Спутник с высокой пропускной способностью ( HTS ) — это спутник связи , который обеспечивает большую пропускную способность , чем классический спутник фиксированной связи (FSS). HTS обеспечивает как минимум вдвое, хотя обычно в 20 раз или более, [1] пропускную способность для того же объема выделенного орбитального спектра , тем самым значительно снижая стоимость за бит. [2] ViaSat-1 и EchoStar XVII (также известный как Jupiter-1 [3] ) обеспечивают более 100 Гбит/с пропускной способности, что более чем в 100 раз превышает пропускную способность, предлагаемую обычным спутником FSS. [4] Когда он был запущен в октябре 2011 года, ViaSat-1 имел большую пропускную способность (140 Гбит/с), чем все другие коммерческие спутники связи над Северной Америкой вместе взятые. [5]
Значительное увеличение емкости достигается за счет повторного использования частоты высокого уровня и технологии точечного луча , которая позволяет повторно использовать частоту в нескольких узконаправленных [1] точечных лучах (обычно порядка сотен километров), [1] как в сотовых сетях, которые оба являются определяющими техническими характеристиками спутников с высокой пропускной способностью. Напротив, традиционная спутниковая технология использует широкий одиночный луч (обычно порядка тысяч километров) [1] для покрытия обширных регионов или даже целых континентов. [1] Помимо большого объема пропускной способности HTS определяются тем фактом, что они часто, но не исключительно, нацелены на потребительский рынок. [6] За последние 10 лет большинство спутников с высокой пропускной способностью работали в диапазоне K a (26,5–40 ГГц ), однако это не является определяющим критерием, и в начале 2017 года было не менее 10 проектов спутников HTS в диапазоне K u (12–16 ГГц), из которых 3 были запущены и 7 находились в стадии строительства.
Первоначально системы HTS использовали спутники на той же геосинхронной орбите (на высоте 35 786 км), что и аппараты спутникового телевидения (при этом такие спутники, как KA-SAT , Yahsat 1A и Astra 2E, совместно использовали функциональность телевидения и HTS), но задержка приема- передачи интернет-протокола через геосинхронный спутник может превышать 550 мс, что пагубно для многих приложений цифровой связи, таких как автоматизированная торговля акциями, онлайн-игры и видеочаты Skype . [7] [8] и фокус HTS все больше смещается на нижнюю среднюю околоземную орбиту (MEO) и низкую околоземную орбиту (LEO) с высотой до 600 км [9] и задержками до 40 мс. [10] Кроме того, более низкие потери на трассе на орбитах MEO и LEO снижают требования к питанию и стоимости наземных станций и спутников, и, таким образом, значительно увеличивается пропускная способность и глобальное покрытие за счет использования созвездий множества более мелких и дешевых спутников с высокой пропускной способностью. [11] [8] Спутниковая группировка O3b компании SES была первой среднеорбитальной спутниковой системой с высокой пропускной способностью, запущенной в 2013 году, а к 2018 году было предложено запустить более 18 000 новых спутников на низкой околоземной орбите к 2025 году. [12]
Несмотря на более высокие затраты , связанные с технологией точечного луча, общая стоимость за схему значительно ниже по сравнению с технологией сформированного луча. [1] В то время как полоса пропускания FSS диапазона Ku может стоить более 100 миллионов долларов за гигабит в секунду в космосе, HTS, такие как ViaSat-1, могут обеспечить гигабит пропускной способности в космосе менее чем за 3 миллиона долларов. [6] Хотя сниженная стоимость за бит часто упоминается как существенное преимущество высокопроизводительных спутников, самая низкая стоимость за бит не всегда является основным фактором, определяющим конструкцию системы HTS, в зависимости от отрасли, в которой она будет работать. [13]
HTS в первую очередь развертываются для предоставления услуг широкополосного доступа в Интернет (точка-точка) в регионах, не обслуживаемых или недостаточно обслуживаемых наземными технологиями, где они могут предоставлять услуги, сопоставимые с наземными услугами с точки зрения цен и пропускной способности. Хотя многие текущие платформы HTS были разработаны для обслуживания рынка потребительского широкополосного доступа, некоторые из них также предлагают услуги государственным и корпоративным рынкам, а также операторам наземных сотовых сетей, которые сталкиваются с растущим спросом на широкополосный транзит к сельским сотовым узлам . Для сотового транзита сниженная стоимость за бит многих платформ HTS создает значительно более благоприятную экономическую модель для беспроводных операторов, чтобы использовать спутник для сотовой голосовой связи и транзита данных. Некоторые платформы HTS предназначены в первую очередь для корпоративного, телекоммуникационного или морского секторов. HTS также может поддерживать приложения точка-многоточка и даже широковещательные услуги, такие как распределение DTH , в относительно небольших географических областях, обслуживаемых одним точечным лучом.
Фундаментальное различие между спутниками HTS заключается в том, что некоторые HTS связаны с наземной инфраструктурой через фидерную линию связи с использованием регионального точечного луча, определяющего местоположение возможных телепортов , в то время как другие спутники HTS позволяют использовать любой точечный луч для определения местоположения телепортов . В последнем случае телепорты могут быть установлены на более широкой территории, поскольку зоны покрытия их точечных лучей охватывают целые континенты и регионы, как это происходит в случае с традиционными спутниками. [14]
Аналитики отрасли Northern Sky Research полагают, что к 2020 году высокопроизводительные спутники будут обеспечивать пропускную способность не менее 1,34 ТБ/с [14] и, таким образом, станут движущей силой мирового рынка спутниковой связи, стоимость которого, как ожидается, утроится — с годового дохода в размере около 800 млн долларов США в 2012 году до 2,3 млрд долларов США к 2021 году [15].
