• Подключение удаленной БС через спутник
  • SCPC - выделенные каналы
  • Сеть Mesh-«мультизвезда»
  • Сеть Star - «звезда»
• Подключение удаленной АТС через спутник
  • SCPC - выделенные каналы
  • Сеть Mesh-«мультизвезда»
  • Сеть Star - «звезда»
  • Вынос аналоговых телефонных линий через спутник (VoIP)

Подключение удаленной БС через спутник

SCPC - выделенные каналы

«Классическое» подключение удаленной базовой станции сотовой связи через спутник - подключение по технологии SCPC.

SCPC - это технология выделенных спутниковых каналов «точка-точка». Для организации канала устанавливаются две земные станции: одна на узле сотового оператора, другая - на удаленном объекте. На обеих станциях каналообразующим оборудованием являются спутниковые модемы, которые напрямую связываются друг с другом через спутник. Для передачи и для приема в каждом направлении используется отдельная частота (Single Channel Per Carrier - один канал на несущую). Интерфейс модемов со стороны оконечного оборудования - последовательный цифровой канал Е1 (протокол G.703), как правило, дробный (не все 32 тайм-слота, а лишь несколько). Таким образом, Е1 от контроллера базовых станций выносится через спутник на удаленный объект.

Обычно через спутник необходимо подключить не одну, а несколько БС. То есть задачам оператора наиболее соответствует спутниковая сеть «звезда». По технологии SCPC такая сеть строится на основе отдельных каналов «точка-точка». На Центральной станции сети на каждое направление должен быть установлен отдельный модем. Радиочастотное оборудование (антенна, повышающий конвертер-усилитель мощности, понижающий малошумящий конвертер) используются совместно несколькими модемами.

• Автономность. Сеть на основе каналов SCPC не требует внешнего управления. В принципе, сотовый оператор может сам арендовать емкость на спутнике у оператора спутника (ГПКС, «Газком», Intelsat и т.п.) и самостоятельно эксплуатировать спутниковую сеть.
• Простота стыковки с оконечным оборудованием. Модемы подключаются к контроллеру базовых станций и к удаленной БС непосредственно, прямым кабельным соединением, точно так же, как подключалось бы любое другое каналообразующее оборудование (цифровая радиорелейная линия, мультиплексер SDH и т.п.).
• Гарантированное качество связи. Скорость в канале фиксированная. Задержка - минимально возможная при связи через спутник (около 250 мсек).
• Минимальная стоимость аренды канала связи в пересчете на 1 Мбит/сек. SCPC при прочих равных условиях позволяет передать в единицу времени больше информации, чем любая другая технология спутниковой связи. Во-первых, в канале SCPC практически отсутствует «оверхед» - служебная информация, необходимая для адресации, аутентификации и т.п. Во-вторых, земная станция SCPC работает в паре с другой такой же станцией, их параметры пользователь может выбрать по своему усмотрению - лишь бы они соответствовали друг другу. Поэтому у пользователя есть альтернатива. Он может приобрести недорогую ЗС с небольшой антенной и слабым передатчиком, тогда ему придется использовать хорошо защищенную от помех, но малоинформативную модуляцию QPSK и помехоустойчивое кодирование с большой избыточностью. В результате понадобится широкая полоса частот на спутнике. А можно использовать более «плотные» схемы модуляции (8PSK, 16QAM, 32 APSK) и слабые помехозащитные коды - это позволит использовать более узкую полосу частот для передачи с той же скоростью. Тогда потребуются земная станция с антенной большого размера и более мощный передатчик. Таким образом, пользователь сам выбирает между суммой первоначальных затрат и суммой ежемесячных платежей.

• Довольно громоздкое и дорогое оборудование. Земная станция технологии SCPC («магистральная» ЗС) - серьезное сооружение. За редкими исключениями, для SCPC используются антенны от 2,4 м. Стоимость оборудования земной станции - от $20 000 и выше. Как правило, требуется серьезный строительный проект, его экспертиза, согласование, процедура сдачи станции в эксплуатацию.
• Необходимость получения частот. По закону для эксплуатации земной станции SCPC необходимо частотное присвоение и операторская лицензия. Это довольно сложная и долгая процедура. Есть ряд способов легально работать, не получая эти разрешения - например, арендовать не емкость на спутнике, а спутниковый канал связи у действующего магистрального оператора. Естественно, это влечет увеличение эксплуатационных затрат.
• Низкая эффективность использования спутникового ресурса. Выделенный канал SCPC всегда занят полностью, на 100%, даже когда в этом нет необходимости. Грубо говоря, когда ни один абонент удаленной базовой станции не разговаривает по телефону, через спутник передаются «пустые» тайм-слоты.

В начало

Сеть Mesh-«мультизвезда»

Альтернатива предыдущему решению - подключение удаленных БС через полносвязную спутниковую сеть (Mesh) TDM/FTDMA. Первоначальные затраты существенно ниже, зато несколько выше стоимость спутниковых каналов связи.

На узле сотового оператора устанавливается абонентская станция полносвязной спутниковой сети (Mesh), а на удаленных объектах - точно такие же абонентские станции. В такой сети бывает до нескольких сотен станций, которые могут связываться друг с другом по принципу «любой и любым». Все станции сети используют одну частоту на спутнике, разделяя ее по времени. Разделением общего канала «ведает» центральная станция сети («хаб») - она передает всем абонентским станциям единые сигналы временной синхронизации, анализирует их потребности в доступе к общему каналу и распределяет пропускную способность канала между ними. Под управлением одного хаба могут работать сразу несколько сетей Mesh, каждой из которых выделяется своя полоса частот на спутнике.

Эта полоса делится по времени между станциями одной сети Mesh статически (тогда получается сеть из виртуальных выделенных каналов) или динамически (в зависимости от мгновенных потребностей каждой станции).

Поскольку абонентские станции сети Mesh могут связываться через спутник по принципу «каждый с каждым», на основе этой технологии можно строить сети «звезда». Получается «вложенная звезда» или «мультизвезда». Центром «большой» звезды является «хаб» спутникового оператора, центры «малых» звезд - центральные станции клиентов, каждая из которых работает на несколько удаленных станций. Клиентский трафик локализован в «малых» звездах, в «большой» звезде - трафик управления.

В сетях Mesh физические каналы разделяются между несколькими станциями по времени, поэтому данные передаются не непрерывным потоком, как в SCPC, а пакетами. Для передачи пакетов используется протокол Интернета (IP). Интерфейс спутниковой станции Mesh со стороны оконечного оборудования - IP по Ethernet. Этим обстоятельством определяются как достоинства, так и недостатки данного технического решения.

• Можно более эффективно использовать спутниковый ресурс, динамически перераспределяя его между станциями сети. Например, если для сети из каналов SCPC на 10 направлений по 128 кбит/сек необходима полоса на спутнике, соответствующая 2560 кбит/с, то для такой же сети Mesh можно обойтись и меньшей полосой.
• Оборудование для Mesh в общем случае дешевле, чем оборудование для SCPC.
• На центральной станции клиентской сети Mesh не нужно ставить отдельный модем на каждое направление, достаточно одного абонентского терминала. Вообще, центральная станция аппаратно ничем не отличается от удаленной станции.
• Частотные присвоения для эксплуатации абонентской станции не требуются, потому что станция подключается к действующей спутниковой сети, и работает на частотах, которые уже получены оператором этой сети. В общем случае, для Mesh/SCPC/Hub используются антенны до 2,4 м и передатчики до 2 Вт (в диапазоне Ku), поэтому можно оформить разрешительные документы по упрощенной процедуре, как для «спутникового Интернета».

• Для подключения спутниковых станций к контролеру базовых станций и к базовым станциям требуется дополнительное оборудование. Во-первых, необходимо преобразование интерфейсов E1/Ethernet и обратно. Во-вторых, на центральной станции нужно мультиплексировать несколько Е1, но и это не главное. Нужно передать потоки Е1 с постоянной скоростью по каналу, скорость в котором «плавает». Эту задачу решают специальные маршрутизаторы - оптимизаторы трафика, устройства довольно сложные и дорогие. Они «на лету» анализируют содержание входящего потока Е1, «вычисляют» пустые тайм-слоты и исключают их из передачи, а «полные» голосовые тайм-слоты сжимают голосовым кодеком в 2-4 раза. Таким образом, в канал уходят не биты исходного потока Е1, а данные некоего внутреннего протокола. Оптимизатор на «ответном» конце анализирует их и восстанавливает структуру Е1. Такая технология позволяет максимально эффективно использовать спутниковый ресурс, создавая, однако, некоторые проблемы:
• Гарантия скорости носит вероятностный характер. Оптимизаторы прилагают максимальные усилия, чтобы «уложить» данные исходных цифровых потоков в спутниковый канал связи, однако, могут создаться условия, при которых его пропускная способность окажется недостаточной. Это может привести к частичной потере данных (в первую очередь - голосовых), и, как следствие, к браку связи.
• Увеличивается временная задержка. Если мгновенная загрузка канала не позволяет передать поступивший IP-пакет, он записывается в буфер до подходящего момента. Дополнительную задержку вносят голосовые кодеки.

В начало

Сеть Star - «звезда»

Следующее решение используется лишь крупными сотовыми операторами, которым необходимо подключить через спутник очень большое количество удаленных БС - строительство собственной спутниковой сети TDM/FTDMA «звезда» (Star).

Технология более известна как «двунаправленный спутниковый Интернет» (он же «двусторонний», «симметричный» или «дуплексный»). Сеть состоит из центральной станции - «хаба» и множества абонентских станций. На «хабе» установлена антенна большого диаметра (4,5…7,0 м), передатчик большой мощности (100…400 Вт) и высокоинтеллектуальная система управления. Благодаря этому в качестве абонентских станций используются так называемые «малые» земные станции спутниковой связи (МЗССС) с антеннами 1,2…2,4м, передатчиками 1…4 Вт и относительно простыми и дешевыми абонентскими терминалами. Все абонентские станции принимают данные от «хаба» на одной частоте, в едином непрерывном цифровом потоке, выбирая «свои» данные по служебным заголовкам пакетов. Для передачи данных от абонентских станций на «хаб» используется несколько частотных каналов, каждый из которых делится по времени между многими абонентскими станциями. Абонентские станции работают на передачу «вспышками» (burst mode), каждая в отведенном для нее временном окне - тайм-слоте. От вспышки к вспышке передатчик абонентской станции может «прыгать» с одного частотного канала на другой. Таким образом, «прямой» канал разделен по времени, а обратный - по времени и по частоте. Дополнительное разделение по частоте используется для снижения скорости передачи, и, соответственно, уменьшения размеров антенн и мощности передатчиков абонентских станций. Как правило, в сетях Star работает от нескольких сотен до нескольких тысяч абонентских станций.

Контроллер базовых станций подключается к «хабу». На удаленных объектах устанавливаются абонентские станции и оптимизаторы трафика. Достоинства и недостатки те же, что и у подключения к спутниковой сети Mesh, кроме того:

• Очень малая стоимость оборудования удаленной спутниковой станции (150…200 тысяч рублей, не считая оптимизатора)
• Компактная земная станция (от 1,2 м)
• Быстрое подключение. Монтаж и запуск станции занимают обычно не более одного рабочего дня.
• Упрощенная процедура получения разрешительных документов на удаленные станции

• Высокая стоимость «хаба»: дорогое и громоздкое оборудование, большой объем проектных и общестроительных работ
• Сложная процедура получения разрешительных документов на эксплуатацию «хаба»
• Наибольшая стоимость спутникового канала связи в расчете на 1 Мбит/сек полезной скорости. В сетях Star, как правило, используются схемы модуляции и помехозащитные коды, разработанные для спутникового цифрового телевидения DVB-S. Они позволяют использовать абонентские станции с очень маленькими антеннами, однако, предполагают большой объем служебных и контрольных данных. «Оверхед» DVB составляет до 17% от общей скорости в канале.

В начало

Подключение удаленной АТС через спутник.

Спутниковая связь успешно используется, кроме прочего, для телефонизации населенных пунктов или производственных площадок, если наземные каналы связи отсутствуют, либо если их пропускная способность недостаточна.

Через спутник можно подключить сельскую АТС к городской (опорной) АТС, или подключить к основной АТС абонентский вынос.

SCPC - выделенные каналы

«Классическое» подключение удаленной АТС через спутник - по технологии SCPC. Это технология физических выделенных каналов «точка-точка». Для передачи и для приема в каждом направлении используется отдельная частота (Single Channel Per Carrier - один канал на несущую). Канал организуется между двумя земными станциями: к одной из них подключается опорная АТС, к другой - удаленная малая АТС или абонентский вынос. Каналообразующим оборудованием являются спутниковые модемы. Интерфейс модемов со стороны оконечного оборудования - последовательный цифровой канал Е1, полный или дробный).

Как правило, через спутник необходимо подключить не одну, а несколько удаленных АТС. То есть задачам оператора наиболее соответствует спутниковая сеть «звезда». По технологии SCPC такая сеть строится на основе отдельных каналов «точка-точка». На Центральной станции сети на каждое направление устанавливается отдельный модем. Радиочастотное оборудование (антенна, повышающий конвертер-усилитель мощности, понижающий малошумящий конвертер) используются совместно несколькими модемами.

• Автономность. Сеть на основе каналов SCPC не требует внешнего управления. В принципе, сотовый оператор может сам арендовать емкость на спутнике у оператора спутника (ГПКС, «Газком», Intelsat и т.п.) и самостоятельно эксплуатировать спутниковую сеть.
• Простота стыковки с оконечным оборудованием. Модемы подключаются к АТС точно так же, как подключалось бы любое другое каналообразующее оборудование (цифровая радиорелейная линия, мультиплексер SDH и т.п.).
• Гарантированное качество связи. Скорость в канале фиксированная. Задержка - минимально возможная при связи через спутник (около 250 мсек).
• Минимальная стоимость аренды канала в пересчете на 1 Мбит/сек. SCPC при прочих равных условиях позволяет передать в единицу времени больше информации, чем любая другая технология спутниковой связи.

• Довольно громоздкое и дорогое оборудование.
• Необходимость получения частот.
• Низкая эффективность использования спутникового ресурса. Выделенный канал SCPC всегда занят полностью, на 100%, даже когда в этом нет необходимости. Даже если ни один абонент удаленной базовой станции не разговаривает по телефону, через спутник передаются «пустые» тайм-слоты. Поэтому аренда канала SCPC предполагает фиксированную ежемесячную плату вне зависимости от фактической загрузки этого канала.

В начало

Сеть Mesh-«мультизвезда»

Альтернатива предыдущему решению - подключение удаленной АТС через полносвязную спутниковую сеть (Mesh) TDM/FTDMA. Первоначальные затраты существенно ниже, зато несколько выше стоимость спутниковых каналов связи.

И на опорной, и на удаленных АТС устанавливаются абонентские станции полносвязной спутниковой сети (Mesh). Они работают под управлением Центральной станции («хаба») действующего оператора спутниковой связи. Сети Mesh более гибкие, чем SCPC. На одном и том же оборудовании можно организовать канал «точка-точка», клиентскую сеть «звезда» или «мультизвезда». На клиентскую сеть («ячейку» Mesh) выделяется своя полоса частот на спутнике. Эта полоса разделяется между станциями «ячейки» по времени. Разделение может быть статическим (тогда получаются выделенные каналы, как в технологии SCPC) или динамическим, в зависимости от мгновенных потребностей каждой станции.

Поскольку используется временное разделение одного общего физического канала, передавать данные непрерывным потоком (например, Е1) в сетях Mesh нельзя. Для передачи пакетов используется протокол Интернета (IP). Интерфейс спутниковой станции Mesh со стороны оконечного оборудования - IP по Ethernet. Этим обстоятельством определяются как достоинства, так и недостатки данного технического решения.

• Можно более эффективно, чем при использовании технологии SCPC, использовать спутниковый ресурс, динамически перераспределяя его между станциями сети.
• Оборудование для Mesh в общем случае дешевле, чем оборудование для SCPC.
• На центральной станции клиентской сети Mesh не нужно ставить отдельный модем на каждое направление, достаточно одного абонентского терминала. Вообще, центральная станция аппаратно ничем не отличается от удаленной станции.
• Частотные присвоения для эксплуатации абонентской станции не требуются
• В общем случае, для Mesh/SCPC/Hub используются антенны до 2,4 м и передатчики до 2 Вт (в диапазоне Ku), поэтому можно оформить разрешительные документы по упрощенной процедуре, как для «спутникового Интернета».

• Для подключения спутниковых станций к контролеру базовых станций и к базовым станциям требуется дополнительное оборудование - оптимизаторы трафика
• Из-за того, что потоки Е1, требующие постоянной скорости в канале, передаются по каналу с «плавающей» скоростью, есть вероятность некоторых проблем с качеством связи. Насколько серьезными будут эти проблемы, зависит от доступной полосы спутникового канала связи и его загруженности.

В начало

Сеть Star - «звезда»

Если крупному оператору необходимо подключить через спутник очень большое количество удаленных АТС, возможно, что окажется целесообразным строительство собственной спутниковой сети TDM/FTDMA «звезда» (Star).

Опорная АТС подключается к центральной станции сети - «хабу». Это серьезное сообружение с антенной большого диаметра (4,5…7,0 м), передатчиком большой мощности (100…400 Вт) и высокоинтеллектуальной системой управления. Благодаря этому удаленные АТС подключаются через так называемые «малые» земные станции (МЗССС) с антеннами 1,2…2,4м, передатчиками 1…2 Вт и относительно простыми и дешевыми абонентскими терминалами. Как правило, в сетях Star работает от нескольких сотен до нескольких тысяч абонентских станций.

Достоинства и недостатки те же, что и у подключения к спутниковой сети Mesh, кроме того:

• Очень малая стоимость оборудования удаленной спутниковой станции (150…200 тысяч рублей, не считая оптимизатора)
• Компактная земная станция (от 1,2 м)
• Быстрое подключение. Монтаж и запуск станции занимают обычно не более одного рабочего дня.
• Упрощенная процедура получения разрешительных документов на удаленные станции

• Высокая стоимость «хаба»: дорогое и громоздкое оборудование, большой объем проектных и общестроительных работ
• Сложная процедура получения разрешительных документов на эксплуатацию «хаба»
• Наибольшая стоимость спутникового канала связи в расчете на 1 Мбит/сек полезной скорости.

В начало

Вынос аналоговых телефонных линий через спутник (VoIP)

Такое решение может использоваться для подключения очень небольшой удаленной АТС (например, учрежденческой) или существующей старой АТС, не имеющей цифрового стыка. По этой технологии можно подключить также отдельные телефонные аппараты.

Одна или несколько абонентских линий городской АТС через голосовой шлюз подключаются к сети IP и через «хаб» спутниковой сети Star выносятся на удаленный объект. На удаленном объекте устанавливается небольшая и недорогая абонентская станция и ответный шлюз. К его телефонным портам можно подключить отдельные телефоны или внешние (транковые) линии офисной АТС.

Для такого подключения не обязательно иметь собственную спутниковую станцию на опорной АТС. Можно подключиться к «хабу» действующего спутникового оператора через публичный Интернет, по VPN, либо напрямую, используя существующую наземную сеть этого оператора или построив собственную кабельную линию - если есть такая возможность, разумеется.

• Очень недорогое решение.
• Компактная земная станция для удаленной АТС (от 1,2 м)
• Земная станция на опорной АТС не нужна
• Недорогие и компактные голосовые шлюзы
• Быстрое подключение. Монтаж и запуск станции занимают обычно не более одного рабочего дня.
• Упрощенная процедура получения разрешительных документов на удаленные станции

• По этой технологии можно подключить только несколько отдельных телефонов или совсем небольшую удаленную ТС. При подключении АТС ее степень готовности будет ограничена числом входящих каналов.

В начало