Спутниковая телекоммуникация — сегмент рынка новой космической экономики, в котором компании предоставляют своим клиентам услуги по беспроводному приему и передаче сигнала, используя в качестве ретранслятора искусственные спутники Земли. Спутниковая связь и интернет, в том числе Интернет вещей (Internet of Things, IoT), DTH (Direct-to-Home) телевидение и высокоскоростная передача данных по беспроводным оптическим каналам связи — все это становится частью нашей жизни благодаря работе SATCOM (Satellite Communication) компаний.
Сегодня мы расскажем, как функционирует спутниковая связь, и о наиболее интересных игроках рынка SATCOM. А также о ряде инноваций в области спутниковых телекоммуникаций, которые ежедневно делают нашу связь быстрее, надежнее и дешевле.
Сфера применения спутниковой связи и принципы работы спутникового вещания
Спутниковая телекоммуникация обеспечивается двумя ключевыми типами оборудования: наземными терминалами по передаче и приему сигнала и спутниками-ретрансляторами, выведенными на околоземную орбиту.
Сперва с наземной станции сигнал в радиочастотном (РЧ) диапазоне поступает на спутник. Тот принимает его, обрабатывает, изменяет его частоту и возвращает на наземную станцию по приему входящего сигнала. Как правило, частота, с которой сигнал отправляется на спутник, выше той, которую спутник передает обратно на поверхность Земли.
Рынок спутниковых телекоммуникаций принято разделять по сфере применения, состоящей из четырех основных направлений:
- Магистральная спутниковая связь — телекоммуникационная инфраструктура, предназначенная для предоставления услуг связи. В настоящее время спутниковая связь активно вытесняется с рынка магистральной связи ввиду активного развития волоконно-оптических линий коммуникации, так как в долгосрочной перспективе они оказываются надежнее и финансово выгоднее спутниковой связи. Приемные терминалы магистральной спутниковой связи всегда фиксированы — антенны закреплены на одной локации и нетранспортабельны в процессе приема сигнала.
- Системы VSAT (Very Small Aperture Terminal) — терминалы с очень малой апертурой. Под очень малой апертурой подразумевают малый размер антенн для приема сигнала (1,8-2,4 м в диаметре). VSAT-системы характеризуются низкой скоростью передачи данных (2048 Кб/с) и преимущественно используются компаниями, для которых неважна высокая пропускная способность канала связи.
- Системы подвижной спутниковой связи — вид спутниковой связи, при котором принимающая спутниковый сигнал земная станция не зафиксирована на одном месте, а может перемещаться. Подвижная спутниковая связь активно используется в туризме, сельском хозяйстве и военной деятельности — сферах, где высокая мобильность и компактность оборудования по приему сигнала играет ключевую роль.
- Спутниковый интернет — используется преимущественно в труднодоступных местах и локациях со слаборазвитой инфраструктурой. Особенность спутниковой связи — это передача всех клиентских данных вперемешку, общим потоком. Для фильтрации общего потока данных применяют клиентские терминалы, установленные на Земле. Задачей этих устройств является сортировка входящих данных и их доставка правильному адресату.
Оборудование для приема спутникового сигнала — одна из составляющих качественного процесса приема/передачи данных по спутнику. Оно напрямую влияет на скорость получения данных, их помехоустойчивость, и на пропускную способность канала связи. SATCOM-рынок оборудования по приему спутникового сигнала сегментирован по платформам и делится на:
- наземные — чаще всего массивные, фиксированные терминалы для приема спутникового сигнала;
- портативные — компактные и легко-мобильные терминалы по приему спутникового сигнала;
- морского базирования — приемные терминалы, отвечающие за спутниковую навигацию судов;
- авиабазирования — приемные терминалы, отвечающие за спутниковую навигацию летной техники.
Согласно исследованию от Marketwatch, на 2020 год наземные терминалы по приему спутниковой связи были доминирующими на рынке — их доля составляла 42,86% от всего SATCOM-оборудования.
Частотный диапазон приема и передачи спутникового сигнала
Важным сегментом SATCOM-технологий является частотный диапазон, в котором работают спутники и оборудование для приема сигнала. Частоты, на которых спутники получают и отправляют информацию, не выбираются произвольно. На рабочую частоту спутника влияет тип передаваемых данных, размер наземного (антенн) и спутникового (датчиков приема и ретрансляции сигнала) оборудования, а также коэффициент поглощения РЧ передачи атмосферным слоем Земли (чем выше частота передачи данных, тем активнее земная атмосфера поглощает радиоволны).
Основные частотные диапазоны спутников обозначены латинскими буквами.
*Важно отметить, что в разной научной литературе границы частотных диапазонов могут не совпадать. В данной статье использовалась градация частот с портала NASA.
- UHF — 300-3000 МГц. UHF-диапазон частот отличается большой длиной волны (100-10 см), что позволяет применять его в радиолокации и радиосвязи, телевидении и сотовой связи.
- L — 1-2 ГГц. Применяется для предоставления услуг подвижной спутниковой связи, спутниковой навигации и цифровой передачи аудио- и видеосигнала.
- S — 2-4 ГГц. Используется для подвижной спутниковой связи. В этом частотном диапазоне работают и большинство современных Wi-Fi-роутеров, и некоторые радиостанции.
- C — 4-8 ГГц. Применяется для обеспечения фиксированной спутниковой связи, когда принимающая земная станция неподвижна.
- X — 8-12 ГГц. Используется в фиксированной спутниковой связи и в беспроводных компьютерных сетях.
- Ku — 12-18 ГГц. Применяется спутниками прямого вещания для трансляции спутникового телевидения (DTH) и для некоторых научно-исследовательских сателлитов. К примеру, в Ku-диапазоне функционирует отслеживающий спутник ретрансляции данных (Tracking Data Relay Satellite) от NASA. Спутники проекта Starlink от SpaceX тоже работают в Ku-диапазоне частот.
- K — 18-27 ГГц. В К-диапазоне частот космические аппараты работают с оборудованием связи типа Земля/космос и радиолокацией.
- Ка — 27-40 ГГц. Обеспечивает спутниковую связь с более высокой пропускной способностью. Ka-диапазон планируют применять в “созвездии” спутников от Amazon (проект Kuiper), расположенных на низкой околоземной орбите (LEO). На этой частоте работает и запущенный недавно космический исследовательский телескоп имени Джеймса Уэбба.
- Q — 40-50 ГГц. Диапазон с малой длиной волны используется преимущественно в межспутниковой связи и при радиоастрономических исследованиях. В том числе в Q-диапазоне частот работает телескоп QUIET, основной миссией которого является изучение поляризации космического микроволнового фонового излучения.
Существуют еще V (75 ГГц) и W (80-90 ГГц) диапазоны частот, однако длина их волны настолько мала, что исключает использование этих частот при прохождении через атмосферный слой. Поэтому данные диапазоны применяются обычно для наземной коммуникации — там, где необходимо достичь высокой пропускной способности канала связи.
Досадный недостаток РЧ передачи данных — слабая помехозащищенность, вызванная значительным расстоянием между спутником и наземным терминалом приема сигнала. Большие расстояния между оборудованием приема и передачи сигнала способствуют образованию высокой задержки его распространения (ping). Наибольшая задержка сигнала характерна для спутников, находящихся на геопереходной орбите. Проблема решается наращиванием группировки спутников (создание “созвездий”), и за счет их размещения на низких околоземных орбитах, где расстояние между передатчиком и приемником спутникового сигнала не вызывает такой ощутимой задержки сигнала.
Стоит отметить, что современные спутниковые технологии не ограничиваются передачей сигнала исключительно в радиочастотном диапазоне. Оптические межспутниковые каналы связи (Optic Inter-Satellite Links, OISL) используют для этого лазеры. Оптический диапазон передачи сигнала имеет ряд качественных отличий от радиочастотного, так как является нерегулируемым. Благодаря этой особенности SATCOM-компаниям не нужно получать разрешение на использование данного частотного диапазона от государств, на территорию которых осуществляется спутниковое вещание.
Оптическая межспутниковая и спутниковая телекоммуникация открывает прямую дорогу к повсеместной интеграции Интернета вещей — автоматизированной глобальной сети, минимизирующей участие человека в процессах получения, передачи и обработки данных.
Развитие 5G-сетей и роль спутников в этом процессе
Сегодня активное внедрение сотовых сетей пятого поколения (5G) является основной движущей силой, способствующей росту рынка спутниковых телекоммуникаций. Предполагается, что к началу 2022 года более 1 млрд человек будут жить в зонах покрытия 5G.
Ключевые преимущества 5G-связи: большая пропускная способность каналов связи, высокая скорость соединения, малая задержка в области приема и передачи сигнала.
Ожидается, что 5G осуществит настоящую технологическую революцию во многих сферах общественной жизни, начиная с улучшения логистики беспилотных грузоперевозок, глубокой интеграции Интернета вещей, улучшения качества спутникового мониторинга поверхности Земли, и заканчивая развитием телемедицины. Но для того чтобы это стало реальностью в будущем, человечеству уже сейчас следует активно наращивать 5G-инфраструктуру. Это включает в себя создание новых спутниковых “созвездий” (главным образом на LEO) и наземных терминалов по приему и передаче сигнала, которые обеспечат необходимый уровень покрытия сетей 5G во всех уголках мира.
Преимущество спутниковой связи в обеспечении покрытием 5G заключается прежде всего в возможности транслировать сигнал в те районы Земли, где строительство сотовых вышек оказывается невозможным. Спутниковая телекоммуникация не привязана к отдельно взятым регионам с развитой наземной инфраструктурой, благодаря чему повышается уровень мобильности в создании сетей безопасной и надежной высокоскоростной связи.
На конференции Space 19+ESA (European Space Agency) была утверждена новая стратегическая программная линия развития спутникового сегмента 5G-связи, получившая название Space for 5G. Согласно данной стратегии, планируется наращивать цифровизацию бизнеса на национальном уровне при поддержке ряда европейских государств и партнеров, участвующих в программе.
Стратегия по развитию и внедрению 5G-сетей от ESA нацелена на отстаивание позиций спутникового сектора рынка в этой области. Помимо этого, Space for 5G концентрирует свои усилия на создании общих стандартов связи для 5G-совместимых спутниковых сетей. Проект Space for 5G и организации, курирующие его, активно сотрудничают и с 3GPP — консорциумом, разрабатывающим мировые спецификации и стандарты для рынка телекоммуникаций.
В рамках программы Space for 5G был создан научно-исследовательский центр — 5G-Hub со штаб-квартирой в кампусе Harwell в Оксфордшире, Великобритания. Главной целью данного хаба станет проведение исследований по тестированию возможности интеграции систем спутниковой 5G-связи в SATCOM. Отдельные проекты в 5G-Hub уже сегодня заняты разработкой систем связи шестого поколения — 6G.
Интеграция спутниковых технологий в сети 5G активно стимулирует развитие Глобальной системы спутниковой навигации (Global Navigation Satellite System, GNSS). ESA уже сегодня вкладывает немалые усилия в свою European GNSS Evolution Program — программу, целью которой является создание автоматизированной беспроводной сети навигации для беспилотных транспортных средств и дронов.
Основные компании и перспективные стартапы SATCOM-рынка
А теперь поговорим о компаниях, главной сферой деятельности которых является развитие и внедрение SATCOM-технологий в нашу повседневную жизнь.Мы составили список компаний, предоставляющих услуги по спутниковой телекоммуникации. В нашем топ-рейтинге можно увидеть как старожилов этого рынка, так и его молодых и амбициозных игроков, наиболее активных в 2021 году.
Celestial Space Technologies
Celestial Space Technologies — немецкая компания, занимающаяся созданием системы коммуникации между Луной и Землей на основе “созвездия” спутников-ретрансляторов (в долгосрочной перспективе). В краткосрочной перспективе Celestial Space Technologies найдет свое применение в создании системы связи на околоземных орбитах. Инновационные наземные терминалы по приему сигнала от Celestial интегрируемы с сетями 5G и IoT, благодаря чему могут активно использоваться в логистике и грузоперевозках, и для обеспечения спутниковой навигации.
Scout
Scout — американская компания родом из Александрии, штат Вирджиния. Специализируется на создании первых космических систем мониторинга и состояния работоспособности спутникового оборудования. Помимо этого, компания активно занимается развитием собственной сети по наблюдению за космическим трафиком. Мониторинговое оборудование от Scout может как устанавливаться на спутники, так и выводиться на орбиты, осуществляя отдаленное наблюдение и мониторинг состояния сразу нескольких десятков сателлитов. И хотя SATCOM-услуги компания потребителю напрямую не предоставляет, ее услугами точно захотят воспользоваться ряд поставщиков спутниковой связи.
Hiber
Hiber — стартап родом из Амстердама, который можно назвать самым обсуждаемым в прошлом году. Компания ставит своей задачей создание первой в мире Глобальной сети с низким энергопотреблением (Low Power Global Area Network, LPGAN). Она использует крошечные наноспутники, выводимые на LEO. В настоящее время приложения, созданные голландским стартапом, занимаются мониторингом сельскохозяйственных культур в Африке, наблюдением за водными каналами в Австралии, навигацией рыболовных судов в Тихом океане. “Созвездия” спутников от Hiber наблюдают из космоса даже за символом Нидерландов — полями тюльпанов, предоставляя наиболее актуальные данные о состоянии экосистемы полей и ее ирригационных каналов. Целью компании является создание доступной и дешевой сети подключения к Интернету вещей в особо отдаленных и труднодоступных уголках планеты.
В 2020 году ей был оказан большой кредит доверия со стороны Европейского совета по инновациям (European Innovation Council) — Hiber достался грант в размере €278 млн, и в дальнейшем она будет получать прямые инвестиции в свой акционерный капитал.
Telesat
Telesat — частная компания родом из Канады, которая уже более 50 лет оказывает своим клиентам услуги спутниковой телекоммуникации. Сферы ее деятельности — беспроводной спутниковый интернет, создание и обслуживание закрытых корпоративных сетей связи, обеспечение услуг морской и авианавигации, а также спутниковое телевидение. Помимо этого, Telesat предоставляет услуги в ретрансляции спутникового сигнала двум канадским цифровым телекомпаниям: Bell Satellite TV и Shaw Direct. Опытность компании и устойчивость на SATCOM-рынке позволяет ей консультировать операторов спутниковой связи и других заинтересованных игроков по всему миру.
Dish Network
Dish Network — компания из Энглвуда, Колорадо, один из основных игроков на рынке спутникового телевидения, сделала ставку на создание сети 5G, которая в перспективе будет обеспечивать широкополосным покрытием более ⅔ населения США. Особенность компании Чарли Эргена заключается в том, что для создания 5G-сетей она использует преимущественно спутниковые технологии. В этом году Dish Network вышла в авангард SATCOM-компаний, став четвертым по величине поставщиком 5G-связи в Америке. Помимо этого, компания заключила трехстороннюю сделку с операторами связи Sprint и T-Mobile и уже имеет рабочую стратегию наращивания спутниковой инфраструктуры до 2023 года.
Viasat Inc.
Viasat Inc. — еще один старожил SATCOM-рынка. Калифорнийская компания, основанная в 1986 году, предоставляет услуги широкополосной спутниковой связи как гражданским, так и военным структурам. Сфера ее деятельности сегментирована по трем ведущим направлениям: правительственные системы связи, коммерческие корпоративные сети и предоставление спутниковых услуг частному сектору. Подразделение коммерческих сетей Viasat Inc. отвечает за разработку современных спутниковых широкополосных и беспроводных платформ и занимается разработкой интегральных микросхем, использующихся в системах связи космос/Земля.
Gilat Satellite Networks
Gilat Satellite Networks — израильская компания, специализирующаяся на разработке наземных спутниковых VSAT-терминалов. GSN имеет свою разветвленную телекоммуникационную спутниковую сеть между центральными станциями и географически труднодоступными периферийными регионами. В производственной линейке аппаратуры от Gilat Satellite Networks можно найти модемы, трансиверы, блочные преобразователи и усилители спутникового сигнала, а еще — разнообразие подвижных антенн для приема сигнала. Эта компания — комбинированного типа, так как активно работает не только со спутниковыми, но и с оптоволоконными линиями связи. GSN на рынке уже более 30 лет, и за это время обрела немалую популярность далеко за пределами Израиля.
EchoStar
EchoStar — компания из штата Колорадо, США, основанная в 1980 году. На сегодняшний день это настоящий телекоммуникационный холдинг, функционирующий через две свои дочерние компании: Hughes Network Systems и EchoStar Satellite Service (ESS). Hughes Network Systems предоставляет услуги широкополосной спутниковой связи и создает локальные сети по обмену данными для гражданских структур и международных потребителей. EchoStar Satellite Service сотрудничает с правительственным сегментом рынка и предоставляет услуги спутниковой связи новостным телевизионным агентствам и стриминговым платформам. Компания EchoStar — один из сильнейших игроков на глобальном SATCOM-рынке и характеризуется ведущим присутствием на североамериканском рынке, Ближнем Востоке, Азии, Европе, Австралии и в некоторых странах Центральной и Южной Америки.
Прогноз SATCOM-рынка на ближайшее будущее
Согласно отчету Satellite Communication Market Size and Forecast, опубликованному аналитическим агентством Verified Market Research, глобальный объем рынка спутниковой связи в 2020 году оценивался в $65,68 млрд. Среднегодовой его прирост составляет 9,1%. И если этот темп останется неизменным, то к 2028 году SATCOM-рынок увеличится вдвое и достигнет капитализации в $131,68 млрд.Основные игроки на SATCOM-рынке — такие компании, как EchoStar Corporation, SKY Perfect JSAT Group, L3 Technologies, Inc., SES S.A, Telesat, Intelsat, Viasat, Inc., Gilat Satellite Networks, Cobham Limited и Thuraya Telecommunications Company.
Ведущими двигателями роста рынка являются активное внедрение Интернета вещей и развитие спутникового сектора 5G-сетей. Ожидается, что IoT в авиационной индустрии позволит значительно автоматизировать область аэронавигации и управления воздушным трафиком. Взаимодействие спутниковых сервисов с Интернетом вещей должно быть обусловлено повсеместным внедрением сетей высокоскоростной широкополосной спутниковой передачи данных, активное развитие которых тоже создает благоприятный климат для роста SATCOM-рынка.
С другой стороны, на рост рынка влияет увеличение спроса на наземное оборудование по приему и передаче сигнала в районах со слаборазвитой инфраструктурой. Военно-оборонные ведомства все так же отдают предпочтение системам спутниковой связи по причине ее мобильности и высокой степени зашифрованности (речь идет в первую очередь о современных спутниках, передающих данные по оптическим спутниковым каналам связи). Правительственные структуры тоже выказывают интерес к инновационной сфере OILP передачи данных, что гарантирует стабильное поступление государственных инвестиций на исследование и внедрение этих технологий в будущем.
Главная причина, тормозящая рост рынка спутниковой телекоммуникации на сегодняшний день — растущая конкуренция со стороны компаний, предоставляющих более доступные и дешевые услуги оптоволоконной связи. Эту конкуренцию смогут ослабить “созвездия” спутников, активно выводящиеся сейчас на низкую околоземную орбиту несколькими компаниями-гигантами, такими как AWS и SpaceX.
