Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2022

дерный бизнес уходит в прошлое. Спутники продаются теперь по принципу Гбит/с, и здесь высокая пропускная способность позволяет предоставить высокие скорости для абонента, что получается быстрее и дешевле ВОЛС. А это уже очень интересно для бизнеса. Давно известно, что высокая про- пускная способность спутников поз- воляет снизить себестоимость кана- лов связи, а следовательно, и ве- личину тарифов. Расчеты показы- вают, что тарифы в проектах с очень высокой пропускной способ- ностью могут снизится 10–50 раз и вполне составить конкуренцию ВОЛС, а тем более сетям 4–5G. Другой аспект наличия высокой про- пускной способности – возможность реализации крупномасштабных про- ектов. Давайте подключим все малые населенные пункты нашей страны, да и других дружественных стран, к ШПД через спутник. Для этого нужны Тбит/с. АФАР с большим числом лучей позволяет это сделать. Технически высокая пропускная способность достигается в АФАР за счет многократного – в 128, 256 или больше раз – повторного использо- вания полосы частот, что становится возможным при формировании на спутнике большого количества очень узких лучей. Вторая причина развития много- лучевых АФАР – гибкость. Зона обслуживания спутника с много- лучевой АФАР может формиро- ваться сотнями и тысячами перена- целиваемых лучей, расставляемых по зоне обслуживания. При этом, в случае значительной потребности, в одной точке может быть установлено много лучей, а при отсутствии потребности – ни одного. Ясно, что в полете спутника положение лучей можно менять, они ведь перенацеливаемые, что позволяет адаптировать проект к из- менению рынка при эксплуатации спутника в течение 15 лет. Кажется, что о такой возможности мечтают все спутниковые опера- торы, а многолучевые АФАР позво- ляют это сделать. Такого уровня гибкости спутники с зеркальными антеннами не предложат никогда. Третий фактор роста интереса к многолучевым АФАР – развитие негеостационарных систем спутни- ковой связи на МЕО и LEO. При том, что пионер этого направ- ления, проект OneWeb, оснащен зеркальными антеннами с жестким положением лучей, все следующие проекты ориентируются на много- лучевые АФАР. Для проектов на МЕО и LEO очень полезна возмож- ность постоянного управления и пе- ренацеливания лучей, которая и позволяет в полной мере использо- вать преимущества этих проектов. Д остижение результата Теперь о том, как в АФАР образу- ется большое количество лучей. Ответ на самом деле простой, и ключевые слова здесь – цифровое диаграммообразование. Подробно- сти по цифровому диаграммообразо- ванию (или Digital Beamforming) изложены в большом количестве статей и учебников по АФАР. В настоящее время цифровое диа- грамообразование получило широ- кое применение в сетях 5G. Полученные результаты проекти- рования многолучевых АФАР по- казали, что для аналоговой АФАР потолком является результат при- мерно в 30 широкополосных лучей, при большем числе лучей может работать только цифровое диаграммообразование. В течение последних лет была вы- полнена разработка ряда полезных нагрузок для различных спутнико- вых проектов на геостационарной орбите, на средней орбите высотой 8080 км и на низкой орбите высотой 1500 км. Полученные характери- стики полезных нагрузок приве- дены в таблице 1. Как показали полученные резуль- таты проектирования, ключевым вопросом для создания многолуче- вых АФАР является величина энергопотребления цифрового диаграммообразования. Без при- нятия специальных мер величина энергопотребления цифрового диаграммообразования может до- стигнуть 40–75 кВт, что практиче- ски исключает возможность реали- зации таких проектов. В то же время при принятии специальных мер величина энергопотребления может быть снижена до приемле- мых для спутниковых платформ величин. На рис. 1 приведен возможный облик спутника связи с многолуче- вой полезной нагрузкой на основе АФАР с цифровым диаграммообра- зованием. Полезная нагрузка обес- печивает организацию 4096 при- емных и передающих перенацели- ваемых лучей и может применяться для класса спутников на высоких орбитах типа ГСО. 41 2022 СПУТНИКОВАЯ СВЯЗЬ И ВЕЩАНИЕ В озможный облик спутника связи с многолучевой полезной нагрузкой на основе АФАР с цифровым диаграммообразованием Рис. 1 Характеристики полезной нагрузки/тип спутника Ка-диапазон, ГСО Ка-диапазон, МЕО, 8080 км Ка-диапазон, LЕО, 1500 км Размер приемной АФАР, м 2,1 0,5 0,25 Размер передающей АФАР, м 3 0,7 0,4 Количество лучей 4096 2048 1536 Пропускная способность, Гбит/с (размер терминала, м) 650 (0,72 ) 185 (0,72) 195 (0,45) Масса полезной нагрузки, кг 1068 363 160 Энергопотребление полезной нагрузки, кВт 15,7 4,3 3,5 Таблица 1 Х арактеристики полезных нагрузок для спутниковых проектов на геостационарной орбите, на средней орбите и на низкой орбите