Супутникова телекомунікація — сегмент ринку нової космічної економіки, в якому компанії надають своїм клієнтам послуги з бездротового прийому та передачі сигналу, використовуючи як ретранслятор штучні супутники Землі. Супутниковий зв’язок та інтернет, зокрема Інтернет речей (Internet of Things, IoT), DTH (Direct-to-Home) телебачення та високошвидкісна передача даних бездротовими оптичними каналами зв’язку — все це стає частиною нашого життя завдяки роботі SATCOM (Satellite Communication) компаній.
Сьогодні ми розповімо про те, як функціонує супутниковий зв’язок, і про найцікавіших гравців на ринку SATCOM. А також про низку інновацій у галузі супутникових телекомунікацій, які щодня роблять наш зв’язок швидше, надійніше та дешевше.
Сфера застосування супутникового зв’язку та принципи роботи супутникового мовлення
Супутникова телекомунікація забезпечується двома основними типами обладнання: наземними терміналами з передачі та прийому сигналу і супутниками-ретрансляторами, виведеними на навколоземну орбіту.
Спочатку з наземної станції сигнал у радіочастотному (РЧ) діапазоні надходить на супутник. Той приймає його, обробляє, змінює його частоту і повертає на наземну станцію приймання вхідного сигналу. Здебільшого частота, з якою сигнал відправляється на супутник, вища за ту, яку супутник передає назад на поверхню Землі.
Ринок супутникових телекомунікацій заведено розділяти на сфери застосування, які складаються з чотирьох основних напрямів:
- Магістральний супутниковий зв’язок — телекомунікаційна інфраструктура, призначена для надання послуг зв’язку. Наразі супутниковий зв’язок активно витісняється з ринку магістрального зв’язку через активний розвиток волоконно-оптичних ліній комунікації, оскільки у довгостроковій перспективі вони виявляються більш надійними і фінансово вигіднішими. Приймальні термінали магістрального супутникового зв’язку завжди фіксовані — антени закріплені на одній локації та нетранспортабельні у процесі прийому та надсилання сигналу.
- Системи VSAT (Very Small Aperture Terminal) — термінали з дуже малою апертурою. Під дуже малою апертурою мають на увазі мінімальний розмір антен для прийому сигналу (1,8-2,4 м у діаметрі). VSAT-системи характеризуються низькою швидкістю передачі даних (2048 Кб/с) і переважно використовуються компаніями, для яких не є важливою висока пропускна здатність каналу зв’язку.
- Системи рухомого супутникового зв’язку — вид супутникового зв’язку, у якому приймальна станція не зафіксована на одному місці, а може транспортуватися. Рухомий супутниковий зв’язок активно використовується у туризмі, сільському господарстві та військовій діяльності — сферах, де висока мобільність та компактність обладнання з прийому сигналу відіграє ключову роль.
- Супутниковий інтернет — використовується переважно у важкодоступних місцях та локаціях зі слаборозвиненою інфраструктурою. Особливістю супутникового зв’язку є передача всіх клієнтських даних упереміш, загальним потоком. Для фільтрації даних застосовують клієнтські термінали, встановлені на Землі. Завдання цих пристроїв — сортування вхідних даних та їхня доставка правильному адресату.
Обладнання для прийому супутникового сигналу — одне зі складових якісного процесу приймання та передавання даних з супутника. Воно безпосередньо впливає на швидкість отримання даних, їхню перешкодостійкість та пропускну здатність каналу зв’язку. SATCOM-ринок приймального обладнання сегментований за платформами і поділяється на:
- наземні — найчастіше масивні, фіксовані термінали прийому супутникового сигналу;
- портативні — компактні та легко-мобільні термінали прийому супутникового сигналу;
- морського базування — приймальні термінали, відповідальні за супутникову навігацію кораблів та човнів;
- авіабазування — приймальні термінали, що відповідають за супутникову навігацію льотної техніки.
Згідно з дослідженням від Marketwatch, на 2020 рік наземні термінали з прийому супутникового зв’язку були домінуючими на ринку — їхня частка становила 42,86% від усього SATCOM-обладнання.
Частотний діапазон прийому та передачі супутникового сигналу
Важливим сегментом SATCOM-технологій є частотний діапазон, в якому працюють супутники та обладнання для прийому сигналу. Частоти, на яких супутники отримують та надсилають інформацію, не вибираються довільно. На робочу частоту супутника впливає тип переданих даних, розмір наземного (антен) і супутникового (датчиків прийому та ретрансляції сигналу) обладнання та коефіцієнт поглинання РЧ передачі атмосферним шаром Землі (чим вище частота передачі даних, тим активніше земна атмосфера поглинає радіохвилі).
Основні частотні діапазони супутників позначені латинськими літерами.
*Важливо відзначити, що у різній науковій літературі межі частотних діапазонів можуть не збігатися. У статті використовувалася градація частот з порталу NASA.
- UHF — 300-3000 МГц. UHF-діапазону частот притаманна велика довжина хвилі (100-10 см), що дозволяє застосовувати його у радіолокації та радіозв’язку, телебаченні та мобільному зв’язку.
- L — 1-2 ГГц. Використовується для надання послуг з рухомого супутникового зв’язку, супутникової навігації та цифрової передачі аудіо- та відеосигналу.
- S — 2-4 ГГц. Застосовується у сегменті рухомого супутникового зв’язку. У цьому частотному діапазоні працює й більшість сучасних Wi-Fi-роутерів, і деякі радіостанції.
- C — 4-8 ГГц. Використовується для забезпечення фіксованого супутникового зв’язку, коли земна станція, що приймає супутниковий сигнал, нерухома.
- X — 8-12 ГГц. Застосовується у фіксованому супутниковому зв’язку та у бездротових комп’ютерних мережах.
- Ku — 12-18 ГГц. Використовується супутниками прямого мовлення для трансляції супутникового телебачення (DTH) та у деяких науково-дослідних сателітах. Наприклад, у Ku-діапазоні функціонує відстежувальний супутник ретрансляції даних (Tracking Data Relay Satellite) виробництва NASA. Супутники проєкту Starlink від SpaceX теж працюють у Ku-діапазоні частот.
- K — 18-27 ГГц. У К-діапазоні частот космічні апарати працюють з обладнанням зв’язку типу Земля/космос та радіолокацією.
- Ка — 27-40 ГГц. Забезпечує супутниковий зв’язок із вищою пропускною здатністю. Ka-діапазон планують застосовувати у “сузір’ї” супутників від Amazon (проєкт Kuiper), розташованих на низькій навколоземній орбіті (LEO). На цій частоті працює й нещодавно запущений космічний дослідницький телескоп імені Джеймса Вебба.
- Q — 40-50 ГГц. Діапазон з малою довжиною хвилі використовується переважно у міжсупутниковому зв’язку та в радіоастрономічних дослідженнях. Так, у Q-діапазоні частот працює телескоп QUIET, головною місією якого є вивчення поляризації космічного мікрохвильового фонового випромінювання.
Існують ще V (75 ГГц) і W (80-90 ГГц) діапазони частот, проте довжина хвилі в них настільки мала, що виключає використання цих частот при проходженні через атмосферний шар Землі. Тому ці діапазони застосовуються переважно для наземної комунікації, де необхідно досягти високої пропускної спроможності каналу зв’язку.
Прикрим недоліком РЧ передачі даних є слабка перешкодостійкість через значну відстань між супутником і наземним терміналом прийому сигналу. Великі відстані між обладнанням прийому та передачі сигналу сприяють утворенню високого рівня затримки його розповсюдження (ping). Найбільша затримка сигналу притаманна супутникам на геоперехідній орбіті. Проблема вирішується нарощуванням угруповання супутників (створення “сузір’їв”) та за допомогою їх розміщення на LEO, де відстань між передавачем і приймачем супутникового сигналу не провокує таку відчутну затримку сигналу.
Слід зазначити, що сучасні супутникові технології не обмежуються передачею сигналу виключно у радіочастотному діапазоні. Оптичні міжсупутникові канали зв’язку (Optic Inter-Satellite Links, OISL) використовують для цього лазери. Оптичний діапазон передачі сигналу має низку якісних відмінностей від радіочастотного, оскільки є нерегульованим. Завдяки цій особливості SATCOM-компаніям не потрібно отримувати дозвіл на використання частотного діапазону від держав, на територію яких здійснюється супутникове мовлення.
Оптична супутникова телекомунікація відкриває пряму дорогу до повсюдної інтеграції Інтернету речей — автоматизованої глобальної мережі, яка мінімізує участь людини у процесах отримання, передачі та обробки даних.
Розвиток 5G-мереж та роль супутників у цьому процесі
Сьогодні активне впровадження стільникових мереж п’ятого покоління (5G) є основною рухомою силою, що сприяє зростанню ринку супутникових телекомунікацій. Передбачається, що до початку 2022 року понад 1 млрд людей житимуть у зонах покриття 5G.
Головні переваги зв’язку 5G: велика пропускна здатність каналів зв’язку, висока швидкість з’єднання, мала затримка в областях прийому і передачі сигналу.
5G здатен здійснити справжню технологічну революцію у багатьох сферах суспільного життя, починаючи з покращення логістики безпілотних вантажоперевезень, глибокої інтеграції Інтернету речей, покращення якості супутникового моніторингу поверхні Землі, та закінчуючи розвитком телемедицини. Але, щоб це стало реальністю в майбутньому, людству вже зараз слід активно нарощувати 5G-інфраструктуру. Зокрема це створення нових супутникових “сузір’їв” (переважно на LEO) та наземних терміналів з прийому і передачі сигналу, які забезпечать необхідний рівень покриття мереж 5G у всіх куточках світу.
Перевага супутникового зв’язку в забезпеченні зон 5G-покриття полягає насамперед у можливості транслювати сигнал у ті райони Землі, де будівництво стільникових веж виявляється неможливим. Супутникова телекомунікація не прив’язана до окремо взятих регіонів із розвиненою наземною інфраструктурою, завдяки чому підвищується рівень мобільності у створенні мереж безпечного та надійного високошвидкісного зв’язку.
На конференції Space 19+ESA (European Space Agency) було затверджено нову стратегічну програмну лінію розвитку супутникового сегмента 5G-зв’язку, що отримала назву Space for 5G. Згідно цієї стратегії, планується нарощувати рівень цифровізації бізнесу на національному рівні за підтримки низки європейських держав та партнерів, що беруть участь у програмі.
Стратегія розвитку та впровадження 5G-мереж від ESA спрямована на відстоювання позицій супутникового сектора ринку. Крім того, Space for 5G концентрує свої зусилля на створенні загальних стандартів зв’язку для 5G-сумісних супутникових мереж. Проєкт Space for 5G та організації, що беруть у ньому участь, активно співпрацюють з 3GPP — консорціумом, який розробляє світові специфікації та стандарти для ринку телекомунікацій.
У межах програми Space for 5G був створений науково-дослідний центр — 5G-Hub зі штаб-квартирою в кампусі Harwell в Оксфордширі, Велика Британія. Головною метою цього хаба стане проведення досліджень щодо тестування можливості інтеграції систем супутникового 5G-зв’язку в SATCOM. Окремі проєкти у 5G-Hub вже сьогодні займаються розробкою систем зв’язку шостого покоління — 6G.
Інтеграція супутникових технологій у мережі 5G активно стимулює розвиток Глобальної системи супутникової навігації (Global Navigation Satellite System, GNSS). ESA вже зараз вкладає чималі зусилля у свою European GNSS Evolution Program — програму, метою якої є створення автоматизованої бездротової мережі навігації для безпілотних транспортних засобів та дронів.
Провідні компанії та перспективні стартапи SATCOM-ринку
А тепер поговоримо про компанії, головною сферою діяльності яких є розвиток та впровадження SATCOM-технологій у наше повсякденне життя.
Ми склали список компаній, що надають послуги супутникової телекомунікації. У нашому топ-рейтингу можна побачити як старожилів цього ринку, так і його молодих та амбітних гравців, найбільш активних у 2021 році.
Celestial Space Technologies
Celestial Space Technologies — німецька компанія, що займається створенням системи комунікації між Місяцем та Землею на основі “сузір’я” супутників-ретрансляторів (у довгостроковій перспективі). У короткостроковій перспективі Celestial Space Technologies знаходить своє застосування у створенні системи зв’язку на навколоземних орбітах. Інноваційні наземні термінали з прийому сигналу від Celestial інтегровані з мережами 5G та IoT, завдяки чому вони можуть активно використовуватися в логістиці та вантажоперевезеннях, а також для забезпечення супутникової навігації.
Scout
Scout — американська компанія родом з Олександрії, штат Вірджинія. Спеціалізується на створенні перших космічних систем моніторингу та стану працездатності супутникового обладнання. Крім цього, компанія активно займається розвитком власної мережі зі спостереження за космічним трафіком. Моніторингове обладнання від Scout може як встановлюватися на супутники, так і виводитися на орбіти, здійснюючи віддалений нагляд та моніторинг стану відразу кількох десятків сателітів. І хоча SATCOM-послуги компанія не надає споживачеві напряму, її послугами точно скористаються низка постачальників супутникової телекомунікації.
Hiber
Hiber — стартап із Амстердама, який можна назвати найбільш обговорюваним минулого року. Компанія ставить своїм завданням створення першої у світі Глобальної мережі з низьким енергоспоживанням (Low Power Global Area Network, LPGAN). Вона використовує малесенькі наносупутники, що виводяться на LEO. Наразі застосунки, створені голландським стартапом, займаються моніторингом сільськогосподарських культур в Африці, спостереженням за водними каналами в Австралії, навігацією риболовних суден у Тихому океані. “Сузір’я” супутників від Hiber спостерігають із космосу навіть за символом Нідерландів — полями тюльпанів, надаючи найактуальніші дані про стан екосистеми полів та її іригаційних каналів. Метою компанії є створення доступної та дешевої мережі підключення до Інтернету речей в особливо віддалених та важкодоступних куточках планети.
2020 року їй було надано великий кредит довіри з боку Європейської ради з інновацій (European Innovation Council) — Hiber здобула грант у розмірі €278 млн і надалі отримуватиме прямі інвестиції у свій акціонерний капітал.
Telesat
Telesat — приватна компанія родом із Канади, яка вже понад 50 років надає своїм клієнтам послуги супутникової телекомунікації. Сфери її діяльності — бездротовий супутниковий інтернет, створення та обслуговування закритих корпоративних мереж зв’язку, забезпечення послуг морської й авіанавігації та супутникове телебачення. Крім цього, Telesat надає послуги з ретрансляції супутникового сигналу двом канадським телекомпаніям: Bell Satellite TV та Shaw Direct. Досвід компанії та впевненість на SATCOM-ринку дозволяє їй консультувати операторів супутникового зв’язку та інших зацікавлених гравців у всьому світі.
Dish Network
Dish Network — компанія з Інглвуда, Колорадо, один з основних гравців на ринку супутникового телебачення, зробила ставку на створення мережі 5G, яка в перспективі забезпечуватиме широкосмуговим покриттям більше ⅔ населення США. Особливість компанії Чарлі Ергена полягає в тому, що для створення 5G-мереж вона переважно використовує лише супутникові технології. Цього року Dish Network вийшла в авангард американських SATCOM-компаній, ставши четвертим за величиною постачальником 5G-зв’язку у США. Крім цього, компанія уклала тристоронню угоду з операторами зв’язку Sprint та T-Mobile і вже має робочу стратегію нарощування супутникової інфраструктури до 2023 року.
Viasat Inc.
Viasat Inc. — ще один старожил SATCOM-ринку. Ця каліфорнійська компанія, заснована 1986 року, надає послуги широкосмугового супутникового зв’язку як цивільним, так і військовим структурам. Сфера її діяльності сегментована за трьома ключовими напрямками: урядові системи зв’язку, комерційні корпоративні мережі та надання супутникових послуг приватному сектору. Підрозділ комерційних мереж Viasat Inc. відповідає за розроблення сучасних супутникових широкосмугових та бездротових платформ, а також займається розробкою інтегральних мікросхем, що використовуються у системах зв’язку космос/Земля.
Gilat Satellite Networks
Gilat Satellite Networks — ізраїльська компанія, що спеціалізується на розробці наземних супутникових VSAT-терміналів. GSN має розгалужену телекомунікаційну супутникову мережу між центральними станціями та географічно віддаленими периферійними регіонами. У виробничій лінійці апаратури від Gilat Satellite Networks можна знайти модеми, трансивери, блокові перетворювачі та підсилювачі супутникового сигналу, а ще — низку рухомих антен для прийому супутникового сигналу. Ця компанія — комбінованого типу, оскільки активно працює не тільки з супутниковими, але й з оптоволоконними лініями зв’язку. GSN на ринку вже понад 30 років, і за цей час здобула значну популярність далеко за межами Ізраїлю.
EchoStar
EchoStar — компанія зі штату Колорадо, США, заснована 1980 року. На сьогодні це справжній телекомунікаційний холдинг, який функціонує через дві свої дочірні компанії: Hughes Network Systems та EchoStar Satellite Service (ESS). Hughes Network Systems надає послуги широкосмугового супутникового зв’язку та створює локальні мережі обміну даними для цивільних структур та міжнародних споживачів. EchoStar Satellite Service співпрацює з урядовим сегментом ринку та надає послуги супутникового зв’язку телевізійним агентствам новин і стрімінговим платформам. EchoStar — один із найсильніших гравців на глобальному SATCOM-ринку. Компанія присутня на північноамериканському ринку, Близькому Сході, у Азії та Європі, Австралії та у деяких країнах Центральної і Південної Америки.
Прогноз SATCOM-ринку на найближче майбутнє
Згідно зі звітом Satellite Communication Market Size and Forecast, опублікованим аналітичним агентством Verified Market Research, глобальний обсяг ринку супутникового зв’язку 2020 року оцінювався в $65,68 млрд. Середньорічний його приріст становить 9,1%. І якщо цей темп залишиться незмінним, то до 2028 року SATCOM-ринок збільшиться вдвічі та досягне капіталізації у $131,68 млрд.
Провідними гравцями на ринку SATCOM є такі компанії, як EchoStar Corporation, SKY Perfect JSAT Group, L3 Technologies, Inc., SES SA, Telesat, Intelsat, Viasat, Inc.
Ключовими важелями зростання ринку є активне впровадження Інтернету речей та розвиток супутникового сектора 5G-мереж. Очікується, що IoT в авіаційній індустрії дозволить значно автоматизувати сферу аеронавігації та управління повітряним трафіком. Взаємодія супутникових сервісів з Інтернетом речей має бути обумовлена повсюдним використанням мереж високошвидкісної широкосмугової супутникової передачі даних, активний розвиток яких теж створює сприятливий клімат для зростання SATCOM-ринку.
З іншого боку, на зростання ринку впливає збільшення попиту на наземне обладнання з прийому та передачі сигналу в районах зі слаборозвиненою інфраструктурою. Військово-оборонні відомства так само віддають перевагу системам супутникового зв’язку через їхню мобільність і високий рівень зашифрованості каналу (йдеться передусім про сучасні супутники, що передають дані по OILP). Урядові структури виявляють інтерес і до інноваційної сфери OILP передачі даних, що гарантує стабільне надходження державних інвестицій на дослідження та впровадження цих технологій у майбутньому.
Головна причина, яка гальмує зростання ринку супутникової телекомунікації на сьогодні — зростаюча конкуренція з боку компаній, що надають більш доступні та дешеві послуги оптоволоконного зв’язку. Цю конкуренцію зможуть послабити “сузір’я” супутників, які зараз активно виводяться на низьку навколоземну орбіту кількома компаніями-гігантами, такими як AWS та SpaceX.
