Banda larga nuove sfide per il SAT

Luglio 2009. Mentre l'impiego dei transponder per il broadcasting Direct-To-Home è ormai ampiamente diffuso e consolidato con l'impiego di una flotta di satelliti in continuo sviluppo, è ancora in fase di evoluzione l'impiego dei transponder satellitari per il mercato dell'accesso a banda larga, in particolare per il mercato consumer.

L'espansione del mercato e la lunga  esperienza acquisita dall'industria per telecomunicazioni spaziali hanno consentito di superare sfide tecniche particolarmente impegnative.

Il servizio di accesso a banda larga, soprattutto se seguito in modalità bidirezionale attraverso il satellite e senza l'utilizzo della linea telefonica, richiede infatti l'impiego di transponder satellitari sia per il canale di andata sia per quello di ritorno con l'installazione presso l'utente di un ricetrasmettitore simile, anche se in scala ridotta, a quello utilizzato nei teleporti dei grandi sistemi satellitari.

Non sono mancati in passato ambiziosi tentativi per portare l'accesso a banda larga nelle case attraverso satelliti a bassa-media orbita, la maggior parte dei quali rivelatisi fallimentari per prestazioni scadenti e costi eccessivi.

Architetture per i servizi broadband
Le architetture per l'accesso a banda larga via satellite si basano su standard derivati dal sistema di base DVB-S utilizzato per il broadcasting digitale della Tv via satellite.

Per i servizi di accesso bidirezionale a Internet via satellite esistono due versioni dell'architettura per fornire a ciascun utente un canale di andata (forward channel) e un canale di ritorno (return channel) dei dati:

Architettura one-way o monodirezionale (schema A) in cui il satellite viene utilizzato solo per inviare i dati dall'ISP (Internet Service Provider) attraverso l'hub-station (o Broadcast Center) al terminale utente con lo standard DVB-S con bit rate variabile da 2 Mbps fino a 45 Mbps (fino a 60 Mbs con DVB-S2), mentre per il canale di ritorno dall'utente all'ISP viene utilizzata la normale linea telefonica attraverso il modem dial-up di cui sono dotati tutti i PC.

Il vantaggio di tale soluzione è che il ricevitore via satellite dell'utente è molto semplice perché impiega una parabola simile a quella utilizzata per la Tv, in combinazione con un decoder dati da collegare al PC e alla linea telefonica.

Dal satellite si possono ricevere dati a velocità paragonabili a quelle delle migliori linee ADSL mentre per il ritorno verso l'ISP rimangono le limitazioni di velocità del modem dial-up su linea telefonica che può essere al massimo di 64 Kbs.
Un esempio di sistema che impiega questo standard e OpenSky di Eutelsat.

Architettura two-way o bidirezionale (schema B) in cui sia il canale dati di andata dall'hub-station verso l'utente sia il canale di ritorno dall'utente all'hub-station passano attraverso il satellite.
Viene utilizzato lo standard DVB-RCS (Return Channel Satellite) con un terminale di utente da satellite in grado sia di ricevere sia di trasmettere i segnali verso il satellite.

Lo standard DVB-RCS utilizza per canale di andata lo standard DVB-S con una bit rate variabile da 2 Mbps fino a 45 Mbps (fino a 60 Mbs con DVB-S2) e opera con accesso TDM.

Per il canale di ritorno viene impiegato un sistema MF-TDMA (Multi-Frequency-Time Division Multiple Access) con il quale a ogni terminale di utente che ne faccia richiesta viene assegnata in modo dinamico una slot temporale all'interno del pool delle frequenze disponibili.

Il canale di ritorno, che dispone di un sistema di turbo coding per correggere gli errori, può avere una bit rate variabile da 128 Kbps fino a un massimo di 2048 Kbps. Un segnale comune di segnalazione fornisce il controllo e la sicronizzazione dei canali di andata e di ritorno per i diversi utenti.

L'architettura two-way ha due grossi vantaggi: innanzitutto di svincolarsi completamente dalla linea telefonica ed è perciò particolarmente adatta a quelle località dove non c'è linea telefonica, in secondo luogo di ottenere nel canale di ritorno velocità dati maggiori rispetto all'architettura one-way.
Un esempio di sistema che impiega questa architettura è il Tooway di Eutelsat che prevede l'impiego di transponder in banda Ka.

Tabella. Architettura two-way o bidirezionale per la banda larga via satellite

Schema dei transponder
Lo schema dei transponder satellitari si differenzia a seconda della tipologia del servizio richiesto.

Per il servizio a banda larga tipo one-way lo schema del transponder satellitare è del tipo modonodirezionale come nel caso del broadcasting Tv, poiché invia all'utente il canale diretto contenente il segnale dati con modalità TDM. Vengono utilizzate frequenze in banda Ku.

Per il servizio a banda larga tipo two-way lo schema del transponder deve invece essere bidirezionale per consentire un collegamento nei due sensi fra il terminale di utente e la stazione hub, con il canale diretto del tipo TDM e quello di ritorno del tipo FM-TDMA.

In tal caso si possono impiegare due diversi transponder monodirezionali, anche a bordo di satelliti diversi, purchè posizionati nella stessa posizione orbitale e in entrambe la bande Ka e Ku per migliorare la separazione dei canali e assicurare un'adeguata larghezza di banda per tutti gi utenti.

Piattaforma banda larga one-way
Transponder Astra. Il servizio Netsystem.com è stato uno dei primi esempi di piattaforma di DVB Data Broadcasting per accesso a banda larga attraverso il satellite che utilizza l'architettura one-way con canale di andata attraverso il satellite e di ritorno attraverso linea telefonica.

Utilizza due transponder del Sistema Satellitare ASTRA nella posizione orbitale di 19.2° Est attraverso il network a larga banda DVB/IP di Astra-Net, è rivolto al mercato consumer italiano per l'accesso a Internet.

Transponder Eutelsat. La piattaforma OpenSky, operativa dal 2002, utilizza sia il satellite W3A a 7° Est a copertura europea sia il satellite AB 2 a 8° Ovest a copertura transatlantica.

La piattaforma che opera sul satellite W3A ha la sua Stazione Hub nella sede di SkyLogic a Torino, dove convergono tutte le contribuzioni provenienti dai vari ISP e fornitori di contenuti per applicazioni di streaming e push.
Nella sede di SkyLogic di Torino c'è un Centro Servizio dotato delle apparecchiature per la ricezione, registrazione e trasmissione dei contenuti dei Clienti.

Il servizio OpenSky consente applicazioni per Servizi Streaming, come Video-streaming, Web TV, Fast Internet access, e applicazioni per Servizi Push, come trasferimento dati, distribuzione software, distribuzione di video Mpeg-4.

Piattaforme a banda larga two-way
Transponder ASTRA. Il sistema a banda larga bidirezionale a standard DVB-RCS di Astra, denominato ARCS, è stato il primo servizio commerciale ad impiegare le frequenze in banda Ka per il canale di ritorno FM-TDMA attraverso il satellite ASTRA 1H, mentre il canale diretto con flusso DVB-IP utilizza le frequenze in banda Ku.

Il Terminale Interattivo Satellitare (SIT) di utente è costituito da una antenna di piccolo diametro, tipicamente da 65 a 95 cm, dotata di un front-end RF Ku/Ka e da una unità indoor che viene connessa mediante LAN ad un PC multimediale facile da usare e a basso costo.

Il SIT è dotato di interfaccia ethernet LAN attraverso cui è possibile multiplare diversi servizi (video, data, fax e voce) originati da diversi utenti.

Transponder Eutelsat. Il primo sistema DVB-RCS implementato da Eutelsat opera attraverso il satellite Atlantic Bird 2, con canali di andata e di ritorno in banda Ku: il canale di ritorno MF-TDMA da SIT a Hub ha bit rate fino a 2048 Kbps, il canale DVB-IP da Hub a SIT ha massimo bit rate di 45 Mbps con slot fino a 6 Mbps condivisi.

È basato su tecnologia VSAT (Very Small Aperture Antenna) LinkStar, che impiega un'architettura a stella con un terminale di utente di basso costo dotato di uno stadio di potenza da 2 W e di antenna da 96 a 120 cm a seconda delle aree di copertura.

Il sistema DVB-RCS Eutelsat è facile da usare e da configurare, supporta applicazioni basate su IP, come accesso a Internet, streaming video, videoconferenza, trasferimento di file, multicasting, ideale per piccole e medie aziende.

Con il lancio nel 2002 del satellite HotBird 6 a 13° Est, che porta a bordo 32 transponder, di cui 28 in banda Ku e 4 in banda Ka con 8 unità Skyplex, Eutelsat ha realizzato il sistema DVB-RCS interattivo, denominato SkyplexData, in cui i Centri Servizio in banda Ka sono costituiti da terminali con antenna da 1,2 mt e stadio di potenza da 2 Watt per trasmettere fino a 2 Mbps mentre i terminali periferici hanno antenne da 65-75 cm e stadi di potenza da 1 Watt.

Attraverso HotBird 6 in banda Ka in combinazione con Eurobird 3 a 33° Est in banda Ku opera il sistema Tooway, che è basato sul sistema di trasmissione satellitare a banda larga a due vie SurfBeam DOCSIS di ViaSat.

Si tratta di una piattaforma open standard, già ampiamente utilizzata nel Nord America, altamente scalabile che riduce in modo significativo il costo dei terminali e dei servizi sostenuti dall'utente, poiché sfrutta la tecnologia di rete dei modem via cavo DOCSIS 1.1, un open standard di uso corrente.

Il terminale SurfBeam è in grado di ricevere a una velocità massima di 4 Mbps e, tramite l'amplificatore di 2 Watt, permette la trasmissione dei dati dall'utente al satellite con velocità superiori a 1 Mbps, a seconda della banda di frequenze, del satellite, della dimensione dell'antenna e dell'ubicazione del terminale.

Con il prossimo impiego del satellite Ka-SAT, tutto dedicato a Internet, le velocità verranno ulteriormente incrementate sino a 20 Mbps in downlink.

Evoluzione verso il mercato consumer
Le soluzioni in banda larga via satellite sono particolarmente adatte per le società private, le pubbliche amministrazioni, il privato e le agenzie governative situate in regioni dove l'infrastruttura terrestre è insufficiente, congestionata, parzialmente o totalmente disattivata.

Soluzioni in banda larga via satellite sono inoltre utilizzate per l'accesso Internet in volo nelle maggiori compagnie aeree e jet privati, negli Internet café a bordo di ferry, in business center a bordo di navi di linea, in sale Tv o cinema home-theatre su yacht giganti. Importanti applicazioni sono i servizi di telemedicina, di videoconferenza ed e-learning.

I costi dei terminali ricetrasmettitori di utente a standard DVB-RCS si aggirano tra i 1500 e i 3000 euro a seconda delle tecnologie utilizzate, ma sono destinati a scendere in relazione della forte domanda di applicazioni interattive con architetture a stella. Le tariffe di servizio possono apparire ancora un po' alte ma per alcune applicazioni Multicast quali la MultiVideoConferenza oggi risultano più convenienti rispetto a quelle della rete terrestre.

In questi ultimi anni le piattaforme DVB-RCS stanno subendo una forte evoluzione tecnologica che consente di abbattere sensibilmente i costi del sistema, che diventa così alla portata del mercato consumer.

Punti di forza di tale evoluzione sono la completa interoperabilità tra le tecnologie di Eutelsat e Astra, l'adozione di processamento del segnale nel transponder, l'impiego della banda Ka per il canale di ritorno.

Il processamento del segnale nel transponder, oltre all'impiego della piattaforma Skyplex, prevede l'adozione di turbocodici per la correzione degli errori, consentendo di ridurre le potenze trasmesse e/o il diametro delle parabole dei terminali.

La banda Ka svolgerà un ruolo molto importante in quanto le dimensioni delle antenne saranno ridotte e potrà risolvere i problemi di affollamento della banda Ku.

Eutelsat e il mercato della banda larga
SkyLogic. A Torino Eutelsat ha aperto la propria consociata specializzata nei servizi a banda larga via satellite.

La società gestisce Skypark, uno dei più grandi teleporti europei per le trasmissioni bidirezionali in banda larga, in protocollo IP via satellite.
Esteso su un'area di 10.000 mq., il complesso è dotato di 15 grandi antenne paraboliche capaci di operare su tutta la flotta Eutelsat, ma è anche interconnesso con la fibra ottica dei maggiori operatori del settore, presentandosi così al centro di una rete mondiale, che garantisce collegamenti in Europa, bacino del Mediterraneo, Medio Oriente, Nord Africa e Americhe.

Recentemente, al Teleporto di Torino Eutelsat ha aggiunto il nuovo teleporto, situato a Macchiareddu in provincia di Cagliari, destinato a diventare polo dei servizi video a valore aggiunto di Eutelsat, nonché un'infrastruttura di reti per la trasmissione di dati e IP.

D-Star. È il nuovo servizio d'accesso a Internet e scambio dati ad alta velocità, di facile installazione per le dimensioni contenute, che si avvale della potenza della flotta di satelliti di Eutelsat.

Il sistema è in grado di garantire anche interventi di mantenimento o ripristino dei collegamenti in situazioni estreme, dai ghiacciai ai deserti, o in aree terremotate o devastate da fenomeni naturali.
Importanti le applicazioni per la Pubblica Amministrazione, per accedere da Internet ai servizi degli uffici pubblici e per i servizi di mobilità.

D-Star-Aero. Nato dalla collaborazione tra SkyLogic e Viasat, il servizio fornisce comunicazioni a bordo di jet d'affari durante i voli nei cieli europei, in modo da poter continuare le proprie attività d'ufficio a bordo dell'aereo, dalla connessione Internet, alle telefonate in Voip, alla posta elettronica.

Gli utenti dotati di computer portatili si possono collegare ad un hot spot Wi-Fi installato a bordo del velivolo. Il servizio completo è in funzione durante il rullio, il decollo, il volo e l'atterraggio.

Grazie alla copertura dell'Europa e del bacino del Mediterraneo, garantita da Eutelsat attraverso il suo satellite Atlantic Bird 2 in banda Ku e alle stazioni di servizio terrestri in Italia messe a disposizione da SkyLogic, il nuovo servizio supporta una velocità di trasmissione dati da velivolo a terra  variabile da 128 a 256 kbps e che raggiunge i 3,5 Mbps da terra a velivolo.
Il sistema completo pesa meno di 20 kg, inclusa un'antenna circolare da 30 cm montata sulla coda.

Ka SAT. Il lancio, previsto nel terzo quarto 2010, consentirà di rafforzare la disponibilità di transponder in banda Ka per servizi Internet via satellite. Il satellite verrà posizionato a 13° Est  insieme ai tre HotBird già operativi in banda Ku.

«Il rivoluzionario satellite Ka-SAT nel 2010 estenderà le risorse e l'accessibilità dei servizi di accesso a banda larga all'Europa e all'intero bacino Mediterraneo, con una capacità totale superiore a 70 GBs grazie alla sua struttura multi spot in banda Ka e al network terrestre» ha dichiarato Arduino Patacchini, presidente di SkyLogic Italia.

«Ciascuno degli 80 spot beam del satellite copre a terra un'area di 250 km di diametro e consente il riuso della stessa frequenza su diversi spot-beam. A terra una rete di 8 hub è connessa alla dorsale Internet. Il satellite Ka-Sat, combinato con l'impiego del terminale di utente Tooway, consentirà l'accesso a banda larga direct-to-home ad oltre un milione di utenti con velocità e prezzi paragonabili a quelli dell'ADSL2».

Tooway + Tv con una sola parabola a 13° Est
La collocazione del nuovo transponder per banda larga Ka-SAT nella stessa posizione orbitale degli HotBird13° Est in banda Ku consentirà all'utenza consumer di usufruire sia dei servizi Tv che dei servizi a banda larga Tooway con una sola parabola a doppia banda Ku/Ka bidirezionale puntata a 13° Est e collegata attraverso la stessa discesa al decoder Tv e al decoder dati del PC.

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