Více

Radiokomunikace 2017: česká nanodružice, internet na palubách letadel i pro TV zpravodajství a WRAN

Poslední dva dny byly na pardubickém setkání věnovány internetu věcí, satelitnímu internetu i pro běžné zákazníky a například i systému KA-SAT.

Minulý týden se ale mluvilo i o mobilních radiokomunikacích a aplikacích, satelitní komunikaci od navigace až po využití satelitů v tzv. Ka-pásmu či problematice spojení v dopravních prostředcích. V posledním dopoledním bloku byla řeč také o internetu věcí, a to jak z technického pohledu rádiových přístupových sítí, tak z pohledu případných hrozeb a nových bezpečnostních výzev.

U některých zajímavých témat se zastavíme podrobněji, ostatní si může čtenář prohlédnout v připojené fotoreportáži.

K TÉMATU: Konference Radiokomunikace 2017 zahájena

Konference Radiokomunikace 2017: vypnutí DVB-T v polovině roku 2020?

Radiokomunikace 2017: ČRa a plány s vysílači pro DVB-T2

VZLUSAT-1 unikátní česká technologická nanodružice o rozměrech pouhých  10 x 10 x 20 cm.
Autor: Václav Udatný

VZLUSAT-1 unikátní česká technologická nanodružice o rozměrech pouhých 10 × 10 × 20 cm.

Aplikace malých satelitů a česká nanodružice

Podrobné informace o úspěšném českém satelitním projektu přednesl na konferenci doc. Jiří Masopust z akademického prostředí Západočeské univerzity.

Dne 23. 6. 2017 v 5:59 SEČ odstartovala z indického vesmírného střediska Satish Dhavan raketa s prvním českým technologickým nanosatelitem na palubě. Tato družice s názvem VZLUSAT-1 navazuje na dvanáctiletou činnost kosmického výzkumu FEL ZČU v Plzni a na PilsenCUBE – energeticky úspornou platformu pro experimentální výzkum na bázi pikosatelitů, využívaných pro experimentální výzkum na nízkých oběžných drahách (LEO) Země, která typicky používá komerčně dostupné elektronické komponenty.

Tato česká družice, v pořadí sedmý český satelit, má hmotnost 2 kg, rozměry 10 × 10 × 20 cm a je na oběžné dráze SSO 520 km s inklinací 98 °. Její životnost je plánována na rok a vysílá na rádiovém kmitočtu 437,240 MHz s výkonem 1 W.

Název satelitu je zkratkou Výzkumného a Zkušebního Leteckého Ústavu (VZLUSAT), který byl koordinátorem projektu konsorcia českých univerzit a firem. Jedná se o první český technologický satelit a je odrazem současného trendu v kosmických technologiích směřujících k miniaturizaci a využívání levných a lehkých satelitů pro vědecké a technologické výzkumy. Přehled experimentů si zájemce může dohledat na výše uvedeném webu. Z kmitočtového hlediska bylo zajímavé, že komunikace řídícího střediska na katedře aplikované elektroniky FEL Západočeské univerzity neprobíhala bez problémů. Jednalo se o interference signálu na Zemi i na satelitu. Indickou raketou bylo společně vypuštěno 29 malých a dva větší satelity. Jen část z nich pracovala ve vyhrazených pásmech, ostatní používaly amatérské kmitočty, včetně té české. Jejich koordinace byla přinejmenším problematická, nerespektovala ani společné vypuštění z jednoho nosiče po 29 minutách letu, ani blízkost řídících zemských stanic, které byly soustředěny na Evropu. Přitom přidělené kmitočty byly velmi blízké (i s odstupem jen 9 kHz), když ještě do hry vstupuje Dopplerův posun kmitočtů, který činí až +/− 10 kHz. Postupem doby, jak se jednotlivé satelity vzájemně od sebe vzdalují a rozprostírají na oběžné dráze, se ale komunikace zlepšuje a řídící středisko se může spolehnout na předané pokyny.

V závěru přednášky si účastníci mohli poslechnout pípání v Morseově abecedě, které zachytila pozemní stanice krátce po vypuštění.

Rozložení kmitočtů používaných systémem KA-Sat odpovídá ITU, příděl pro Region 1, tj. Evropu a Středozemí (duplexní spojení).
Autor: Václav Udatný

Rozložení kmitočtů používaných systémem KA-SAT odpovídá ITU, příděl pro Region 1, tj. Evropu a Středozemí (duplexní spojení).

Datové služby a internet na palubách letadel

Vysokorychlostní internet přes satelity

Tematice se věnovala přednáška Ladislava Císaře, která pojednávala o satelitech pracujících v Ka-pásmu. Vzhledem k tomu, že se jedná o využití kmitočtů 27,5–30 GHz (uplink) a 17,7–20,2 GHz pro sestupnou dráhu, které nejsou širší veřejnosti tak známé, uvádím několik poznámek k této technologii. To je též umocněno tím, že světová konference WARC – 12 vyčlenila sousední pásmo 21,4–22 GHz pro přímé satelitní vysílání (DTH) pro Ultra HD TV. Toto blízké sousedství umožňuje použití jednoho satelitu.

První evropský tzv. HTS (High Throughput Satellite) – družice s vysokou datovou propustností – v pásmu Ka byl společností Eutelsat vypuštěn již koncem prosince v roce 2010 a uveden do plného provozu v květnu 2011 na orbitální pozici 9 °E. Hlavním cílem KA-SATu je vytvoření integrovaného systému pro poskytování širokopásmového internetového připojení pro obyvatelstvo pomocí cenově dostupných bidirekcionálních uživatelských terminálů. Rozložení kmitočtů používaných systémem odpovídá ITU, příděl pro Region 1 (tj. Evropu a Středozemí), a je znázorněno na obrázku výše pro duplexní spojení.

Každý jednotlivý paprsek přes KA-SAT je napájen s šířkou pásma přibližně 250 MHz (označovaný jako kapacita FWD) a terminály v dosahu paprsku mají též kapacitu 250 MHz pro vysílání zpět na KA-SAT (kapacita RTN). KA-SAT vyzařuje z geostacionární dráhy celkem 82 paprsků, každý o 250 MHz, takže celé pásmo zabere přibližně 20 GHz pro přenos informací. To je umožněno tím, že jednotlivé frekvence jsou použity více než jednou v rámci jednoho slotu.

Celkem osm satelitních bran (gateways nebo hubů) tvoří část zemského systému s devíti metrovými anténami, každá o výkonu 500 W. Tyto brány jsou navzájem propojeny plně redundantní zakruhovanou optickou sítí o kapacitě 20 GB + 20 GB. Tato páteřní síť je zpřístupněna přes přístupové body POP. Ty jsou umístěny po dvou v Itálii, Francii a Německu a po jednom ve Španělsku a Velké Británii. Pokrytí KA-SATu je složeno z celkem 82 spotů přibližně o průměru 300 km. Jednotlivé sestupné kmitočty se mohou v tomto buňkovém systému až 20× opakovat a celková datová propustnost systému je přes 70 Gb/s (475 Mb/s na jeden spot). Rozložení po Evropě a pokrytí České republiky názorně vystihují obrázky převzaté z uvedené prezentace.

Přednosti těchto vysokokapacitních satelitů, které jsou používány také nad severoamerickým kontinentem a arabskými zeměmi, jsou širší spektrum, vysokovýkonné paprsky s pokrytím zón v průměru do 300 km, vícenásobné použití jednoho kmitočtu a malé terminálové jednotky. Nevýhodou je, že na kmitočtech v tomto pásmu je mnohem větší útlum při průchodu atmosférou, dokonce útlum nastává i při lehkém dešti vzhledem k vlnové délce, která je srovnatelná právě s dešťovými kapkami. Satelitní kapacita musí být sdílena mezi uživateli, z toho plyne, že čím více uživatelů, tím menší je přidělená kapacita každému jednomu z nich.

Internet a přehrávání videa komerčně i při cestách letadlem

Rozdělení na malé úzké paprsky je nezbytné i pro poskytování telekomunikačních IP služeb na palubách letadel, kde navíc nedochází k útlumu z dešťových mraků, a zejména vezmeme-li v úvahu, že mezi Evropou a Amerikou létá denně 2000 linkových spojů, tedy asi 600 000 pasažérů.

V USA dnes například s technologií ViaSat probíhá denně okolo 3000 komerčních letů. Různé aerolinie přitom mají různou politiku. Například společnost Jet Blue, jako nízkonákladová aerolinie, poskytuje základní službu (www browsing, e-mail, Facebook, Skype atd.) zdarma v ceně letenky, vyšší úroveň (Streaming, TV) pak za poplatek přibližně 5 USD. Jiné aerolinky, které dosud měly smlouvy s operátory v Ku pásmu – American Airlines – přešly nedávno na službu v Ka pásmu. Poskytují ji ale i nadále za úplatu, ale s mnohem vyššími datovými toky a komfortem.

U bezplatné služby (Jet Blue) bylo např. u malého Boeingu 737 (120 pasažérů) možno zaznamenat 150 nebo 160 paralelních připojení, přičemž někteří pasažéři jsou připojeni dvěma přístroji současně. U placených služeb byla penetrace přibližně 40 % pasažérů, kteří tuto službu využívají.

Internet na palubě komerčních letadel je tedy jasná budoucnost a pokrytí pásmem Ka se jeví jako nejlepší a nejjednodušší cesta. Samozřejmě i ostatní satelitní operátoři se snaží přizpůsobit. Inmarsat novými satelity v Ka pásmu (ale s datovou propustností jen 50 Gb/s na zónu) a Intelsat novými transpondéry EPIC v Ku pásmu se zónovou strukturou pokrytí.

Z evropských aerolinií je zajímavá Lufthansa, která využívá systém Panasonic v Ku pásmu, dále El Al, Finnair a SAS, které začínají využívat KA-SAT, a to i na letech do Ruska, jehož evropskou část KA-SAT dobře pokrývá.

Vývoj do budoucna

I v této technologii probíhá vývoj: zatímco dosavadní technologie je v podstatě „bent pipe“ (ohnutá trubka) – na satelitu probíhá vlastně jen kmitočtová konverze, k dalšímu zvýšení propustnosti je nutno využít novou technologii „beam forming“, tedy přepínání zón podle jejich momentálního vytížení. Tuto technologii aplikoval ViaSat při stavbě nového satelitu ViaSat 2, který byl vypuštěn v červnu 2017 a zahájení provozu se očekává v lednu 2018. Satelit má propustnost minimálně 400 Gb/s, bude plně pokrývat území USA, Kanady, Mexika a Atlantský oceán včetně západního pobřeží Evropy až k Paříži. Pokud vše půjde podle plánu, bude to mimo jiné i podstatná báze pro Internet na palubách letadel mezi Evropou a Amerikou. Vize jde však ještě dál. Na léta 2020–2022 ViaSat plánuje vypustit tři satelity pro celosvětové pokrytí, každý s celkovou datovou rychlostí až 1 Tb/s.

Služby KA-SATu pro naše televizní zpravodajství

I když české aerolinie služby internetu na palubách svých letadel dosud neposkytují, a není známo, že by je v nejbližší budoucnosti plánovaly, je Česká republika pokryta čtyřmi zónami KA-SATu, jak uvádí výše uvedený obrázek.

U nás služby satelitního internetu nabízí partner Eutelsatu, společnost INTV, která také měla na konferenci svůj stánek. I když je servis pro individuální zákazníky z oblasti obyvatelstva i obchodu perfektní (až 30 Mb/s na downlinku) a cenově dostupný – okolo 500 Kč měsíčně – není o něm ve veřejnosti širší povědomost. Nabízená služba News Spotter pro televizní zpravodajství umožňuje satelitní přenosy zautomatizovat integrací do IP sítí. Systém funguje tak, že se satelitní terminál přihlásí do sítě operátora a downlink si zajišťuje tento operátor do svého hubu. To přináší nevýhodu v tom, že služba je individualizovaná na principu unicastu (UDP) pro dedikované IP adresy. Vysílatel může provozovat jen své vozy, nemůže vysílat pro někoho jiného nebo si vyměnit signál s jiným. Předplatí si určitý objem dat a pomocí internetové linky z „popu“ operátora může uskutečnit přenosy. Organizačně však není možno přijet na místo a okamžitě začít vysílat. Automatika totiž pracuje tak, že před plánovaným zahájením přenosu musí být všechny systémy na vysílacím terminálu zapnuty minimálně 32 minut před plánovaným zahájením, které má pevně přidělené 15minutové bloky.

Televize místo velkých a těžkých vozů ENG a SNG mohou pro aktuální zpravodajství používat lehké přenosné a cenově přístupné systémy s IP připojením jak pro živé vstupy, tak i pro přenos souborů. Technické a provozní požadavky systém KA-SAT dobře splní a jsou jednoduché: kontribuce videa a audia (RTN), zpětný potvrzovací signál (FWD), dorozumívání přes internetový telefon a přístup k internetu přes web browser.

Televize a internet věcí

Přehledovými a vzdělávacími tématy části konference byly dvě přednášky doc. Václava Žaluda z ČVUT o radiokomunikačních systémech pro internet věcí a popis nového standardu WRAN (Wireless Regional Area Networks) podle standardu IEEE 802.22, který nelicencovaným uživatelům nabízí rychlou pozemní rádiovou komunikaci, jež se díky využití principů kognitivního rádia uskutečňuje v licencovaných televizních pásmech v tzv. bílých místech tam, kde je příslušný kmitočet v daném čase nevyužit. Proto součástí takového domácího terminálu jsou běžné televizní antény, které dynamicky zjišťují právě disponibilní kmitočet v „bílém místě“ (WSTV).

Internet věcí, i se svými hrozbami, při nedostatečném zabezpečení bude hrát významnou úlohu jak v našem osobním životě, tak i životě celé společnosti, televizní technologie nevyjímaje. Jako centrum řízení chytré domácnosti deklarovala i společnost Samsung své televizní přijímače od roku výroby 2016. U nás známý výrobce set-top boxů, německý TechniSat, rovněž nabízí své přístroje, televizory i set-top boxy jako centrály pro řízení chytrého domova na bázi protokolu Z-Wave s přenosovou rychlostí 40 kb/s v bezlicenčních pásmech.

Jaký byl letošní ročník?

Konference Radiokomunikace 2017 opět potvrdila svou jedinečnost v českém prostředí, protože poskytuje přehledy o technologiích, které v dnešní době nabývají na stále větším významu. Jejím letošním obohacením byla možnost kladení otázek elektronickou cestou přímo přednášejícím ke konkrétnímu problému, na které pak panelisté také přímo odpovídali.

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+