©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

ZASTOSOWANIA ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ NA OBSZARACH OTWARTYCH

Łączność satelitarna na terenach otwartych jest możliwa zarówno przy wykorzystaniu satelitów
geostacjonarnych (GEO), jak i niskoorbitowych (LEO). W tym pierwszym przypadku, najbardziej popularne
obecnie są systemy Inmarsat.


Systemy Inmarsat

Systemy Inmarsat powstały jako sieć globalna, służąca głównie komunikacji
morskiej i spajająca istniejące już systemy łączności ratunkowej (SafetyNET,
NAVTEX). Dalsza rozbudowa pozwoliła rozszerzyć zastosowanie sieci
również na komunikację lądową.

Inmarsat,

jako

firma

międzynarodowa,

ś

wiadczy

szereg

usług

telekomunikacyjnych, głównie łączność telefoniczną, faks, dostęp do sieci
Internet i szereg specjalistycznych usług dla jednostek morskich i lotniczych.
Inmarsat posiada 10 satelitów GEO umieszczonych na orbicie w przeciągu
ostatnich 16 lat (generacje I-2 i I-3 oraz dwa satelity I-4). Satelity te
pozwalają uzyskać zasięg światowy do szerokości geograficznej 70° zarówno
na półkuli północnej jak i południowej. Projektowany był również system
Inmarsat P, oparty na satelitach krążących po orbitach o wysokości około
10 tys. kilometrów, ale nie został on uruchomiony.

Satelity I-2 i I-3 wykorzystują satelitarne pasma częstotliwości L (1-2 GHz) i C (4-8 GHz). Najstarszy system,
Inmarsat A, został wprowadzony w 1982 roku. Był to jeszcze system analogowy, przez co dość podatny na
zakłócenia atmosferyczne. Zapewniał podstawowe usługi, tj. łączność radiotelefoniczną, dalekopisową (Telex),
faks oraz transmisję danych. Wszystkie następne systemy były już cyfrowe.

Obecnie firma oferuje szeroką gamę rozwiązań, od systemów transmisji danych i głosu z szybkością 2.4 kbit/s
aż po techniki ISDN (Integrated Services Digital Network) – przepustowości kilkuset kbit/s. Wśród terminali
można znaleźć zarówno ważące kilkadziesiąt kilogramów aparaty stacjonarne (np. Inmarsat Fleet), przeznaczone
dla jednostek morskich, jak i wersje przenośne (Inmarsat Mini-M) w rozmiarze laptopa. Proponowane usługi to
połączenia telefoniczne, faks, transmisja danych i dostęp do Internetu, a także typowo morskie związane z
komunikacją między załogą i serwisami meteorologicznymi. Średnice anten wynoszą od 30 do 90 centymetrów.
W niektórych wariantach możliwe są dodatkowe przystawki HSD zwiększające szybkość transmisji danych –
wykorzystujące połączenia ze stacjami znajdującymi się na wybrzeżu.

W roku 2005, na orbitę GEO zostały wyniesione dwa satelity nowej generacji Inmarsatu – I-4. Za pomocą
satelitów I-4, Inmarsat rozpoczął świadczenie usług transmisji głosu, obrazu i danych z szybkością do 492 kbit/s.

Systemy GEO o zasięgu regionalnym

Istnieją również systemy satelitarne działające w oparciu o satelity geostacjonarne, ale świadczące usługi tylko w
pewnym regionie geograficznym. Przykładem jest Thuraya – system należący do konsorcjum firm z Bliskiego
Wschodu. Thuraya wykorzystuje dwa, nadające z dużą mocą satelity GEO, wyposażone w wielowiązkowe
anteny umożliwiające łączność na terenie Europy, Bliskiego Wschodu, części Azji oraz w Północnej i
Ś

rodkowej Afryce. Terminale Thuraya to przenośne telefony, które mogą również korzystać z lokalnych sieci

GSM, jak również wyznaczać pozycję abonenta przy pomocy zainstalowanego modułu GPS. Możliwa jest
również łączność z siecią Internet z telefonu lub przy użyciu przenośnego modemu (szybkość transmisji do
144 kbit/s), który można dołączyć do laptopa.

Podobną funkcję spełnia system AceS. Geostacjonarny satelita o dużej mocy – Garuda-1 pozwala na łączność z
obszarów Południowo-Wschodniej Azji, w Indiach, Chinach i Australii. Również tutaj do dyspozycji są
niewielkie telefony, które są w stanie korzystać z naziemnych sieci GSM, a także większe, przenośne terminale
umożliwiające dostęp do Internetu (szybkość transmisji do 256 kbit/s).

Satelita Inmarsat I-4.
Źródło: ESA (http://www.esa.int/)

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

Systemy niskoorbitowe LEO

Systemy Inmarsat mają kilka zasadniczych wad wynikających z konieczności prowadzenia łączności przez
satelity GEO. Wysokość orbit (35 786 km) sprawia, że ta łączność wiąże się z bardzo dużymi opóźnieniami –
transmisja sygnału radiowego na orbitę GEO i z powrotem to około ćwierć sekundy. Opóźnienia te są bardzo
nieprzyjemne dla osób korzystających z łączności telefonicznej, pogarszają również jakość transmisji danych z
sieci Internet. Co więcej, zasięg satelitów GEO jest ograniczony do niskich i średnich szerokości
geograficznych. Łączność z satelitami na orbitach GEO wymaga również dużych mocy nadawczych lub dużych
rozmiarów anten, co oznacza, że trudno jest stworzyć miniaturowy, przenośny terminal użytkownika. Wyjątkiem
są tutaj regionalne systemy Thuraya i AceS, których satelity nadają sygnał z bardzo dużą mocą i wykorzystują
anteny wielowiązkowe o dużych zyskach kierunkowych.

Wady te nie występują w przypadku systemów łączności satelitarnej opartych o satelity LEO. Satelity te krążą
na wysokościach od 500 do 2000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi, co oznacza, że czas transmisji sygnału
radiowego Ziemia-satelita-Ziemia nie przekracza 20 milisekund. Również moce nadawcze terminali i rozmiary
ich anten mogą być odpowiednio mniejsze. Jednak w przypadku systemu LEO, liczba satelitów w konstelacji
musi być duża – satelity te szybko okrążają kulę ziemską, a więc jedynie przez krótki czas pozostają widoczne
dla użytkownika znajdującego się na powierzchni Ziemi. Z tego powodu, system musi uwzględniać możliwość
przejęcia transmisji prowadzonej przez danego użytkownika przez kolejnego satelitę, gdy poprzedni znika za
horyzontem. Duża liczba satelitów zwiększa oczywiście koszt zbudowania i utrzymania systemu.

Opisane poniżej systemy Iridium i Globalstar nie odniosły sukcesu komercyjnego. Co więcej, oba te systemy
przeszły przez etap bankructwa i zostały sprzedane za ułamek swojej początkowej wartości. Jednak obie te sieci
telekomunikacyjne nadal funkcjonują i oferują swoje usługi.

•

Iridium

System ten to projekt Motoroli uruchomiony 1 listopada 1998 roku.
Wstępnie miał bazować na 77 satelitach i dodatkowo 7 zapasowych - stąd
nazwa pochodząca od pierwiastka o liczbie atomowej 77. Później liczbę
satelitów zmniejszono do 66 i 6 zapasowych, stara nazwa jednak pozostała –
pierwiastek o liczbie atomowej 66 to Dysprosium, co w języku łacińskim
oznacza "złe podejście". Satelity Iridium krążą po orbitach o wysokości
780 km i inklinacji (kącie między płaszczyzną orbity i płaszczyzną równika)
równej 86.4°. Taki dobór parametrów orbity sprawia, że sieć Iridium
umożliwia łączność z każdego miejsca na kuli ziemskiej. Ponieważ
prędkość każdego satelity względem powierzchni Ziemi to około
24 tys. km/h, jest on widoczny z danego miejsca na Ziemi jedynie przez
około 11 minut. Konieczne są więc częste zmiany satelity, który obsługuje
danego użytkownika. Pojedynczy satelita obsługuje obszar na Ziemi o

Wizualizacja konstelacji satelitów Iridium.
Źródło: http://www.ee.surrey.ac.uk/

Zasięg działania systemu Thuraya. Źródło: http://www.thuraya.com/

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

promieniu około 1500 km. Warto dodać, że satelity Iridium są w stanie komunikować się między sobą za
pomocą tzw. łączy międzysatelitarnych ISL (Inter Satellite Links).

Iridium zapewnia swoim użytkownikom transmisję głosu i danych (2.4 kbit/s), faksów i tzw. przywoływanie
alfanumeryczne. Terminale są niewielkie - ich waga nie przekracza 0.5 kg. Konsorcjum Iridium Satellite LLC,
będące obecnie właścicielem sieci, ma stały kontrakt z Departamentem Obrony USA na 20 tys. użytkowników
sieci. Poza tym, usługi świadczone są głównie firmom, dla których łączność satelitarna jest niezbędna (transport
morski, lotnictwo), oraz organizacjom pozarządowym, choć oczywiście terminal Iridium może też kupić
dowolna osoba prywatna.

Satelity Iridium są czasem widoczne z powierzchni Ziemi. Na
niebie można zaobserwować rozbłyski – odbicia promieni
słonecznych od aluminiowych anten satelitów.

•

Globalstar

Globalstar to system konkurencyjny wobec Iridium. Za początek jego
działalności należy uważać rok 1999, sam projekt powstał w 1994 roku.
Konstelacja satelitarna składa się z 48 satelitów aktywnych i 8
zapasowych. Ich orbity mają wysokość 1414 km i inklinację 52°. Oznacza
to, że pomimo zastosowania orbit LEO, zasięg systemu jest ograniczony
do niskich i średnich szerokości geograficznych – satelity Globalstar nie są
widoczne z okolic podbiegunowych.

Konstrukcja satelitów Globalstar jest prostsza niż w przypadku Iridium.
Satelity Globalstar jedynie retransmitują sygnały użytkowników na
powierzchnię Ziemi, do najbliższych stacji bazowych systemu, gdzie

następuje dalsza część obsługi użytkowników. Taka koncepcja sieci
oznacza konieczność istnienia rozbudowanego naziemnego segmentu

systemu. W skład tego segmentu wchodzą stacje bazowe i centra kontrolne. Stacje bazowe odbierają i nadają
sygnały do terminali abonenckich. Natomiast centra kontrolne nadzorują ruch satelitów, kontrolują działania
stacji bazowych, a także planują i przydzielają satelitarne łącza radiowe poszczególnym stacjom bazowym.
Wszystkie stacje bazowe i centra kontrolne połączone są telekomunikacyjną siecią szkieletową.

Sieć Globalstar znajduje się obecnie pod kontrolą firmy Thermo Capital Partners LLC. Usługi świadczone
abonentom sieci są analogiczne do usług oferowanych przez operatorów sieci GSM, a więc jest to przede
wszystkim łączność telefoniczna i transmisja danych.


Przyszłość systemów łączności na obszarach otwartych

Niezaprzeczalną zaletą łączności satelitarnej jest jej dostępność. Instalacja terminala abonenckiego pociąga za
sobą pewne, czasem spore koszty, jednak jest dużo prostsza i szybsza niż kładzenie kabli, zwłaszcza na terenach
o małej gęstości zaludnienia. Co więcej, na statkach lub w samolotach łączność kablowa nie jest w ogóle
możliwa. Podobną przewagę mają systemy osobiste (S-PCN) - rozmowę telefoniczną w systemie o zasięgu
globalnym można prowadzić z dowolnego zakątka świata, nie przejmując się jakimkolwiek łączem kablowym
czy też zasięgiem najbliższej sieci GSM.

Satelita Globalstar
Źródło: http://www.spaceandtech.com/

Satelita Iridium. Źródło: http://www.exoticwarfareproof.org/

Rozbłysk na niebie będący odbiciem promieni słonecznych od anten
satelity Iridium. Źródło: http://www.satobs.org

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

Z drugiej strony, większość komercyjnych przedsięwzięć budowy sieci transmisji danych opartych na satelitach
LEO skończyła się niepowodzeniami. Zrezygnowano również z włączenia segmentu satelitarnego do sieci
komórkowej 3-ciej generacji UMTS.

Można jednak pokusić się o hipotezę, że pomysły systemów S-PCN powrócą w najbliższej przyszłości. Ludzie
coraz częściej podróżują, są coraz bardziej mobilni. Już nie tylko przedstawiciele firm handlowych, ale również
osoby prywatne nie chcą tracić łączności ze światem będąc w długiej podróży lub w mniej cywilizowanych
regionach.

Jednocześnie pojawiają się coraz częstsze głosy o wsparcie rewolucji technicznej w krajach Trzeciego Świata.
Pozwoliłoby to tym państwom nadgonić poziom technologiczny krajów zachodnich. Takie przedsięwzięcie
mogłoby zostać zrealizowane właśnie jako satelitarny system łączności telefonicznej i dostępu do Internetu.

W dalszej przyszłości, można przewidywać powstanie globalnej satelitarnej sieci telekomunikacyjnej będącej
dopełnieniem naziemnej sieci Internet. Jeżeli powszechnym ma się stać mobilny dostęp do Internetu, to sieć
satelitarna stanowiłaby logiczne uzupełnienie sieci naziemnej. Taka sieć
powinna być zbudowana w oparciu o satelity LEO, aby zapewnić małe
opóźnienia w łączności Ziemia-satelita. Informacje w sieci powinny być
przesyłane jako pakiety z danymi, a satelity powinny pełnić funkcje ruterów
pracujących zgodnie z protokołami TCP/IP – podobnie jak ma to miejsce w
obecnie działającej sieci Internet.

Już kilkanaście lat temu powstał projekt Teledesic – sieć 840 satelitów LEO
uzupełniających naziemną sieć internetową. Projekt ten nie został
zrealizowany właśnie z powodów finansowych. Wtedy na taki projekt było
za wcześnie. Obecnie podobne pomysły mają już większe szanse
powodzenia. Choć oczywiście, historia może się potoczyć podobnie jak w
przypadku telefonii komórkowej. Satelitarne sieci telefoniczne szybko
przegrały batalię o klientów z naziemnymi sieciami komórkowymi.



Łączność na obszarach otwartych w Polsce

Polska nie należy do szczególnie istotnych rynków z punktu widzenia firm telekomunikacyjnych oferujących
usługi łączności satelitarnej. Oczywiście, można w Polsce kupić telefon Iridium lub zestaw do łączności w
systemie Inmarsat. Jednak w Polsce istnieje już dobrze rozwinięta infrastruktura kablowa, jak również sieci
radiowe operatorów GSM i UMTS. Nie ma też w Polsce terenów niedostępnych lub bardzo słabo zaludnionych,
gdzie budowa sieci naziemnych byłaby nieopłacalna. Głównymi klientami sieci Inmarsat pozostają jednostki
morskie, będące często poza zasięgiem stacji GSM zlokalizowanych na wybrzeżu.


Łączność na obszarach otwartych – bariery

Zarówno sieć Iridium jak i Globalstar nie były w stanie pozyskać takiej liczby klientów, aby stać się opłacalnym
przedsięwzięciem ekonomicznym. Również inne, planowane sieci S-PCN nie zostały zrealizowane, głównie z
powodów finansowych. Pomysły ICO, Odyssey, Skybridge, Teledesic i Celestri zostały odwołane. Sieci te
projektowane były z dużym rozmachem. Przewidywano transmisję szerokopasmową, czyli przepustowości
2 Mbit/s i większe. Mówiono o kanałach 20 Mbit/s i jego wielokrotnościach (Skybridge), a także o 155 Mbit/s
(Celestri). Pojemności największych sieci szacowano na miliony i dziesiątki milionów użytkowników.

Z pewnością decydujący był tutaj czynnik finansowy. Uruchomienie globalnej sieci satelitarnej to koszt od kilku
do kilkunastu miliardów dolarów. Pieniądze te muszą się zwrócić, co oznacza wysokie ceny usług oferowanych
użytkownikom. Ceny te mogłyby spaść przy dużej liczbie klientów, ale kwoty, jeżeli są z początku wysokie,
zniechęcają firmy i indywidualnych odbiorców do korzystania z łączności przez satelitę.

Jednocześnie sieci satelitarne mają obecnie dużą konkurencję, nawet w terenach słabo zurbanizowanych,
a zwłaszcza w dużych miastach. W dziedzinie telefonii ruchomej dominują sieci GSM, dużo tańsze w budowie.
Dostęp do Internetu oferuje wielu operatorów bazujących na sieciach naziemnych i radiowych, dzięki technice
ś

wiatłowodowej dostęp ten jest coraz szybszy, możliwy w nowych regionach, a oferty są coraz bardziej

konkurencyjne.

W takiej sytuacji przetrwać mogą przede wszystkim te systemy, które etap rozwoju mają już za sobą i ich
pozycja na rynku jest ustalona. Są również pewne specyficzne funkcje i usługi, które zdecydowanie najprościej

Projekt konstelacji 840 satelitów Teledesic.
Źródło: http://www.ee.surrey.ac.uk/

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www.kosmos.gov.pl

jest zrealizować właśnie przez satelitę. Przykładem może być tworzenie sieci prywatnej z jednostek
rozproszonych na dużych obszarze (w czym świetnie sprawdzają się systemy VSAT) lub zapewnianie
podstawowej łączności morskiej, co stało się domeną konsorcjum Inmarsat. Istnieją też miejsca, gdzie dostęp do
sieci telefonicznych czy Internet nie jest możliwy w inny sposób niż przez satelitę ze względu na specyficzne
położenie geograficzne. Jednak przypadków takich nie jest wiele, dlatego jest to raczej rynek dla mniejszych
firm dzierżawiących łącze satelitarne i świadczących określone usługi.

Gdy będą powstawać przyszłe projekty sieci satelitarnych, ważne jest, aby wpierał je inwestor ze sporym
zapasem cierpliwości i gotówki w kieszeni. Projektowany system musi być konkurencyjny cenowo do
istniejących rozwiązań naziemnych, musi dostosowywać się do oczekiwań klientów i być przygotowany na
początkowy okres małego zainteresowania swoimi usługami.

Opracowanie: P. Kułakowski