Как устроен спутниковый интернет

То Илон Маск хочет раз­вер­нуть спут­ни­ко­вый интер­нет по всей пла­не­те. То Рого­зин гро­зит, что тоже такое сде­ла­ет. Кто прав? Как это устро­е­но? Зачем тебе, Ваку­ла, жен­ские чере­вич­ки в час ночи? Неко­то­рые вопро­сы не долж­ны оста­вать­ся без ответа. 

В этой ста­тье раз­бе­рём­ся со спут­ни­ко­вым интер­не­том: прав­да ли он задей­ству­ет спут­ни­ки и нужен ли тебе интер­нет для досту­па в интернет. 

Спутник, провайдер и интернет

Есть два вида спут­ни­ко­во­го интер­не­та — син­хрон­ный и асин­хрон­ный. Пер­вый озна­ча­ет, что кро­ме спут­ни­ко­во­го обо­ру­до­ва­ния вам боль­ше ниче­го не нуж­но, а вто­рой — что нужен ещё и допол­ни­тель­ный выход в интер­нет. Раз­би­ра­ем­ся, что это зна­чит, как рабо­та­ет и в чём отли­чия этих схем.

Глав­ное в каж­дом виде под­клю­че­ния — это спут­ник, кото­рый лета­ет вокруг Зем­ли и пере­да­ёт дан­ные. Если угло­вая ско­рость спут­ни­ка рав­на ско­ро­сти вра­ще­ния Зем­ли, то спут­ник как бы висит непо­движ­но в одной точ­ке на небе и посто­ян­но посы­ла­ет радио­вол­ны на опре­де­лён­ную территорию. 

Но интер­нет­ный спут­ник сам по себе ниче­го не зна­ет. В него не запи­сан интер­нет. Мож­но пред­ста­вить, что спут­ник — это зер­ка­ло, от кото­ро­го отра­жа­ет­ся сиг­нал интернет-провайдера. А это зна­чит, что где-то на зем­ле сто­ит интернет-провайдер, кото­рый с помо­щью мощ­ных антенн посы­ла­ет радио­сиг­на­лы на этот спутник.

Что­бы связь была надёж­нее, а покры­тие спут­ни­ка — боль­ше, про­вай­дер запус­ка­ет несколь­ко спут­ни­ков, каж­дый из кото­рых рас­счи­тан на свою тер­ри­то­рию приёма. 

Территория приёма

Тер­ри­то­рия при­ё­ма — это та область на Зем­ле, где мож­но пой­мать сиг­нал какого-то кон­крет­но­го спут­ни­ка. Спут­ник сво­ей пере­да­ю­щей антен­ной посы­ла­ет сиг­на­лы на Зем­лю, а из-за рас­сто­я­ния луч уве­ли­чи­ва­ет­ся и полу­ча­ет­ся круг. Это похо­же на то, как све­тит фона­рик в тем­но­те — чем даль­ше от фона­ри­ка, тем боль­ше круг све­та на стене, хотя сама лам­поч­ка маленькая.

Что­бы покрыть таки­ми обла­стя­ми всю тер­ри­то­рию стра­ны, напри­мер, нуж­но несколь­ко спут­ни­ков, каж­дый из кото­рых будет отве­чать за свою пло­щадь. Зоны покры­тия могут пере­се­кать­ся и при этом не меша­ют друг дру­гу, пото­му что каж­дый спут­ник коди­ру­ет сиг­нал на сво­ей часто­те. Чем бли­же к цен­тру зоны покры­тия спут­ни­ка, тем луч­ше связь.

Как устроен спутниковый интернет: зона покрытия спутника

Спутниковые тарелки

Для при­ё­ма сиг­на­лов от спут­ни­ка исполь­зу­ют спут­ни­ко­вые тарел­ки. Они спе­ци­аль­но сде­ла­ны такой фор­мы, что­бы ловить все сиг­на­лы и фоку­си­ро­вать их в одной точ­ке. Там как раз ста­вят спут­ни­ко­вый конвертер. 

Зада­ча кон­вер­те­ра — пре­об­ра­зо­вать радио­сиг­на­лы от спут­ни­ка в циф­ро­вой вид, что­бы их мож­но было пере­дать даль­ше. Кон­вер­те­ру неваж­но, что он кон­вер­ти­ру­ет: это может быть циф­ро­вой теле­ви­зи­он­ный сиг­нал, интер­нет или сиг­нал мобиль­ной свя­зи. Для него это всё радио­вол­ны, кото­рые он пре­об­ра­зо­вы­ва­ет в еди­ни­цы и нули.

Как устроен спутниковый интернет: конвертер

Синхронное подключение к интернету

Син­хрон­ное под­клю­че­ние озна­ча­ет, что и для при­ё­ма, и для пере­да­чи исполь­зу­ет­ся спут­ни­ко­вый канал связи. 

Полу­ча­ет­ся, что мы долж­ны с помо­щью одной и той же антен­ны и послать сиг­нал на спут­ник, и полу­чить от него ответ. Для это­го антен­ны покры­ва­ют спе­ци­аль­ным соста­вом, а к кон­вер­те­ру добав­ля­ют передатчик. 

Цель пере­дат­чи­ка — пре­об­ра­зо­вать наш запрос в радио­сиг­на­лы, кото­рые пони­ма­ет спут­ник. Для быто­вой свя­зи исполь­зу­ют пере­дат­чи­ки с мощ­но­стью 2—3 ват­та — это­го доста­точ­но, что­бы обес­пе­чить ско­рость 5—10 мега­бит в секун­ду. Если исполь­зо­вать более мощ­ный пере­дат­чик, нуж­но полу­чать раз­ре­ше­ние в Минс­вя­зи, а это слож­но. Чаще все­го мощ­ные пере­дат­чи­ки исполь­зу­ют ком­па­нии и провайдеры.

Син­хрон­ный спут­ни­ко­вый интер­нет рабо­та­ет так:

  1. Мы отправ­ля­ем запрос в сеть, напри­мер, «чере­вич­ки крас­ные ЦУМ».
  2. Наша спут­ни­ко­вая тарел­ка пере­да­ёт сиг­нал на спут­ник в виде зако­ди­ро­ван­ных радиоволн.
  3. Спут­ник отра­жа­ет наш запрос в сто­ро­ну провайдера.
  4. Про­вай­дер отправ­ля­ет наш запрос в интер­нет и полу­ча­ет ответ на наш запрос: текст, кар­тин­ки, цены, все дела.
  5. Эти дан­ные про­вай­дер отправ­ля­ет на спутник.
  6. Спут­ник отра­жа­ет дан­ные на Землю.
  7. Наша тарел­ка их ловит, рас­ко­ди­ру­ет, и мы полу­ча­ем ответ на наш запрос.

Синхронный спутниковый интернет работает

Особенности синхронного подключения

Спут­ни­ко­вый интер­нет, с одной сто­ро­ны, быст­рый, но ощу­ща­ет­ся он как доволь­но мед­лен­ный. Вот почему: 

Сред­нее рас­сто­я­ние от Зем­ли до гео­ста­ци­о­нар­но­го спут­ни­ка — 40 000 кило­мет­ров. Это рас­сто­я­ние запрос про­хо­дит четы­ре раза. Все­го с момен­та запро­са до полу­че­ния дан­ных сиг­нал про­хо­дит 160 000 километров.

Ско­рость све­та — при­мер­но 300 000 кило­мет­ров в секун­ду, поэто­му на весь этот путь радио­сиг­на­лам потре­бу­ет­ся в рай­оне 500 мил­ли­се­кунд (не счи­тая вре­ме­ни на обра­бот­ку само­го сиг­на­ла, туп­ку сай­та Цума, оче­ре­ди на обра­бот­ку запро­са и т. д.).

500 мс — очень боль­шая задерж­ка. Обыч­ный домаш­ний интер­нет рабо­та­ет с задерж­кой 5–10 мил­ли­се­кунд или даже мень­ше. Из-за это­го по спут­ни­ко­во­му интер­не­ту не полу­чит­ся поиг­рать во мно­гие онлайн-игры. Но, напри­мер, видео­звон­кам это не мешает.

Ещё одна осо­бен­ность — высо­кая сто­и­мость обо­ру­до­ва­ния и тре­бо­ва­ния к точ­но­сти настрой­ки. Для нор­маль­ной пере­да­чи дан­ных нуж­но напра­вить тарел­ку точ­но на спут­ник. Ино­гда быва­ет так, что откло­не­ния в 1–2 сан­ти­мет­ра умень­ша­ют ско­рость в два раза. 

Так­же на ско­рость вли­я­ет пого­да или дере­вья — если на пути сиг­на­ла будет листва или силь­ный сне­го­пад, луч осла­бе­ет и каче­ство свя­зи будет низким. 

Но зато интер­нет мож­но полу­чить почти в любой точ­ке мира, в том чис­ле на лод­ке посре­ди океана. 

Асинхронное подключение

Асин­хрон­ный спут­ни­ко­вый интер­нет рабо­та­ет ина­че — для при­ё­ма дан­ных исполь­зу­ет­ся тарел­ка, а для пере­да­чи — ещё один канал свя­зи с интер­не­том, напри­мер, через мобиль­ную сеть. 

Со сто­ро­ны это может выгля­деть стран­но — зачем тогда нужен спут­ник, если у нас и так уже есть интер­нет? А смысл в том, что если ско­рость вто­ро­го интернет-канала очень малень­кая, напри­мер, в деревне с пло­хим покры­ти­ем сото­вой свя­зи, то мож­но сде­лать так:

  1. Запрос в интер­нет идёт по мобиль­ной сети.
  2. Про­вай­дер полу­ча­ет запрос и отправ­ля­ет дан­ные нам уже по спутнику.
  3. Мы ловим этот сиг­нал спут­ни­ко­вой антен­ной на боль­шой скорости.

То есть запро­сы ухо­дят мед­лен­но, а отве­ты при­хо­дят быстро. 

Такой спо­соб под­клю­че­ния дешев­ле, но мы уже зави­сим от вто­ро­го про­вай­де­ра, через кото­ро­го отправ­ля­ем запро­сы в сеть. Если с ним не будет свя­зи — интер­не­та тоже не будет. Зато обо­ру­до­ва­ние сто­ит гораз­до дешев­ле и не нуж­на такая точ­ность с уста­нов­кой антенны.

С дру­гой сто­ро­ны, вы полу­ча­е­те высо­кую ско­рость полу­че­ния дан­ных — фильм, кото­рый по сла­бо­му мобиль­но­му интер­не­ту качал­ся бы две неде­ли, по спут­ни­ку ска­ча­ет­ся за два часа.

Асинхронное подключение

Когда он нужен и не нужен

Спут­ни­ко­вый интер­нет нужен там, где вы ото­рва­ны от циви­ли­за­ции: в дерев­нях, горах, на море, в пусты­ни. Спут­ник покры­ва­ет радио­вол­на­ми тыся­чи кило­мет­ров поверх­но­сти Зем­ли, ему не нуж­ны базо­вые стан­ции и назем­ные кабе­ли. Поэто­му, если пла­ни­ру­е­те путе­ше­ствие через пусты­ню, бери­те с собой тарел­ку и гене­ра­тор, и будет вам инста­г­рам­ное счастье. 

В горо­дах спут­ник не нужен, пото­му что там рабо­та­ют интернет-провайдеры и сото­вые выш­ки. Про­вай­де­ры про­тя­нут вам в дом опто­во­ло­кон­ный кабель, кото­рый даст вам высо­кую ско­рость в обе сто­ро­ны за цену намно­го ниже. А сото­вые выш­ки хотя и охва­ты­ва­ют неболь­шой рай­он, но дают высо­кую ско­рость и неплохую про­хо­ди­мость волн.

Если вы види­те где-то в глу­бине Рос­сии поко­сив­шу­ю­ся избуш­ку, на кото­рой, как гри­бы, рас­тут спут­ни­ко­вые антен­ны, — знай­те: этот реги­он настоль­ко забыт богом, что ни один про­вай­дер не хочет тянуть сюда кабель. И бед­ная бабуш­ка вынуж­де­на сидеть в «Одно­класс­ни­ках» по спутнику.