Za szczególne zaangażowanie i wkład w opracowanie raportu autorzy dziękują:

Transkrypt

1

2 Foresight Przyszłość technik satelitarnych w Polsce to realizowany przez Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej projekt, którego celem jest ocena perspektyw i korzyści z wykorzystania technik satelitarnych i rozwoju technologii kosmicznych w Polsce. W ramach projektu wypracowana zostanie wizja rozwoju sektora technik satelitarnych i technologii kosmicznych w Polsce. Rekomendacje zebrane w trakcie jego trwania określą priorytetowe obszary rozwoju, których wsparcie ze środków publicznych może przynieść największe korzyści gospodarcze i społeczne.

3 Autorzy: Jakub Ryzenko Anna Badurska Anna Kobierzycka Opracowanie graficzne: Juliusz Łabęcki Za szczególne zaangażowanie i wkład w opracowanie raportu autorzy dziękują: Prof. Andrzejowi Ciołkoszowi, prof. Zbigniewowi Kłosowi, dr inż. Krzysztofowi Kurkowi, prof. Józefowi Modelskiemu, prof. Stanisławowi Oszczakowi, dr Mirosławowi Ratajowi, prof. Januszowi B. Zielińskiemu Podziękowania za czynny udział w I fazie Projektu Foresight autorzy składają: Krzysztofowi Banaszkowi, Leszkowi Bujakowi, Bartoszowi Buszke, prof. Andrzejowi Dąbrowskiemu, Borysowi Dąbrowskiemu, prof. Katarzynie Dąbrowskiej Zielińskiej, dr Izabeli Dyras, prof. Markowi Granicznemu, dr hab. Markowi Grzegorzewskiemu, dr Karolowi Jakubowiczowi, dr hab. Andrzejowi Kijowskiemu, Andrzejowi Kotarskiemu, prof. Adamowi Krężelowi, Arkadiuszowi Kurkowi, Bartoszowi Malinowskiemu, prof. Stanisławowi Mularzowi, dr Markowi Ostrowskiemu, dr Jerzemu Sobstelowi, prof. Cezaremu Spechtowi, Romanowi Wawrzaszkowi, prof. Piotrowi Wolańskiemu, prof. Ryszardowi Zielińskiemu Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 3

4 Spis treści: 1. Zalety łączności satelitarnej 2. Orbity wykorzystywane w łączności satelitarnej 2.1. Znaczenie orbity geostacjonarnej 2.2. Orbita niska w transmisjach telekomunikacyjnych 3. Rynek satelitarnych usług telekomunikacyjnych 4. Ogólne trendy rozwojowe sektora 5. Trzy główne kierunki rozwoju systemów satelitarnych 5.1. Radiodyfuzja satelitarna trendy rozwojowe parametrów technicznych Nowy standard transmisji satelitarnych DVB-S Skutki wprowadzania nowych standardów transmisji satelitarnych dla odbiorcy indywidualnego Nowy system kompresji strumienia video Zmiany w sposobie wyszukiwania treści i rozwój usług typu video na żądanie (VOD Video on Demand) Nowe radiodyfuzyjne rozwiązania technologiczne w wymiarze komercyjnym 5.2. Rozwój satelitarnych rozwiązań mobilnych Satelitarne radio mobilne Współpraca między systemami łączności i lokalizacji satelitarnej Połączenia sieci satelitarnych z sieciami bezprzewodowymi WLAN 5.3. Usługi szerokopasmowe Problemy techniczne związane z zapewnieniem szerokiego pasma transmisji tłumienie transmisji 6. Najważniejsze alternatywy i wyzwania dla rozwoju satelitarnych usług telekomunikacyjnych Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 4

5 Ze wszystkich obszarów wykorzystania przestrzeni kosmicznej w celach użytkowych, łączność satelitarna jest dziedziną przynoszącą obecnie największe zyski komercyjne. Pomimo iż rzadko to sobie uświadamiamy, to właśnie łączność satelitarna umożliwia w dużej mierze działanie światowego sektora rozrywkowego w jego obecnym kształcie, a także jest podstawą funkcjonowania wielu systemów bankowych, usług pocztowych, systemów kontroli rurociągów, gazociągów, wodociągów, sieci sprzedaży i szeregu innych. Telekomunikacyjne zastosowania satelitów geostacjonarnych można podzielić na trzy grupy: rozpowszechnianie treści audiowizualnych, transmisję głosu oraz przesyłanie danych. Perspektywy rozwoju poszczególnych segmentów przedstawiają się następująco: Choć udział segmentu satelitarnego w całości wolumenu światowych transmisji telekomunikacyjnych nie przekracza 5 procent, znaczenie przekazu dokonywanego za pomocą satelitów komunikacyjnych jest kluczowe dla gospodarczego i cywilizacyjnego rozwoju społeczeństw i państw, a możliwości oferowane przez te techniki są trudne do zastąpienia. W roku 2005 na orbicie znajdowało się 536 funkcjonujących satelitów telekomunikacyjnych (z czego 298 na orbicie geostacjonarnej), realizując zarówno transmisję rozsiewczą (tzw. radiodyfuzję: jeden nadajnik-wiele odbiorników) programów telewizyjnych i radiowych, jak i transmisje dwustronne (pojedynczy nadajnikpojedynczy odbiornik, np.: telefonia, dane cyfrowe). Szacuje się, iż w latach kolejnych 176 satelitów zostanie wyniesionych na orbitę geostacjonarną. Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 5

6 1. Zalety łączności satelitarnej Projekt Foresight - sygnał wysyłany przez satelity umieszczone na orbicie geostacjonarnej dociera bezpośrednio na duże obszary: regiony, kraje, a nawet całe kontynenty. Ta właściwość łączności satelitarnej decyduje o jej przydatności zwłaszcza w przypadku usług nadawczych, takich jak radio, telewizja, transmisja danych czy inne, gdzie odbiorcami są liczne i rozproszone grupy użytkowników - łączność satelitarna zapewnia możliwość jednoczesnego dostarczania informacji niezależnie do wielu odbiorców - koszt transmisji przy wykorzystaniu satelitów geostacjonarnych jest niezależny od odległości; bez znaczenia, czy transmisja realizowana jest w obrębie kilkunastu czy kilku tysięcy kilometrów jej koszt pozostaje zawsze stały - sygnał satelitarny może dotrzeć praktycznie wszędzie, bez względu na rodzaj ukształtowania terenu; tereny górzyste, podmokłe, trudno dostępne dzięki łączności satelitarnej zyskują porównywalne szanse na realizację połączeń telekomunikacyjnych jak tereny położone w centrach urbanizacyjnych - czas potrzebny na instalację sprzętu i uruchomienie łączności jest krótki; sygnał satelitarny jest przesyłany bezpośrednio z satelity do użytkownika końcowego bez konieczności inwestowania środków i czasu w budowę nowej infrastruktury kablowej; inwestycje związane z zakupem sprzętu nie są wysokie, a wymagane nakłady mają charakter jednorazowy - systemy satelitarne stanowiąc uzupełnienie systemów naziemnych, zapewniają łączność ze statkami na morzach, samolotami na dużych wysokościach, czy użytkownikami na obszarach gdzie naziemna infrastruktura telekomunikacyjna nie istniała nigdy lub uległa zniszczeniu - dzięki telekomunikacji realizowanej drogą satelitarną możliwe jest realizowanie połączeń zarówno z użytkownikami stacjonarnymi jak i ruchomymi. 2. Orbity wykorzystywane w łączności satelitarnej Dla łączności satelitarnej stosuje się zasadniczo trzy rodzaje orbit: orbitę geostacjonarną (GEO), średnią (MEO) i niską (LEO). Ze względu na swoje szczególne właściwości orbita geostacjonarna ma dla telekomunikacji zdecydowanie najistotniejsze znaczenie. Źródło: Space Foundation Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 6

7 2.1 Znaczenie orbity geostacjonarnej Wiele gazet i czasopism jest redagowanych i opracowywanych graficznie w jednym centralnym ośrodku, ich druk odbywa się natomiast lokalnie często w zupełnie innym regionie lub nawet kraju. W ogromnej liczbie przypadków treść tych czasopism, ich szata oraz układ graficzny są rozsyłane do lokalnych drukarni przy wykorzystaniu łączy satelitarnych Rola orbity geostacjonarnej w telekomunikacji jest kluczowa, zwłaszcza jeśli brane są pod uwagę transmisje radiodyfuzyjne. Prędkość kątowa satelity umieszczonego na orbicie geostacjonarnej jest równa prędkości kątowej Ziemi. W uproszczeniu oznacza to, iż satelita znajduje się przez cały okres swojej pracy dokładnie w tym samym punkcie nad Ziemią. Dlatego wycelowana w niego antena odbiorcy na Ziemi pozostaje w takiej samej pozycji względem odbiornika umieszczonego na satelicie, bez konieczności jej modyfikowania lub dostosowywania. Sygnał z nadajnika naziemnego jest przechwytywany przez odbiornik satelitarny, wzmacniany i transmitowany z powrotem na Ziemię umożliwiając komunikację między punktami oddalonymi od siebie nawet o tysiące kilometrów. Orbita geostacjonarna jest szczególnie atrakcyjna dla usług radiodyfuzyjnych poprzez swoją zdolność do nadawania na bardzo duże obszary. W praktyce, już trzy satelity umieszczone na orbicie geostacjonarnej co 120 wystarczą do pokrycia niemal całego terytorium globu (z wyłączeniem obszarów podbiegunowych poza ok. 70 stopniem szerokości geograficznej). Sygnał transmitowany przez satelitę umieszczonego na tej orbicie może być przechwycony przez nieruchome anteny ustawione gdziekolwiek w zasięgu pokrywanego obszaru, a ten z kolei może mieć wielkość regionu, kraju, a nawet całego kontynentu. Każdy odbiorca umieszczony w zasięgu nadawania satelity jest w stanie odebrać nadawany sygnał posługując się niewielką anteną, zazwyczaj o średnicy cm. Większość światowych agencji informacyjnych używa łączy satelitarnych do rozsyłania tekstu, transmisji dźwięku i obrazu z centrali do swoich filii rozsianych w terenie Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 7

8 2.2 Orbita niska w transmisjach telekomunikacyjnych Na przestrzeni kilku ostatnich lat rozwijane były koncepcje wykorzystywania dla celów telekomunikacyjnych konstelacji satelitów umieszczonych na orbicie niskiej (LEO). Jednakże satelita na niskiej orbicie znajduje się w ruchu względem powierzchni Ziemi i w porównaniu z satelitą geostacjonarnym oświetla znacznie mniejszy obszar. Aby wobec tego zapewnić ciągłą łączność między użytkownikiem a satelitą konieczne jest zastosowanie całej konstelacji, a więc wielu satelitów, które przełączają połączenia pomiędzy sobą, gdy któryś z satelitów znika z pola widzenia terminala naziemnego. Zródło: Systemy LEO dla uzyskania pokrycia całej planety wymagają umieszczenia na orbicie co najmniej kilkudziesięciu satelitów (w praktyce konstelacje mogą liczyć 48, 66, 77, 80 lub nawet 288 obiektów). Okrążają one Ziemię na wysokości kilkuset kilometrów co mniej więcej 90 minut. Korzystając z niższych częstotliwości systemy te zapewniają łączność pomiędzy terminalami mobilnymi. Ze względu na fakt, iż satelity te krążą w dużo mniejszej odległości od Ziemi transmitowany przez nie sygnał jest silniejszy, a dzięki temu anteny odbiorników mogą być mniejsze, podobnie jak zmniejszona może być moc potrzebna do transmisji. W praktyce terminale przypominają telefony komórkowe. Nawet w przypadkach, kiedy emitowane przez telewizję wydarzenia sportowe lub kulturalne odbywają się w odległości zaledwie kilku kilometrów od studia, ich transmisja odbywa się z wykorzystaniem satelitów telekomunikacyjnych Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 8

9 3. Rynek satelitarnych usług telekomunikacyjnych Segment satelitarnych usług telekomunikacyjnych dzielimy na następujące kategorie:» usługi stacjonarne obejmujące dwukierunkowe transmisje do użytkowników nieruchomych FSS (Fixed Satellite Systems) oraz transmisje radiodyfuzyjne (jednokierunkowe) bezpośrednio do użytkowników indywidualnych DBS (Direct Broadcast Satellite): radiodyfuzja transmisja programów telewizyjnych (standard DVB-S) i radiowych połączenia telefoniczne sieci transmisji danych VSAT (Very Small Aperture Terminal) transmisje okazjonalne Projekt Foresight W USA w 2005 roku po ataku huraganu Katrina na obszarze klęski pracowało kilkadziesiąt tysięcy satelitarnych telefonów sieci Iridium i Globalstar, tworząc efektywny system łączności funkcjonujący przez kilka tygodni po katastrofie.» usługi ruchome MSS (Mobile Satellite Systems) obejmujące łączność z użytkownikami będącymi w ruchu: łączność z obiektami ruchomymi (statki, samoloty, pojazdy naziemne) (Inmarsat) satelitarne systemy telefonii komórkowej (Iridium, Globalstar, Thuraya, AceS) systemy transmisji krótkich wiadomości (Orbcomm) sieć rezerwowa dla systemów naziemnych Dla wielu spośród oddalonych od głównych skupisk ludności europejskich miasteczek i wiosek uzyskanie dostępu do Internetu za pomocą klasycznych sieci naziemnych jest nikłą lub odległą w czasie perspektywą. W ich sytuacji geograficznej Internet dostarczany drogą satelitarną stanowi często jedyne efektywne technicznie i kosztowo rozwiązanie Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 9

10 W ostatnich latach rynek usług telekomunikacyjnych rozwijał się Europie w stałym tempie wzrostu około 15 procent rocznie. Rynek łącznościowy reprezentuje lwią część aktywności przemysłowej europejskich producentów urządzeń satelitarnych. Dobra kondycja rynku łączności satelitarnej w skali światowej w dużym stopniu wpływa pozytywnie na stabilność i kontynuację europejskiego przemysłu kosmicznego. Najmłodszym i najdynamiczniej rozwijającym się rynkiem jest radio satelitarne, które w roku 2005 przekroczyło 10 mln odbiorców i odnotowało wzrost przychodów o 165 procent. Szacuje się, iż w roku 2010 liczba odbiorców może wynieść 55 mln. Rynek sprzętu służącego łączności satelitarnej (od domowych anten telewizyjnych, odbiorników radiowych i telefonów satelitarnych po złożone terminale w wozach transmisyjnych) osiągnął w 2005 roku wartość 25 mld USD. Telekomunikacja satelitarna to najbardziej dochodowy segment rynku usług satelitarnych, który wytworzył w 2005 roku ponad 58 mld USD przychodu. Według szacunkó1)w ESA wartość tego rynku w 2010 roku może wynosić 106 mld EUR. Najbardziej dynamiczny wzrost jest oczekiwany w dziedzinie interaktywnych usług szerokopasmowych transmisji danych i video, radia cyfrowego i regionalnych systemów mobilnych. Przeszło 2/3 przychodów pochodzi z nadawania programów telewizyjnych. W ciągu 10 lat, m.in. dzięki wprowadzeniu platform cyfrowych, globalne możliwości dystrybucji obrazów wideo przez satelity wzrosły 187- krotnie, a wartość rynku nadawczego z 1,5 mld USD w 1995r. do 22,5 mld w 2001r., kiedy to istniało ok. 45 mln. indywidualnych odbiorców. Obecnie ta liczba wynosi ok. 80 mln i może wzrosnąć do 100 mln w roku Usługi wynajmu łączy satelitarnych, które przyniosły w roku 2003 przychody w wysokości 1 mld USD, rozwijać się będą w znacznym stopniu napędzane zapotrzebowaniem wojskowym (realizowanym poprzez zakup usług na rynku komercyjnym). Zakupy takie mogą osiągnąć wartość 4,8 mld w roku Usługi łączności mobilnej generują obecnie jedynie 5 procent przychodów sektora. Z ogólnej sumy 155 satelitów wystrzelonych przy pomocy rakiety Ariane 4 w czasie trwania jej fazy operacyjnej satelitów miało przeznaczenie telekomunikacyjne. Według szacunków Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) telekomunikacja będzie stanowić około 90 procent wartości ładunków satelitarnych znajdującej się obecnie w użyciu rakiety Ariane-5. Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 10

11 4. Ogólne trendy rozwojowe sektora Projekt Foresight Jednym z istotnych czynników rozwoju łączności satelitarnej w ciągu kilkunastu najbliższych lat będzie wzrost zapotrzebowania na usługi szerokopasmowe, przy czym zakłada się, że zwiększony popyt widoczny będzie głównie po stronie użytkowników instytucjonalnych. Satelitarne systemy szerokopasmowe służyć będą jako uzupełnienie systemów naziemnych (światłowodowych i radiowych) pozwalając na zapewnienie usług łącznościowych użytkownikom nie posiadającym dostępu do sieci naziemnych. Obserwowana od kilku lat tendencja do zapewnienia użytkownikom systemów łączności pełnej mobilności będzie utrzymana i pogłębiona w ten sposób, aby użytkownik mógł korzystać z systemu niezależnie od swojej lokalizacji i niezależnie od istniejącej infrastruktury naziemnej. Na najbliższe lata prognozowany jest wzrost popytu na tańsze, mniejsze, i lżejsze urządzenia odbiorczonadawcze, charakteryzujące się zwiększoną niezawodnością i coraz lepszymi parametrami technicznymi. Tego typu zapotrzebowanie obserwowane jest we wszystkich segmentach rynku usług i technik satelitarnych, wzmagając potrzebę innowacyjności i wprowadzania nowych rozwiązań. Przewiduje się, że satelitarne usługi nadawcze będą docierać w nadchodzącej przyszłości w nowe regiony geograficzne i do nowych grup społecznych, zwłaszcza wszędzie tam, gdzie nie istnieje infrastruktura naziemna, lub gdzie uległa ona zniszczeniu. od kilkunastu lat tendencja do komplikowania układów umieszczonych na samym satelicie (zwiększenie transmitowanej mocy, większe anteny, obróbka i przetwarzanie sygnałów na pokładzie satelity) otwierająca możliwość redukcji masy i ceny terminali naziemnych (zarówno przenośnych jak i stałych). W dalszej perspektywie można przewidywać powstanie systemów łączności z wykorzystaniem satelitów umieszczonych na orbitach MEO (charakteryzują się one obniżonymi kosztami w porównaniu do systemów LEO oraz wydłużonym czasem życia około lat). W celu zwiększenia pojemności systemów satelitarnych od dłuższego czasu stosuje się już zwielokrotnianie przestrzenne i polaryzacyjne sygnałów nadawanych w tych samych pasmach częstotliwości, a w ostatnich latach zaczęto stosować anteny wielowiązkowe z dynamicznie sterowanymi charakterystykami promieniowania oraz realizować transmisje w paśmie Ka (20/30 GHz). Zostanie utrzymana tendencja wzrostu znaczenia pasma Ka, podobnie jak wywołany nią wzrost liczby transponderów satelitarnych pracujących w tym paśmie. 50 do 60 procent przychodów generowanych przez europejski przemysł kosmiczny (około 5 miliardów EUR) pochodzi z produkcji lub umieszczania w przestrzeni kosmicznej satelitów komunikacyjnych. Przewiduje się, iż w najbliższych latach rozwój telekomunikacji satelitarnej opierać będzie się w dalszym ciągu o wykorzystanie satelitów umieszczonych na orbitach GEO (prognozy oscylują wokół 10 wyniesień rocznie). Utrzymana zostanie obserwowane Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 11

12 5. Trzy główne kierunki rozwoju systemów satelitarnych Analizy eksperckie przewidują rozwój satelitarnych systemów łączności w trzech głównych kierunkach: A. radiodyfuzja systemy transmisji rozsiewczych DBS programy telewizyjne oferowane w standardzie DVB-S i DVB-S2 wzrost liczby oferowanych programów wprowadzenie telewizji wysokiej rozdzielczości HDTV rozwój radia satelitarnego wprowadzanie usług dodatkowych (np. telemarketing) Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 12

13 B. systemy transmisji danych szybki internet dane do użytkownika przesyłane przez satelitę jako jeden ze strumieni w cyfrowej transmisji TV w standardzie DVB-S, przy realizacji kanału zwrotnego przez naziemną sieć telefoniczną (np. OpenSky, DirectPC w USA) interaktywne szerokopasmowe systemy transmisji z kanałem zwrotnym przez satelitę stosujące satelitarne terminale użytkowe, które są w stanie nadawać sygnały w kierunku satelity; wykorzystanie transponderów istniejących satelitów, a w przyszłości zastosowanie satelitów z podziałem oświetlanego obszaru na wiele wiązek, celem zwiększenia całkowitej pojemności systemu, omijając ograniczenie liczby aktywnych użytkowników przy pojedynczej wiązce oświetlającej duży obszar C. systemy łączności ruchomej systemy satelitarnej telefonii komórkowej wykorzystujące konstelacje satelitów na orbitach LEO (Iridium, Globalstar), oraz satelitów dużej mocy na orbitach GEO (Thuraya, ACeS), na obszarach bez infrastruktury stałej, głównie poza Europą systemy łączności z obiektami ruchomymi: samolotami, statkami, samochodami systemy łączące sieci bezprzewodowe WLAN z siecią szkieletową realizowaną przez satelity rozwój łączności dwukierunkowej przez satelity geostacjonarne do momentu, gdy sieci naziemne pokryją swoim zasięgiem całość obszarów zamieszkanych w dalszej perspektywie 2020 r. prawdopodobnie zostaną podjęte prace nad budową interaktywnego szerokopasmowego systemu transmisji danych z kanałem zwrotnym przez satelity LEO o zasięgu ogólnoświatowym, pojawią się przetwarzanie pokładowe i łączność pomiędzy satelitami bez udziału stacji naziemnych Źródło: Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco sieci VSAT zapewniające dwustronną interaktywną łączność między użytkownikami poprzez satelitę; ich szybki rozwój przewidywany jest w krajach rozwijających się, gdzie występuje niedobór odpowiedniej infrastruktury telekomunikacyjnej (Afryka, Azja, Ameryka Płd). W Polsce dla sieci VSAT przewidywane są raczej specjalne zastosowania (łącza zapasowe), ponieważ w zastosowaniach indywidualnych będą one wypierane przez sieci naziemne przykładowo WiMax Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 13

14 5.1 Radiodyfuzja satelitarna trendy rozwojowe parametrów technicznych Jak wcześniej wspominano, systemy satelitarne są idealnym rozwiązaniem dla transmisji rozsiewczych, w których ten sam sygnał dostarczany jest jednocześnie do wielu odbiorców (nie wymagając transmisji w kierunku przeciwnym) np. programów telewizyjnych i radiowych. Od początku lat 80-tych istnieje możliwość odbioru programów z satelity przez użytkowników indywidualnych, wyposażonych w zestawy odbiorcze z antenami o średnicach 1,2 1,8 m. Zastosowanie kodowania sygnału telewizyjnego MPEG2 pozwoliło na transmisję przez transponder satelity kilku programów cyfrowych (standard DVB-S, wprowadzony w 1995), zamiast pojedynczego programu z modulacją analogową, co doprowadziło do znacznego wzrostu liczby programów oferowanych odbiorcom. Obecnie nadawanych jest kilkanaście tysięcy programów telewizji cyfrowej, stanowiących ponad 60% wszystkich sygnałów transmitowanych przez satelity. Według wszelkich dostępnych prognoz transmisje radiodyfuzyjne programów radiowych i telewizyjnych pozostaną najlepiej rozwijającą się gałęzią usług satelitarnych w nadchodzących latach. Walka o klienta prowadzona przez europejskich nadawców telewizyjnych wymusza uruchamianie kolejnych programów tematycznych. Impulsem technologicznym jest rozpoczęcie na szeroką skalę komercyjnych emisji programów w technologii HDTV (High Definition TV), która zaoferuje w przyszłości klientowi końcowemu niespotykaną dotychczas jakość odbioru. Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 14

15 5.1.1 Nowy standard transmisji satelitarnych DVB-S2 Większa ilość przesyłanych danych wymaga większej pojemności satelitów radiodyfuzyjnych. Obecnie najpopularniejsze pozycje satelitarne nie mają już rezerw pojemności. Wymusi to stopniowe wprowadzenie nowego standardu transmisji satelitarnej DVB-S2. Digital Video Broadcasting - Satellite - Second Generation jest drugą generacją standardu transmisji satelitarnej i rozwinięciem poprzedniego standardu DVB- S. Nowy standard DVB-S2 umożliwi zwiększenie o około 30 procent całkowitej przepływności transpondera satelitarnego i tym samym obniżenie kosztów nadawania pojedynczych programów. Zastosowanie standardu DVB-S2 w połączeniu z nowoczesnym kodowaniem obrazu MPEG-4/AVC umożliwia emisję w pojedynczym transponderze podobnej liczby programów HDTV, co nadawanych obecnie programów w standardowej rozdzielczości SDTV Skutki wprowadzania nowych standardów transmisji satelitarnych dla odbiorcy indywidualnego Zastosowanie nowych standardów DVB- S2 / MPEG-4 / VC-1 / HDTV wiąże się z koniecznością wymiany sprzętu odbiorczego znajdującego się w dyspozycji użytkowników indywidualnych. Wymianę odbiorników rozpoczęły już płatne platformy cyfrowe. Przykładem jest tu nowa platforma n grupy ITI, która wchodząc na rynek oferuje urządzenia obsługujące nowe standardy DVB-S2 / MPEG-4 / HDTV. Umożliwia to zwiększenie atrakcyjności oferty programowej dla klienta. Niestety według przewidywań wymiana terminali satelitarnych przez klientów indywidualnych może być znacznie rozciągnięta w czasie. W początkowym okresie będzie ona związana z zakupem nowego sprzętu przez nowych widzów oraz powolną wymianą terminali przez obecnych klientów. Przewiduje się, że dopiero w okolicach 2009 roku liczba odbiorników DVB-S2 osiągnie poziom pozwalający na ekonomicznie uzasadnione nadawanie większej liczby programów niekodowanych FTA (free to air) w nowym standardzie. Po osiągnięciu pewnej masy krytycznej około roku 2012 większość emisji będzie nadawana wyłącznie w nowym systemie. Towarzyszyć temu będzie przechodzenie nadawców na system telewizji wysokiej rozdzielczości HDTV Nowy system kompresji strumienia video Obecnie najpopularniejszym systemem kompresji treści audiowizualnych jest standard MPEG-2. Rozpoczął się już jednak proces przechodzenia nadawców na około dwukrotnie wydajniejszy standard MPEG-4/ AVC. Dużą wadą obecnych metod kompresji strumienia video MPEG-2/MPEG-4 jest jednak ich słaba skalowalność, brak możliwości pracy przy bardzo małych przepływnościach. Około 2015 roku przewidywane jest wyparcie tych Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 15

16 systemów przez nowe systemy kompresj. Z dużym prawdopodobieństwem można przewidzieć, że przyszłościowe metody kodowania treści wizyjnych będą oparte na szczegółowej analizie składników obrazu i wyodrębnianiu poszczególnych obiektów. Części składowe obrazu będą reprezentowane w tym przypadku przez wektory krawędzi i tekstury. Obraz wynikowy tworzony będzie podobnie jak obecnie generowana jest grafika 3D w systemach komputerowych. Zalążkiem nowego podejścia są już obecnie istniejące standardy opisu treści multimedialnej MPEG- 7 oraz MPEG-21. Warunkiem dalszego rozwoju jest tutaj, z uwagi na olbrzymią wymaganą moc obliczeniową, zachowanie obecnego tempa wzrostu mocy obliczeniowej komputerów osobistych. Efektem zmiany podejścia do kodowania będzie zanik pojęcie rozdzielczości obrazu, jedynym kryterium oceny jakości sceny będzie ilość szczegółówunikalnych obiektów obecnych w scenie. rozwój systemów 3D. Prawdopodobnie, za około 15 lat kolejna rewolucja technologiczna podobna do wprowadzanych obecnie trybów HDTV będzie dotyczyła telewizji 3D. Działające obecnie systemy telewizji trójwymiarowej polegają na transmisji podwójnego strumienia danych wideo dla każdego oka osobno i nie są atrakcyjne dla odbiorcy końcowego. Usługi VoD przeżywają obecnie dynamiczny rozwój, który z czasem może zostać wzmocniony możliwościami rozsyłu satelitów umieszczonych na orbicie geostacjonarnych Nowe radiodyfuzyjne rozwiązania technologiczne w wymiarze komercyjnym Strumień danych do odbiorcy będzie mógł być dynamicznie zmieniany w zależności od możliwości sprzętu i dostępnego pasma transmisji odbędzie się to dzięki eliminowaniu ze scen mniej znaczących obiektów Zmiany w sposobie wyszukiwania treści i rozwój usług typu video na żądanie (VOD Video on Demand) Dodatkowo nowy standard transmisji satelitarnej wprowadzi rewolucję w sposobie wyszukiwania treści, co w znakomity sposób przysłuży się rozwojowi usług typu wideo na żądanie (VOD - Video On Demand). Dokładny opis położenia obiektów w scenie umożliwi dynamiczne i indywidualne sterowanie widokiem kamery, jak również dynamiczny Analizując obecne trendy rozwojowe oraz dynamikę wzrostu dochodów segmentu transmisji radiowo-telewizyjnych należy spodziewać się coraz większej popularności odbioru satelitarnego. Tym bardziej rozwój sieci kablowyc, głównego konkurenta odbioru satelitarnego, jest ekonomicznie uzasadniony tylko na obszarachh o dużej gęstości zaludnienia Szczególnie na młodych rozwijających się rynkach takich jak Chiny, gdzie ilość działających sieci kablowych jest niewielka, telewizja satelitarna będzie najprawdopodobniej rozwijała się z niesamowitą dynamiką. W warunkach europejskich przy dużej penetracji rynku przez sieci kablowe szansą telewizji satelitarnej są płatne platformy satelitarne oferujące klientowi całościową, znacznie szerszą ofertę programową niż sieci kablowe. Jeszcze w 2001 roku, gdy łączyły Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 16

17 się platformy cyfrowe CANAL+ oraz WIZJA TV przewidywano, że na polskim rynku jest miejsce tylko dla jednej takiej platformy. Obecnie działają już trzy platformy cyfrowe CANAL+ z 850 tysiącami abonentów, POLSAT CYFROWY z 1.0 milionem abonentów, oraz nowa platforma grupy ITI n z około 50 tysiącami abonentów. Konkurencja na rynku oraz zmniejszenie kosztów związanych z nadawaniem satelitarnym powoduje, że platformy cyfrowe mają obecnie lepszą i tańszą ofertę od wielu sieci kablowych. Coraz więcej klientów będzie odbierało przekazy satelitarne, co najmniej do czasu, kiedy popularność zaczną zdobywać rozwiązania mobilne. 5.2 Rozwój satelitarnych rozwiązań mobilnych Geneza rozwoju satelitarnej łączności ruchomej wiąże się z powstałym w początkach lat 80-tych systemem Inmarsat, który po raz pierwszy stworzył możliwości zapewnienia łączności ze statkami na morzach. Dalszy rozwój technologiczny, który umożliwił zastosowanie mniejszych anten i terminali, umożliwił powstanie rozwiązań zdolnych zapewnić łączność z pojazdami naziemnymi (samochody dostawcze) oraz samolotami. Na przełomie XX i XXI wieku uruchomiono pierwsze satelitarne systemy telefonii komórkowej - Iridium i Globalstar - wykorzystujące konstelacje satelitów na orbitach niskich LEO oraz Thuraya i ACeS (Asia Cellural System) używające pojedynczych satelitów na orbicie geostacjonarnej. Rozwój mobilnych sieci komórkowych został jednakże postawiony pod znakiem zapytania przez porażkę rynkową, jaką poniosły Irydium i Globalstar w niedawnej przeszłości. Problemy związane z małym zapotrzebowaniem na usługi tych systemów zatrzymały prace nad kolejnymi systemami. Do porażki satelitarnych systemów komórkowych przyczynił się zwłaszcza sukces telefonii naziemnej, głównie GSM, która dzięki usługom roamingu międzynarodowego zapewnia prawie globalny zasięg przy znacznie mniejszych kosztach i mniejszych, lżejszych terminalach niż wymagane przez rozwiązania satelitarne. Dodatkowo rozwój technologiczny końca lat 90-tych pozwolił na realizację systemów satelitarnej telefonii komórkowej w oparciu o satelity na orbicie geostacjonarnej. Najnowsze prognozy wskazują jednakże, iż rozpowszechnienie w Europie na szeroką skalę telefonii 3 generacji UMTS przyczyni się do gwałtownego rozwoju rynku satelitarnych usług mobilnych Satelitarne radio mobilne Olbrzymi sukces radia satelitarnego w USA zachęca do uruchomienia podobnej emisji w Europie. Ważną kwestią pozostaje jednak uzgodnienie odpowiedniego zakresu częstotliwości dla planowanej emisji na kontynencie europejskim. Dodatkowo z uwagi na pełne pokrycie Europy rozgłośniami radiowymi UKF FM większym zainteresowaniem odbiorców prawdopodobnie cieszyć się będą transmisje multimedialne odpowiednik S-DMB (Digital Multimedia Broadcasting) skierowane do posiadaczy telefonów 3G i urządzeń PDA. Pierwsze emisje planowane są wspólnie przez spółki SES ASTRA i EUTELSAT w paśmie S z satelity Eutelsat W2A na początek 2009 r. Źródło: Space Foundation Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 17

18 Zastosowanie do emisji satelitów geostacjonarnych wiąże się jednak z koniecznością doświetlania obszarów miejskich dodatkowymi nadajnikami. Jest to spowodowane niskim kątem widoczności nad horyzontem satelitów geostacjonarnych. Do zapewnienia dla systemu GEO ogólnoeuropejskiego pokrycia konieczna jest budowa ponad 2,500 przekaźników systemu w większych miastach. Znacznie ciekawszym rozwiązaniem jest zastosowanie orbit eliptycznych EEO, HEO typu Molnya ~12hr, Tundra ~24hr. Dzięki swoim właściwościom umożliwiają one uzyskanie quasigeostacjonarnej pozycji przy zastosowaniu trzech satelitów. Dzięki temu sygnał z satelitów odbierany będzie w znacznie większej liczbie miejsc, co podnosi atrakcyjność oferowanych usług. System HEO do zapewnienia pokrycia wymaga około przekaźników w obszarach najbardziej zurbanizowanych oraz w tunelach. Jest to cenna zaleta w porównaniu do systemów opartych na satelitach GEO. Dzięki znacznej przepustowości, która przekłada się na dużą liczbę oferowanych kanałów, oraz dzięki dużej dostępności systemy satelitarne mogą już w latach stanowić platformę dla wielu ciekawych i innowacyjnych zastosowań, a także potencjalnie mogą stworzyć nowy rynek usług o znacznym rozmiarze Współpraca między systemami łączności i lokalizacji satelitarnej Połączenia sieci satelitarnych z sieciami bezprzewodowymi WLAN Interesującym rozwiązaniem na przyszłość jest połączenie sieci satelitarnych z sieciami bezprzewodowymi WLAN. W takim połączeniu punkt dostępowy zapewniałby łączność z użytkownikiem końcowym, natomiast łącze satelitarne pełniłoby rolę sieci szkieletowej, zapewniając połączenie z siecią internet. W taki sposób wykorzystując tanią technologię sieci bezprzewodowych można obniżyć koszty korzystania z łącza satelitarnego, które są dzielone pomiędzy wielu użytkowników znajdujących się w zasięgu punktu dostępowego. Wydaje się, że jest to idealne rozwiązanie dla zapewnienia taniego dostępu do szybkiego internetu w dowolnym miejscu na Ziemi znajdującym się w zasięgu satelity, niezależnie od istniejącej infrastruktury naziemnej. Taki model dostępu do internetu umożliwia zaoferowanie użytkownikom nowych rodzajów usług np. dostępu do internetu w pociągach, samolotach, autokarach. Obecnie pracuje ponad 1000 punktów dostępowych WLAN włączonych do sieci internet przez łącze satelitarne, a przewiduje się że do roku 2008 może ich być około 100 tysięcy. Od jakiegoś czasu w niektórych liniach lotniczych działa już usługa dostępu do internetu dla pasażerów samolotów na trasach międzykontynentalnych. Niebawem podobna usługa może zostać udostępniona pasażerom statków. Poważnym motorem dla rynku rozwiązań mobilnych okaże się zapewne współpraca z systemami lokalizacji satelitarnej. Systemy GPS, Galileo, Glonass osiągną około 2012 r. pełnię swoich możliwości operacyjnych i umożliwią pozyskanie dużej grupy nowych użytkowników korzystających z satelitarnych systemów transmisji danych. Źródło: ESA Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 18

19 5.3 Usługi szerokopasmowe Eksperci wskazują, iż w satelitarnych systemach szerokopasmowych w miejsce zapowiadanej jeszcze kilkanaście lat temu rewolucji wynikającej z uruchomienia systemów LEO, obserwujemy obecnie raczej ewolucję opartą na wykorzystaniu satelitów na orbitach GEO i standardzie DVB-S do transmisji danych cyfrowych. W analizach eksperckich usługi szerokopasmowe są charakteryzowane jako długoterminowe źródło rozwoju systemów satelitarnych. Nowe usługi szerokopasmowe dostępne dla rosnącej liczby użytkowników, takie jak szybki dostęp do internetu, dwustronne przesyłanie dużej ilości danych, tele- i wideokonferencje, rozsiewcze transmisje radiowe i telewizyjne o wysokiej jakości, czy wreszcie radio i telewizja na żądanie powodują wzrost zapotrzebowania na szybkość transmisji, prowadząc do powstania szerokopasmowych systemów łączności. Względy ekonomiczne uzasadniają budowę naziemnych (przewodowych i radiowych) systemów realizujących szerokopasmowe usługi multimedialne na obszarach o dużej gęstości zaludnienia i rozwiniętej infrastrukturze telekomunikacyjnej. Dla pozostałych obszarów rozwiązaniem wydają się być systemy satelitarne. Jednak istniejące klasyczne satelity nawet w połączeniu ze sprzętem naziemnym nowej generacji (kanał zwrotny przez satelitę) nie są w stanie objąć całego rynku nieobsługiwanego przez systemy naziemne, z powodu wysokich kosztów i ograniczeń pasma częstotliwości. Konieczna jest budowa nowych systemów zapewniających znacznie większą pojemność całkowitą i znacznie mniejsze koszty wykorzystania pasma. Jednocześnie nowy system musiałby spełniać wymagania użytkownika, charakteryzując się dużą elastycznością w dopasowaniu się do specyficznych grup odbiorców oraz rodzajów usług i oferować niezawodność pracy i bezpieczeństwo przesyłanych danych. Zakłada się, że główną grupę użytkowników systemu mogliby stanowić klienci Projekt Foresight instytucjonalni i korporacyjni, którzy obecnie mogą już korzystać z systemów naziemnych. System satelitarny mógłby być wykorzystany przez nich w przypadku jego ewentualnej kompatybilności z innymi stosowanymi obecnie systemami. Duże koszty emisji satelitarnych, relatywnie małe przepływności i efektywności widmowe oraz duże opóźnienia w transmisji powodują, że powszechny dostęp do sieci internet z wykorzystaniem satelitów geostacjonarnych, zarówno jednokierunkowy jak i dwukierunkowy, nie stanowi alternatywy dla przyszłych sieci naziemnych. Internet satelitarny doskonale sprawdza się jednak w zastosowaniach specjalnych, tam gdzie nie ma dostępu do stałej infrastruktury oraz jako łącza rezerwowe dla dużych firm. Nie bez znaczenia jest również łączność w sytuacjach kryzysowych, połączenia dla służb rządowych i militarnych. Zgodnie z tym, o czym wspominano wyżej systemy satelitarne znajdą również zastosowanie do zapewniania łączności z internetem dla pasażerów samolotów statków czy szybkich pociągów, oraz na terenach bez infrastruktury naziemnej, zwłaszcza dopóty, dopóki bezprzewodowe sieci naziemne nie pokryją swoim zasięgiem całości obszarów zamieszkanych. Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 19

20 5.3.1 Problemy techniczne związane z zapewnieniem szerokiego pasma transmisji tłumienie transmisji Usługi szerokopasmowe dostępne dla dużego grona odbiorców wymagają zapewnienia szerokiego pasma transmisji. Szersze pasmo osiągnąć można obecnie jedynie zwiększając częstotliwość pracy systemu. Limitem jest tu głównie postęp techniczny w budowie sprzętu mikrofalowego. Dodatkowe ograniczenia w pracy systemów stanowi zróżnicowane tłumienie wprowadzane przez atmosferę. Systemy szerokopasmowe wykorzystują obecnie głównie pasma Ku i Ka, z uwagi na mały koszt sprzętu oraz dużą odporność na zmienne warunki atmosferyczne. Systemy pracujące w tych pasmach nie zapewniają jednak wystarczającej przepływności. Zwiększanie się wymagań użytkowników szybko wymusi stosowanie coraz wyższych pasm częstotliwości. Wyższe pasmo pracy umożliwia równie stosowanie anten o mniejszej średnicy (przy wymaganej kierunkowości). Do pracy w paśmie C konieczne są anteny o średnicach 2-3 m. Pasmo Ku wymaga anten o średnicach ok. 1 m, a na paśmie Ka wystarczą anteny o średnicach ok. 0.5 m. Ograniczeniem zastosowania wyższych częstotliwości są jednak fizyczne warunki propagacji fali elektromagnetycznej. danym rejonie. Kolejne, tym razem bardzo silne tłumienie sygnału występuje na częstotliwości 60 GHz i związane jest z absorbują promieniowania przez cząsteczki O2. Zmiana tłumienia przekraczają tutaj 10 db/km, co całkowicie uniemożliwia pracę systemów satelitarnych w pobliżu tego zakresu. Kolejne okno częstotliwościowe możliwe do wykorzystania do transmisji satelitarnej rozpoczyna się w okolicach 85 GHz i ma szerokość około 20 GHz. Efektem zmian tłumienia wraz ze zmianami atmosferycznymi jest ograniczenie pewności świadczonych usług. Ma to bardzo duże znaczenie w przypadku łączy rezerwowych, które powinny zapewniać łączność z dużą gwarantowaną pewnością. Mniejsze znaczenie ma to przy zapewnieniu dostępu do internetu odbiorcom indywidualnym. Pierwsze ograniczenie w pracy systemów satelitarnych pojawia się w okolicach 22 GHz i związane jest z absorpcją przez cząsteczki H2O, zmiana całkowitego tłumienia jest jednak niewielka i wynosi zwykle około 0,2 db/km. Tłumienie pogarsza się jednak gwałtownie podczas opadów atmosferycznych i często osiąga wartości dochodzące nawet do 30 db/km w obszarze burzowym. Powoduje to, że systemy pracujące powyżej pasma Ku (14,5 GHz) powinny posiadać adaptacyjne mechanizmy kontroli mocy i trybu nadawania. Systemy przyszłości powinny również umożliwić dynamiczną zmianę pasma w przypadku wystąpienia silnych opadów w Polskie Biuro do spraw Przestrzeni Kosmicznej 20