Спутниковый телефон
Спутниковый телефон (фр. téléphone par satellite) — разновидность мобильной связи, при которой соединение между абонентами осуществляется посредством спутников связи, а не наземных базовых станций. Такая технология используется в регионах с недостаточной плотностью наземных сетей (малонаселённые или труднодоступные районы), а также на судах, находящихся вдали от берега, вне зоны действия стандартных сетей. Для построения спутниковой телефонной сети применяются разные технологии: используются либо созвездия спутников на низкой, средней или геостационарной орбите.
Первые спутниковые телефоны появились в конце 1980-х годов благодаря достижениям в области космических технологий и телекоммуникаций. Вторая половина 1990-х ознаменовалась появлением большого количества проектов спутниковых сетей, стимулированных интернет-бумом, но последовавший кризис и расширение покрытия стандартных мобильных сетей сузили потенциальный рынок этих устройств до отдельных ниш. На начало 2016 года основными операторами спутниковой связи остаются Iridium и Globalstar с низкоорбитальными созвездиями, а также Inmarsat и Thuraya, использующие геостационарные спутники.
История
Разработка системы мобильной связи на основе созвездия спутников на низкой околоземной орбите началась в 1987 году и была предложена в конце 1989 года инженерами американской компании Motorola, лидирующей в то время в области телекоммуникаций, особенно мобильной связи. Цель заключалась в предоставлении мобильной связи в регионах, где недоступны обычные сотовые сети, которым требуется плотная сеть базовых станций, невыгодная в малонаселённых, пустынных или горных районах, а также не обеспечивающая покрытие в океанах. Кроме того, к тому моменту ещё не существовало единого стандарта мобильной связи (GSM внедрялся только в Европе и был развёрнут лишь частично). Пользователям приходилось иметь отдельный телефон (с отдельной подпиской) при поездках в зоны вне покрытия их оператора. Спутниковый телефон позволял обойти это ограничение.
В то же время рассматривалось множество проектов мобильной спутниковой связи на низких орбитах: американская Федеральная комиссия по связи (FCC) получила не менее 35 заявок, но реально в эксплуатацию были введены только три проекта: Iridium, Globalstar (Loral) и Orbcomm (Orbital Sciences).
Инвестиции в такие спутниковые проекты оказались огромными (несколько миллиардов долларов), а потенциальный спрос был переоценен. Стремительный рост покрываемых районов обычной мобильной связью и появление стандарта GSM значительно уменьшили рынок спутниковой телефонии. В 1999 году Iridium объявила о банкротстве всего через несколько месяцев после начала эксплуатации (долг составил 4,4 млрд долларов США)[1]. В том же году компания ICO (ныне Pendrell Corporation) также подала заявление о банкротстве. Проекты Odyssey, Ellipso и Teledesic были закрыты. В 2002 году к ним присоединилась Globalstar, однако впоследствии Iridium и Globalstar возобновили работу, хотя Globalstar испытывала серьёзные технические проблемы с космическим сегментом.
В этот же период появились системы спутниковой телефонии на геостационарных орбитах. Кроме Inmarsat, обладающей широкой клиентской базой в морском секторе по историческим и лицензионным причинам, другие провайдеры (например, Thuraya, ACeS) не оправдали ожиданий по числу абонентов. ACeS прекратила работу в 2011 году.
Принцип работы
Спутниковый телефон использует сеть искусственных спутников, заменяющих наземные базовые станции стандартной мобильной связи. В отличие от последней, спутниковая связь обеспечивает глобальное покрытие, включая пустыни и океаны, где нет наземных станций. Кроме того, качество связи остаётся стабильным даже в районах с редкой сетью базовых станций: в малонаселённых регионах или экономически отсталых областях.
Передаваемый и принимаемый телефоном сигнал проходит через спутник, который пересылает его на Землю в стационарную «станцию-переход», служащую входом в наземные телефонные сети, что позволяет соединяться как с обычными мобильными, так и с фиксированными телефонами. В некоторых спутниковых сетях разговор между двумя абонентами сателлитных телефонов транслируется напрямую через спутник, минуя наземную станцию.
Технические особенности
Низкоорбитальные созвездия и геостационарные спутники
Существуют два основных класса созвездий спутников, используемых в спутниковой телефонии:
- Низкоорбитальные движущиеся спутники — находятся на высоте от 500 до 1200 км и пролетают над конкретной точкой несколько минут. Для непрерывного покрытия требуется несколько десятков спутников, орбиты которых выбраны для максимального охвата Земли;
- Геостационарные спутники — находятся на высоте 36 000 км, движутся синхронно с вращением Земли и «висят» над одной точкой экватора. Если низкоорбитальный спутник покрывает участок радиусом несколько тысяч км, то геостационарный благодаря удалённости виден примерно с 50 % поверхности планеты; глобальное покрытие достижимо с помощью трёх таких спутников.
Примеры покрытия спутниковыми созвездиями
Оба типа созвездий имеют преимущества и недостатки, что отражено в таблице:
| Характеристика | Созвездие на низкой орбите | Геостационарные спутники |
|---|---|---|
| Задержка (латентность) | Расстояние увеличивает задержку до 250 мс, что ощутимо при разговоре | |
| Время соединения | Дольше, чем в низкоорбитальных сетях | |
| Покрытие | При размещении созвездия на полярных орбитах (в отличие от Globalstar) возможно обслуживание высоких широт. Но это снижает эффективность (полярная орбита требует больше спутников — как у Iridium) | Геостационарные спутники плохо работают на высоких широтах (на практике — до 70°) |
| Работоспособность в горных районах | При рельефе всегда возможна связь (рано или поздно спутник окажется в зените) | Положение спутника постоянно; при низкой высоте загораживание рельефом может навсегда лишить связи. Пользователь должен занять приподнятое место. |
| Наземная инфраструктура | Низкоорбитальные сети требуют либо множества переходных станций (Globalstar), либо сложной архитектуры с межспутниковой связью (Iridium) | |
| Необходимая мощность | Из-за расстояния связь (особенно терминал) требует гораздо большей мощности | |
| Срок службы спутников | Низкоорбитальные спутники служат меньше (обязательно участие в орбитальных манёврах, радиационная среда) | |
| Прерывания разговора | Прослушиваемый спутник находится в зоне видимости несколько минут; переключение между спутниками может вызывать обрывы | |
| Стоимость космического сегмента | Большее число спутников, несмотря на упрощение, увеличивает стоимость космического сегмента |
Межспутниковая связь (для низкоорбитальных созвездий)
Чтобы обеспечить подключение абонента ко всем остальным сетям связи, спутники должны быть связаны с наземными станциями-переходами («gateway»). Такие станции оснащены крупными параболическими антеннами для связи с космосом и высокоскоростными линиями с наземными сетями. Для полного планетарного охвата в низкоорбитальных сетях требуется более десяти таких станций (каждый спутник покрывает зону диаметром около 4000-5000 км) — это реализовано у Globalstar. Однако такая инфраструктура очень дорога. Можно ограничиться одной станцией, если спутники соединяют между собой звонок до необходимого спутника над станцией перехода. Эта технология межспутниковой связи (англ. Inter-Satellite Link, ISL) реализована у Iridium, но требует сложного управления и точного наведения антенн между спутниками.
Метод доступа
Терминал
Спутниковый телефон создаётся специально для конкретной сети (антенна и электронная начинка адаптированы к её стандарту и протоколу). У каждого оператора — ограниченный парк моделей: Iridium 9555 и Iridium Extreme, Isatphone 2 и Pro от Inmarsat, Thuraya XT и dual. Такие телефоны тяжелее обычных сотовых (от 250 г), используют внешнюю антенну, чтобы связаться со спутником, находящимся на расстоянии от 700 до 36 000 км. Стоимость спутникового телефона достигает от 700 до нескольких тысяч евро. Некоторые модели поддерживают также обычные мобильные сети.
Конвергенция спутниковой и сотовой связи
В 2018 году оператор Thuraya представил первый смартфон на базе Android, поддерживающий одновременно спутниковую (через Thuraya) и сотовую связь (2G, 3G, 4G) — модель X5 Lite[2]. В 2021 году Thuraya представила модель XT[3].
В 2022 году iPhone 14 стал первым массовым смартфоном, поддерживающим экстренную спутниковую связь для отправки сообщений SOS на территории США и Канады через сеть Globalstar[4].
В 2024 году Thuraya представила новый смартфон с поддержкой гибридной работы в сотовой и спутниковой сетях — Skyphone[5].
- 2018: Thuraya X5 Lite
- 2021: Thuraya XT
- 2022: Apple iPhone 14
- 2024: Thuraya Skyphone
Использование
Доступ
Каждый спутниковый телефон имеет специальный пятизначный префикс iNum (начинается с 881 или 882), который выделяет Международный союз электросвязи для спутниковых сетей. В ряде стран использование спутниковых телефонов запрещено или ограничено (по политическим причинам или в целях предотвращения терроризма): Россия, Северная Корея, Куба, Индия, Шри-Ланка, Судан, Чад и Тунис[6].
Сервисы
Существуют предложения по интернет-телефонии через спутник, например Astra2Connect (продаётся компаниями Vivéole и Nordnet) или TooWay (от Connexion verte).
Технология спутниковой связи применяется в первую очередь для обеспечения доступа к экстренным службам в зонах, не покрытых GSM, например во время экспедиций в полярные или пустынные регионы, а также при стихийных бедствиях. Она также позволила протестующим передавать прямые трансляции с места событий[7].
Сравнительная таблица спутниковых сетей
На начало 2016 года действуют только 4 операционных спутниковых сети: Iridium и Globalstar (низкоорбитальные созвездия), Inmarsat и Thuraya (геостационарные). Качество связи в сети Globalstar существенно снижено, а Thuraya не охватывает Америку.
| Iridium | Inmarsat | Globalstar | Thuraya | ICO (проект не реализован) |
Teledesic (проект не реализован) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Число спутников | 66 (+6 резерв) | 3 | 48 (+4 резерв) | 2 | 10 (+2) | 288 |
| Высота/Орбита | 780 км | геостационарная (36 000 км) | 1 414 км | геостационарная | 10 390 км | 700 км |
| Межспутниковая связь | да | нет | нет | нет | нет | да |
| Число наземных станций | 2 | 40 | около 10 | ? | 12 | ? |
| Методы доступа | AMRF и AMRT | FDM/TDM (к терминалам) и FDM/TDMA (обратный канал) | AMRC | ARMF и AMRT | ? | ? |
| Число одновременных вызовов, всего/на спутник | голос: 139 750 / 2 150 | ? | ? / 2 148 | / 13 750 | ? | ? |
| Покрытие | глобальное | широты < 70° | широты < 70° | широты < 70° Америка не входит |
глобальное | глобальное |
| Минимальный угол возвышения | 8° | нет | 20° | нет | 20° | 40° |
| Сервисы/скорости | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Годовой доход | 400 млн долл. (2015) | 1 400 млн долл. (2015) | 92 млн долл. (2015) | 140 млн долл. (2014) | нет | нет |
| Начальные инвестиции | 4,4 млрд долл. | ? | 2,9 млрд долл. | ? | 4,5 млрд долл. | 9 млрд долл. |
| Число абонентов | 800 000 (2015) | ? | 640 000 (2014) | 220 000 (2014) | нет | нет |
| Прочие особенности | 50 % доходов — морской сектор, 20 % — гос. организации, 10 % — авиация |