Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ технологий и сетей VSAT, критерии эффективности спутниковых каналов сетей VSAT 14
1.1 Анализ сетей VSAT 17
1.1.1 Основные определения VSAT 17
1.1.2 Классификация сетей VSAT и особенности организации каналов 19
1.1.3 Диапазоны частот, выделенные для работы сетей VSAT 22
1.2 Многолучевые сети VSAT: особенности построения космического и наземного сегментов 24
1.2.1 Особенности бортового ретрансляционного комплекса 24
1.2.2 Формирование рабочей зоны спутника 26
1.2.3 Наземный сегмент 29
1.3 Действующие и планируемые многолучевые сети VSAT 32
1.3.1 Действующие сети VSAT 32
1.3.2 Планируемые сети VSAT в 2011-2012 гг 36
1.4 Критерии эффективности каналов сетей VSAT 40
1.5 Выводы 43
2 Эффективность технологий многостанционного доступа, используемых в интерактивных сетях VSAT 45
2.1 Организация абонентского доступа в сетях VSAT 46
2.2 Решения для многостанционного абонентского доступа VSAT 51
2.2.1 Многостанционный абонентский доступ с использованием стандарта DVB-RCS 51
2.2.2 Многостанционный абонентский доступ с использованием стандарта IPoS 55
2.3 Обобщенные сравнительные характеристики стандартов, используемых в интерактивных сетях VSAT при организации многостанционного доступа 57
2.4 Оценка эффективности прямых и обратных каналов сетей VSAT 61
2.4.1 Эффективность каналов сетей VSAT на канальном уровне 63
2.4.2 Эффективность прямых каналов сетей VSAT на физическом уровне 67
2.4.3 Эффективность обратных каналов сетей VSAT на физическом уровне 68
2.4.4 Общая эффективность обратных каналов сетей VSAT на физическом и канальном уровне 74
2.5 Выводы 77
3 Эффективность использования частотно-энергетических ресурсов в сетях VSAT 78
3.1 Анализ особенностей формирования рабочей зоны спутника 79
3.1.1 Анализ частотно-энергетических параметров спутниковой радиолинии при формировании контурной и многолучевой рабочей зоны 79
3.1.2 Физические ограничения формирования многолучевой рабочей зоны 87
3.1.3 Оценка уровня развязки между лучами и межлучевых помех 90
3.2 Ограничение пропускной способности спутниковых каналов в многолучевых сетях 94
3.2.1 Доступные сигнально-кодовые конструкции 94
3.2.2 Составляющие внутрисистемных помех 98
3.2.3 Деградация Eb/N0 100
3.2.4 Ограничение радиочастотной эффективности спутниковой радиолинии - «пороговый» эффект 105
3.2.5 Оценка влияния нестабильности спутника на выбор размера антенн земных станций 109
3.2.6 Оценка влияния допустимой нестабильности ЭИИМ на выбор размера антенн земных станций 116
3.2.7 Пропускная способность VSAT станции в Ки- и Ка-диапазонах для прямых каналов 117
3.3 Оптимизация распределения пропускной способности в рабочей зоне 122
3.3.1 Способы приближения распределения пропускной способности многолучевой сети к распределению плотности населения 123
3.4 Выводы 129
4 Технико-экономическая эффективность интерактивных сетей VSAT 131
4.1 Методика вероятностной оценки пропускной способности многолучевой спутниковой сети VSAT 133
4.1.1 Общие положения и исходные данные 133
4.1.2 Коэффициент «переподписки» и вероятное число активных абонентов в потоке луча интерактивной сети VSAT 135
4.1.3 Оценка допустимого числа абонентов и скорости доступной абонентам в сети VSAT 139
4.2 Математическая модель оценки технико-экономической эффективности сети VSAT 143
4.2.1 Структура модели 143
4.2.2 Риски при создании и функционировании сетей VSAT 147
4.2.3 Формализация модели 155
4.2.4 Анализ модели 158
4.3 Оценка результатов моделирования и оценка обобщенного критерия технико-экономической эффективности 164
4.3.1 Общие положения и граничные условия моделирования 164
4.3.2 Оценка технико-экономических результатов моделирования 167
4.3.3 Оценка критерия технико-экономической эффективности 174
4.4 Выводы 176
Заключение 177
Список использованной литературы 179
- Многолучевые сети VSAT: особенности построения космического и наземного сегментов
- Обобщенные сравнительные характеристики стандартов, используемых в интерактивных сетях VSAT при организации многостанционного доступа
- Ограничение пропускной способности спутниковых каналов в многолучевых сетях
- Математическая модель оценки технико-экономической эффективности сети VSAT
Введение к работе
Актуальность
Анализ современных мировых тенденций развития связи в направлении создания глобальной информационной инфраструктуры показывает, что уже в ближайшее десятилетие возможен качественный переход к новому обществу -обществу информационного типа. Спутниковые сети связи и вещания являются интегрирующими звеньями этой инфраструктуры и одним из основных средств, обеспечивающих качественное изменение услуг связи в экономически слабо развитых, малонаселенных или труднодоступных регионах.
Рынок спутниковой связи неуклонно расширяется. Одним из основных направлений его развития сегодня является создание сетей на основе технологий VSAT (VSAT - very small aperture terminal - терминалы с очень малой апертурой антенны). Это связано как с повышением социальной активности общества, так и с расширением сферы услуг спутниковой связи для корпоративных и ведомственных пользователей. Движущей силой создания сетей VSAT является интенсификация экономического прогресса и развития сети Интернет. Причем интенсификация сегодня обусловлена не только увеличением объемов производства в промышленности и повышением его эффективности, но и тенденциями, связанными с переходом к информационному обществу.
Развитие сетей VSAT можно условно разделить на три этапа. В 1990-х основной сферой приложения технологий VSAT являлась организация технологических и выделенных сетей в интересах государственных структур и крупных корпораций с использованием закрепленных каналов. Одной из самых крупных и первых многофункциональных корпоративных сетей VSAT в России является сеть Центрального Банка РФ «Банкир». Основным назначением сети является передача банковской информации и обеспечение телефонной и факсимильной связью. В 2000-х с развитием интерактивных сетей VSAT клиентами спутниковых сетей становится средний и малый бизнес. С ростом
информатизации общества начался поиск новых дешевых решений по предоставлению доступа в Интернет физическим лицам (абонентам) с использованием спутниковой связи. С 2004 года начался процесс создания сетей спутниковой связи на основе VSAT технологий, работающих в Ка-диапазоне и ориентированных на предоставление массового доступа в Интернет. В настоящее время этот процесс переживает бурный рост. Из действующих региональных сетей отметим WildBlue (США, Канада), Tooway (Европа, западная часть России), HughesNet (США), IpStar (Юго-Восточная Азия и Австралия). В стадии разработки находятся проекты создания подобных региональных (в том числе РСС-ВСД в России) и глобальных сетей VSAT (например, Inmarsat Global Xpress).
Несмотря на то, что технология VSAT относится к фиксированной спутниковой службе, в настоящее время данная технология применяется и для организации связи с подвижными объектами. Общие принципы организации спутниковых каналов связи являются универсальными. Основное различие состоит в особенностях антенной техники. Но эти аспекты в данной работе не рассматриваются.
Одной из основных проблем развития VSAT сетей является нехватка частотного ресурса в Ки-диапазоне, поэтому перспективные сети проектируется для работы в менее загруженном и обладающим большим частотным ресурсом Ка-диапазоне. Важно отметить, что при проектировании спутниковых сетей VSAT, ориентированных на массового потребителя, остро встает вопрос их технико-экономической эффективности, поскольку такие сети начинают конкурировать с наземными сетями связи. Соответственно, при проектировании сетей VSAT должен учитываться конечный результат -обеспечение заданного качества услуг физическим лицам при условии минимизации затрат на реализацию технических решений.
Общие вопросы построения спутниковых сетей, и в том числе сетей VSAT, отражены в трудах отечественных и зарубежных авторов. Следует
отметить Анпилогова В.Р., Бутенко В.В., Камнева В.Е., Кантора Л.Я.,
Кислицына А.С., Кукка К.И., Родди Д., Симонова М.М., Спилкера Д., Элберта Р. и др. В данных работах отражены общие принципы технического построения и функционирования VSAT сетей Ки- и Ка-диапазона.
При этом известные работы, как правило, затрагивают вопросы анализа и оптимизации параметров в сетях VSAT, реализованных на основе технологий типа «точка-точка» или технологий с закрепленными каналами (например, типа MCPC/SCPC). Достаточно полно исследованы свойства телефонных сетей с коммутацией каналов, в том числе реализованных на основе систем VSAT.
Однако, вопросы оценки и повышения эффективности каналов
современных сетей VSAT с использованием технологий TDM/TDMA и
коммутацией пакетов, тем более с учетом особенностей Ка-диапазона,
исследованы недостаточно и/или имеют закрытый коммерческий характер. В
результате, разработка обобщенных методик и моделей для оценки и выбора
вариантов, обеспечивающих повышение технико-экономической
эффективности каналов в сетях связи на базе современных технологий VSAT с учетом особенностей Ка-диапазона, является актуальной как в теоретическом, так и в практическом плане.
Цель работы и задачи исследования
Целью диссертационной работы является решение задачи повышения эффективности сетей спутниковой связи, реализованных на базе интерактивной технологии VSAT, в том числе ориентированных на предоставление услуг массового доступа в Интернет. Заданная цель подразумевает решение очень широкого спектра задач. Часть из них выполнена в данной работе, а именно:
Анализ общих тенденций и технологических решений, используемых в действующих и проектируемых сетях VSAT, оценка наиболее перспективных решений.
Оценка эффективности спутниковых каналов в сетях VSAT на основе анализа избыточности информации на канальном и физическом уровнях.
Оценка влияния внутрисистемных помех (в том числе влияния межлучевых помех и неравномерности группового времени запаздывания в полосе пропускания радиочастотного тракта) в сетях VSAT на пропускную способность спутниковых каналов, использующих адаптивные методы модуляции и кодирования.
Разработка способов формирования рабочей зоны многолучевых спутников и распределения их емкости по лучам с целью приближения распределения пропускной способности в сетях VSAT к распределению абонентов.
Разработка методики вероятностной оценки пропускной способности сетей VSAT, в том числе многолучевых сетей VSAT.
Разработка математической модели экспресс-оценки технико-экономических параметров сетей VSAT.
Методы исследования
В качестве основных методов исследования в работе используются методы теории вероятностей и случайных процессов, теории математической статистики, теории систем передачи информации с использованием основ математического моделирования.
Научная новизна
Научная новизна диссертации определяется тем, что в ней разработаны:
Алгоритм и методика вероятностной оценки пропускной способности многолучевых сетей VSAT, позволяющая определить количество потенциальных подписчиков, которым будет обеспечено заданное качество услуги при известной скорости канала или решить обратную задачу, т.е. определить возможные скорости каналов, предоставляемых абонентам при известном (заданном) их количестве.
Математическая модель экспресс-оценки технико-экономической эффективности сетей VSAT для выбора наилучших решений на этапе
проектирования или модернизации сетей VSAT с целью повышения их технико-экономической эффективности.
Личный вклад
Методики, результаты исследования эффективности сетей VSAT, включая численные результаты, аппарат моделирования, разработаны и получены автором лично.
Практическая ценность работы
Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в научно-исследовательских работах в области спутниковой связи в интересах Министерства связи и массовых коммуникаций РФ и Федерального агентства связи РФ.
Разработанные в данной работе методики и модели могут применяться на этапах системного и технического проектирования сетей спутниковой связи, реализуемых на основе технологий VSAT, с целью определения параметров оборудования и применяемых технических решений для повышения технико-экономической эффективности используемых спутниковых каналов.
Материалы диссертации использованы в следующих работах:
Разработка организационно-технических предложений совместного использования полос радиочастот 14,399-14,5 ГГц и 29,5-30 ГГц VSAT системами и РЭС фиксированной службы военного и гражданского назначения (итоговый отчет, заказчик - ФАС, 2009);
Анализ технико-экономической эффективности совмещения систем спутникового мобильного звукового вещания и систем мобильного доступа четвертого поколения и целесообразность совмещения (итоговый отчет, заказчик - ФГУП НИИР, 2010);
Оценка технико-экономической эффективности высокоскоростного доступа к информационным сетям через системы спутниковой связи и основных рисков реализации проекта, представление граничных составляющих
единовременных и текущих затрат и вариантов тарифной политики и тарифных планов, обеспечивающих окупаемости проекта (итоговый отчет, заказчик -ФГУПНИИР,2010).
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
14-я ежегодная Конференция и выставка операторов и пользователей сети спутниковой связи и вещания Российской Федерации SATRUS-2009. Москва, 2009.
Конференция Космос и отечественная наука. ФГУП «Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга». Москва, 2011.
VII ежегодный Международный конгресс и выставка Broadband Russia&CIS 2011. Москва, 2011.
Международная конференция операторов и пользователей спутниковых сетей связи на базе технологии VSAT в Российской Федерации VSAT-Russia 2011. Дубна, 2011.
Научно-технический семинар «Новейшие спутниковые технологии в образовании», Чистополь, 2011.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ в научно-технических журналах и трудах международных и всероссийских конференций.
Основные положения, выносимые на защиту
1 Результаты оценки эффективности прямых и обратных спутниковых каналов в сетях VSAT на основе анализа избыточности информации на канальном и физическом уровнях при передаче длинных и коротких ІР-пакетов. Показано, что эффективность прямых каналов в интерактивных сетях VSAT на
физическом уровне близка к единице. Соответственно, общая эффективность практически равна эффективности каналов на канальном уровне и составляет для длинных IP-пакетов не менее 0,9, а для коротких IP-пакетов в среднем 0,75 в зависимости от используемых канальных протоколов. Показано, что значение эффективности обратных каналов в интерактивных сетях VSAT на физическом и канальном уровнях, реализованных на основе TDMA, существенно меньше 1. Причем общая эффективность заметно снижается при увеличении числа активных станций в канале.
Существование ярко выраженного «порогового» ограничения значения сигнал/шум в составной радиолинии многолучевых спутниковых сетей, обусловленного внутрисистемными межлучевыми помехами. Наличие «порогового» эффекта ограничивает возможные для использования сигнально-кодовые конструкции для прямых и обратных спутниковых каналов. В частности, показано, что при оценке максимально достижимой пропускной способности в прямых каналах многолучевых сетей следует ориентироваться на 16 APSK, 3/4, а для обратных каналов на 8PSK, Ул.
Способы неравномерного распределения лучей и емкости в лучах при формировании рабочей зоны многолучевого спутника для обслуживания территории с выраженной неравномерной плотностью распределения населения, обеспечивающие повышение технико-экономической эффективности сети за счет рационального распределения ресурса сети.
Методика вероятностной оценки пропускной способности многолучевых сетей VSAT на основе использования коэффициента «переподписки».
Математическая модель экспресс-оценки технико-экономических параметров сетей VSAT для выбора наилучших решений на этапе проектирования (или модернизации) сетей VSAT с целью повышения их технико-экономической эффективности.
Структура и объем работы
Многолучевые сети VSAT: особенности построения космического и наземного сегментов
В современных сетях VSAT Ка-диапазона используется бортовой ретрансляционный комплекс (БРТК) с организацией связи между лучами на Земле [7,8,29]. Спутники с таким БРТК имеют ограниченные функциональные возможности, но обеспечивают минимальную себестоимость частотного ресурса. Ограничение функциональных возможностей обусловлено применением ЦС на земле, т.е. вся информация коммутируется на земле и взаимная связь между абонентами одного или разных лучей предусматривает "двойной скачок". Кроме того, при наличии нескольких ЦС в системе приходится задействовать наземные линии связи.
В последнее время спутники с БРТК, предусматривающим связи между лучами на земле, получили активное коммерческое развитие в составе массовых спутниковых сетей доступа абонентов к сети Интернет (WildBlue, HughesNet, iPSTAR). При этом цена передачи одного Мб в таких системах сопоставима и даже иногда менее цены Мб в наземных сетях.
Столь низкая цена связана с минимизацией единовременных затрат, отнесенных к единице полосы частот БРТК. Это достигается в частности за счет использования свойства широкополосности ламп бегущей волны при создании бортового передатчика излучающего сигналы абонентов в направлении ЦС. За счет использования многолучевых бортовых антенн, обеспечивающих возможность многократно переиспользовать выделенную для работы полосу частот и значительно поднять ЭИИМ борта без увеличения мощности передатчиков. Принцип построения БРТК с организацией связи между лучами на Земле поясняется на рис. 1.2 (с учетом типовых значений внутрисистемных помех (C/I)NPR и (C/I)jm). Все запросы в полосах лучей AFnu, поступающие на ЦС от всех абонентов всех лучей, приписанных к данной ЦС, подаются на один передатчик. Передатчик работает в предельно широкой полосе частот AFhd=N AFnu в линейном режиме. Дефицит энергетики на линии вниз компенсируется на ЦС. ЦС в свою очередь формирует ответы, т.е. потоки TDM, каждый из которых имеет свою полосу частот, приписанную к нужному лучу. На спутнике эти частотные каналы TDM выделяются и распределяются по нужным лучам с помощью частотного мультиплексора единой полосы частот AFhu. Число частотных каналов мультиплексора равно числу лучей.
Для реализации положительных свойств такой системы необходим повышенный частотный ресурс, поэтому все подобные системы проектируются в Ка-диапазоне.
На российских спутниках в С- и Ки-диапазонах применяются в основном антенны с контурной (или типа контурной) диаграммой направленности. Подобные антенны уже несколько десятилетий применяются с ориентацией в первую очередь на предоставление услуг вещания. Основное достоинство таких антенн - обеспечение электромагнитной совместимости спутниковых сетей. Но контурные антенны имеют один принципиальный недостаток - форма диаграммы направленности контурной антенны определяется границами углового сектора обслуживаемой территории, и их усиление ограничено (увеличение размера антенны не приводит к увеличению усиления, а лишь дает большую степень приближения к заданному контуру, увеличение крутизны скатов ДН и снижение бокового излучения) [28]. В качестве примера, в табл. 1.1 представлены достижимые параметры усиления антенн с контурной диаграммой направленности применительно к обслуживанию территории России. Как следует из этих данных, использовать такое решение в Ка диапазоне не представляется возможным в силу низких энергетических показателей. Решение этой проблемы - использование многолучевых антенн. Многолучевые антенны широко используются при создании спутников связи почти 20 лет (в спутниках вещания МЛА до недавнего времени имели ограниченное применение), в том числе и в Ка-диапазоне. Основная цель, которая достигается за счет применения МЛА - принципиальное (на порядок и более) повышение энергетики радиолиний при расширении частотного ресурса. Рост энергетики обеспечивается за счет увеличения усиления лучей бортовой антенны, а расширение частотного ресурса за счет повторяющегося использования полос частот в несмежных лучах.
Обобщенные сравнительные характеристики стандартов, используемых в интерактивных сетях VSAT при организации многостанционного доступа
В табл. 2.1 представлены обобщенные сравнительные данные для различных открытых стандартов, используемых в сетях VSAT, сформулированные с учетом [39,41,47,48]. Как следует из этих данных, все применяемые стандарты имеют много общих свойств, но их эффективность с точки зрения передачи информации не затрагивается. Актуальным является вопрос оценки эффективности спутниковых каналов в сетях VSAT на основе анализа избыточности информации на канальном и физическом уровнях для каждого из этих стандартов.
Повышение эффективности использования канала связи является фундаментальной задачей теории передачи информации. Для ее решения применяются различные способы уплотнения информации, сокращения избыточности информации и применения сигналов с высокой спектральной эффективностью.
Вопросам спектральной эффективности сигналов посвящено множество работ [37,49], но вопросы избыточности информации при ее подготовке для передачи по спутниковому каналу зачастую остаются вне поля зрения, поскольку исходные параметры для такого анализа в общедоступных публикациях крайне скудные и не систематизированные.
Таким образом, необходимо дать оценку эффективности прямых и обратных каналов в VSAT сетях на основе анализа избыточности информации, которая обусловлена увеличением заголовков при инкапсуляции ІР-пакетов на канальном уровне, а также особенностями формирования кадров TDM/TDMA в спутниковом канале.
Для объективности сравнительного анализа эффективности спутниковых TDM/TDMA каналов применим критерий избыточности информации относительно IP-пакета (т.е. анализируется канальный уровень и физический уровень, к которому отнесены режимы TDM/TDMA).
В соответствии с (1.1) критерий избыточности информации, передаваемой по каналу связи, имеет вид r\q =(Q -AQ)/Q, - Q - общий объем информации (байт), которую необходимо передать по каналу в связи за заданное время (в общем случае в секунду); - AQ - объем служебной (избыточной) информации (байт), которая необходима для организации передачи целевой информации по каналу связи.
Значение (Q-AQ) характеризует объем целевой (исходной) информации, передаваемой за заданное время. Значение TQ Є [0, 1], и чем эффективнее канал связи, тем rQ ближе к 1.
Передача информации в IP-сети осуществляется путем формирования IP-пакетов с их последующей инкапсуляцией по правилам протоколов, принятых на канальном и физическом уровнях. Длительность ІР-сегментов при формировании IP-пакетов и размер TCP "окна" при их приеме выбраны оптимально, поэтому особенности этих настроек ІР-канала в данной случае не рассматриваются.
Объем информации, содержащийся в IP-пакетах на сетевом уровне, будем считать исходным и обозначим его Qjp (именно этот объем учитывается в тарифных планах операторов).
В процессе инкапсуляции этой информации на канальном уровне и на уровне физического соединения происходит наращивание служебной информации в объемах AQS и AQh соответственно. Тогда, применительно к IP-сети, критерий избыточности информации (1.1) перепишем в виде - rs - эффективность инкапсуляции IP-пакетов в кадры (ячейки, пакеты) протокола канального уровня. - r(h - эффективность передачи информации при соединении на физическом уровне (к этому уровню условно отнесем протоколы многостанционного доступа на основе разделения каналов физической среды).
Как следует из (2.1) для выполнения сравнительного анализа необходимо отдельно оценить эффективность инкапсуляции IP-пакетов T)s применительно к протоколам канального уровня и эффективность организации соединения на физическом уровне r\h при формировании прямых TDM и обратных TDMA спутниковых каналов.
В спутниковых каналах наиболее часто используются протоколы канального уровня, представленные в табл. 2.2 (иногда их называют транспортными протоколами, но это не означает, что они относятся к транспортному уровню семиуровневой модели OSI) [50,51].
Ограничение пропускной способности спутниковых каналов в многолучевых сетях
Как было отмечено в главе 1 в прямом канале, как правило, применяется стандарт DVB-S(S2), который уже несколько лет применяется в качестве типового решения для подавляющего большинства сетей VSAT. В стандарте DVB-S(S2) представлены данные Es/N0 для различных сигнально-кодовых конструкций (табл. 3.3) [46]. В современных массовых сетях VSAT, действует система адаптации сигнально кодовых конструкций на линии КА-земля. Причем изменение типа модуляции и скорости кодирования осуществляется в тех временных слотах, которые предназначены для VSAT станций, подвергнутых влиянию неблагоприятных условий приема информации (погодные условий и/или воздействия помех). Системы адаптации применяются и для каналов земля-КА. При недостаточной энергетики канала может изменяться и сигнально кодовая конструкция, и осуществляться переход на более узкополосный канал при сохранении сигнально-кодовой конструкции. В табл. 3.4 приведены значения Eb/N0 для наиболее часто встречающихся вариантов сигнально-кодовых конструкций, усредненные по данным многих производителей VSAT оборудования. Соотношение между C/N, Eb/N0 и Es/N0 определяются известными соотношениями [89]. - Rs (l+a)=W - шумовая полоса с учетом фактора roll-off=a; - Rs - символьная скорость. - BW - полоса пропускания канала (BW по уровня спектра -3 дБ примерно равна Rs и в этом случае ES/N0=C/N ). Очевидно, что не все сигнально-кодовые конструкции, указанные в табл.3.3 и 3.4, доступны для применения. Ограничением является достигнутая энергетика радиолинии, которая в свою очередь ограничена не только физической реализуемостью радиотехнических параметров наземного и бортового оборудования, погодными условиями, но и внутрисистемными помехами. Далее будем предполагать, что внешние совокупные помехи от других систем и РЭС находятся на уровне ниже (С/1)вн=25 дБ. Переход от одной сигнально-кодовой конструкции к другой при условии сохранения пропускной способности канала Rb=const сопровождается пропорциональным изменением полосы и мощности.
При работе системы адаптации сигнально-кодовых конструкций, которая имеется в массовых сетях VSAT, наоборот - полоса частот и мощность остаются постоянными AF=const и P=const, а изменяется пропускная способность канала, т.е . Rb const , а ИЗМеНЯеТСЯ В НеКОТОрЫХ Пределах Rb Є (Rbmin, Rbmax) _ Rbmax соответствует сигнально-кодовой конструкции, для которой требуемое Eb/N0 менее Eb/N0, достигнутого в радиолинии; - Rbmin соответствует сигнально-кодовой конструкции, для которой требуется минимальной значение Eb/N0. Критерий спектрального уплотнения информации определяется (1.2) и с учетом того, что выполняется примерное равенство между полосой спектра по уровню -3 дБ и значением символьной скорости, получим приближенную оценку коэффициента спектральной эффективности (с точностью до постоянного множителя (1/8, который опущен, поскольку значения не имеет) - FEC - скорость внутреннего помехоустойчивого кодирования; - m - индекс модуляции (число бит в символе); - квн 1 - коэффициент избыточности за счет внешнего помехоустойчивого кодирования (для DVB-S примерно 1,07, для DVB-S2 примерно 1,01 при отсутствии внешнего кодирования равен 1). Значение rf широко применяется для оценки спектральной эффективности сигнально-кодовых конструкций. К внутрисистемным помехам в первую очередь следует отнести помехи, связанные с конечной развязкой лучей и нелинейностью оборудования (табл. 3.5). Кроме того, нелинейность ФЧХ и неравномерность АЧХ тракта в рабочей полосе сигнала составной радиолинии приводят к деградация Eb/N0 относительно значений, приведенных в табл. 3.3 и 3.4. Помехи, порождаемые в нелинейном стволе бортового ретранслятора, зависят от режима его загрузки и установленных значений усиления по входу и выходу. Наиболее полно совокупность помех характеризует параметр NPR (noise power ratio - общий шумовой коэффициент). Типовая зависимость (C/I)NpR для бортового передатчика в зависимости от величины ОВО (output back off- коэффициент снижения усиления передатчика ствола для достижения заданного линейного режима работы) приведена на рис. 3.10 [88]. Примерно аналогичные данные (рис.3.11) приведены в [73], где так же даны сведения для режима двух несущих, который часто применяется при загрузке лучей для прямых каналов.
Математическая модель оценки технико-экономической эффективности сети VSAT
Процесс предоставления оператором услуг связи сопряжен с обеспечением технико-экономической эффективности функционирования сети с целью достижения минимального срока окупаемости начальных затрат и получения максимальных доходов. Очевидно, что эти вопросы должны решаться как при создании, так и в процессе наращивания (развертывания) и эксплуатации сети. Для анализа технико-экономической эффективности сети необходимо определить ее технико-экономическую модель, которая позволит дать объективную оценку предлагаемым техническим и организационным решениям (в том числе в области тарифной политики), направленным на минимизацию себестоимости услуги связи при обеспечении заданного качества услуги. Как было отмечено в главах 1 и 3 особенностью интерактивных сетей VSAT является наличие ЦС, поддерживающей работу множества АС, объединенных в сеть с топологией "звезда". Типовое построение многолучевой интерактивной сети VSAT предусматривает организацию космического сегмента на основе многолучевого спутника. Земной сегмент, развертывается на основе нескольких ЦС, к каждой из которых приписано определенное число абонентских лучей спутника. Абонентский сегмент состоит из однотипных групп VSAT станций, и работа каждой такой группы поддерживается соответствующей ЦС. Исследованию технико-экономической эффективности сетей спутниковой связи посвящен ряд работ, например [15,16,21]. Однако результаты, представленные в них, ограничиваются в основном анализом и оптимизацией тарифов применительно к спутниковым сетям VSAT, ориентированным на предоставление услуг связи корпоративным клиентам (сети с закрепленными каналами). Математическая модель позволяет учесть технико-экономические аспекты создания интерактивных сетей VSAT, вопросы оптимизации (минимизации) тарифов и тарифных политик с учетом периода окупаемости, канальной скорости и объема трафика для клиента [34,107].
В конечном итоге предоставляется возможность анализировать эффективность интерактивных сетей VSAT и использовать результаты для принятия решений о структуре, достижимых технико экономических параметрах подобных сетей. Также модель позволяет решить важную задачу - оценить чувствительность срока окупаемости к возможным колебаниям основных параметров спутниковой сети. Модель разработана с учетом особенностей рассматриваемого бизнеса и существующей законодательной базы. Структура математической модели представлена на рис. 4.2. Структура затрат (расходов) и доходов содержит единовременные (капитальные) и текущие (эксплуатационные) составляющие. Капитальные затраты определяются расходами на проектирование сети, создание и запуск космических аппаратов (КА), создание наземного комплекса управления (НКУ) КА, создание и развертывание ЦС (включая центр управления сетью и систему биллинга), приобретение и инсталляцию АС, расходы на страхование запуска КА и первого года работы КА на орбите. Эксплуатационные затраты определяются расходами на эксплуатацию НКУ, ЦС (включая расходы на обеспечение круглосуточной работы центра управления сетью и развитие сети), которых в общем случае может быть несколько. Кроме того, следует учитывать расходы на техническое обслуживание, техническую поддержку и ремонт оборудования (ТО, ТП и Р) действующих АС сети, оплату внешнего трафика, организацию каналов сопряжения с внешними сетями, коммерческие расходы, оплату персонала ежегодное страхование работы КА на орбите и прочее.
В случае аренды спутниковой емкости, необходимы капитальные инвестиции только в наземный сегмент, но операционные затраты увеличиваются на стоимость арендной платы за частотный спутниковый ресурс. Доходы в первую очередь определяются оплатой абонентами сети услуг связи (например, пропорционально объему трафика), то есть, сопряжены с денежными поступлениями от АС, работающими в сети (текущие доходы). К доходной составляющей так же относится компенсация расходов на подключение (цена оборудования) и инсталляцию VSAT станции (частичная или полная в виде "оплаты за подключение") и может быть отнесена как к текущим поступлениям (доходам), так и к единовременным (в зависимости от способа оплаты). Важным аспектом технико-экономической эффективности спутниковых сетей является определение и анализ рисков, которые невозможно учесть при моделировании и соответственно оценке результатов.
К основным специфическим рискам проекта создания подобных сетей можно отнести. Риск развития абонентской базы. Это отставание может быть вызвано отсутствием спроса на подключение к сети со стороны населения или отсутствием платежеспособного спроса на услугу или клиентские терминалы. Эта проблема особенно актуальна для России, где ярко выражена дифференциация по доходам в обществе, и уровень жизни в целом значительно ниже, чем в развитых странах. Для управления этим риском на стадии подготовки и в процессе реализации проекта необходимо выполнить комплекс мероприятий: проведение исследований рынка услуг доступа в Интернет для населения и малого бизнеса, мониторинг конкуренции на этом рынке услуг, четкое определение целевого рынка конечных пользователей услуг, формирование прогнозов развития рынка услуг и доли, приходящейся на данную сеть, определение уровня конкурентоспособных цен, разработка и проведение информационно-рекламной компании. Отсутствие достаточной абонентской базы или низкий темп набора абонентов может привести к невозможности окупить вложенные средства и получить прибыль. Модель позволяет на этапе проектирования сети проанализировать чувствительность срока окупаемости к изменению этих параметров для определения их значимости и минимально возможных значений.
