейший пересчет в значения амплитуды и фазы для каждого элемента АФАР.

Такой подход не позволяет создать АЗС небольшого размера, с низкой стоимостью, быстрым поиском и слежением за спутником.

Стадии готовности предлагаемых технических решений (рис. 5).

Рис. 5

В основе создаваемой компанией «НЕБО ГК» абонентской станции лежит технология адаптивных антенных решеток, существенно расширяющая ее возможности и улучшающая технические характеристики благодаря применению когератора и расчету оптимального количества элементов. Стоимость АЗС предполагается ниже, чем зарубежных аналогов.

К особенностям станции относятся ее унификация, позволяющая работать со спутниками на разных орбитах (НКО, ВЭО, ГСО), организация спутникового роуминга, а также содружество с наземными сотовыми сетями и стандартом LPWAN. Разработка станции находится в стадии формирования кооперации и создания прототипа.

Очевидно, что в случае с абонентскими терминалами колоссальное значение для понижения стоимости продукции имеет фактор массового производства устройств. Но именно с этой целью уже сегодня необходимо донести до сообщества спутниковых операторов ключевые преимущества российского решения, чтобы сложившиеся у них стереотипы восприятия отечественной техники не оттолкнули потенциальных заказчиков от перспективного продукта, который может кардинальным образом изменить ситуацию на рынке абонентских терминалов в России, а в случае удачного развития обеспечит выход на мировой рынок.

 

 

Поделиться:
Спецпроект

Форум «ИТОПК-2020» оценил потенциал господдержки

Подробнее
Спецпроект

Напряженный трафик или Современные требования к инфраструктуре ЦОД

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку