Le sugiero que se familiarice con los materiales publicados anteriormente sobre el proyecto Starlink (SL):
Parte 1. El nacimiento del proyecto ‣ Parte 2. Red SL ‣ Parte 3. Complejo terrestre ‣ Parte 4. Terminal de abonado ‣ Parte 5. Estado de la agrupación SL y prueba beta cerrada ‣ Parte 6. Beta-testing y servicio para clientes ‣ Parte 7. Bandwidth SL y red del programa RDOF ‣ Parte 8. Instalación e inclusión del terminal de abonado ‣ Servicio de la Parte 9 en mercados fuera de los EE. UU. ‣ Parte 10. SL y el Pentágono ‣ Parte 11. SL y astrónomos ‣ Parte 12. Problemas con los desechos espaciales ‣ retardo de red Parte 13. satélite y el acceso al espectro radioeléctrico ‣ Parte 14. Entre satélites enlaces de comunicación ‣ Reglas Parte 15. servicio de ‣ Parte 16. SL y tiempo ‣ Parte 17. La segunda generación SL ‣ Parte 18. SL en el mercado COTM ‣ Parte 19. Cuál es el futuro de SL ‣ Parte 20. Interior de la terminal SL
Primero, un poco de teoría ...
Si estamos hablando de una onda de radio, entonces tiene una característica como "polarización". En palabras se describe de la siguiente manera:
La polarización de onda es una característica de las ondas transversales que describe el comportamiento de un vector de una magnitud oscilante en un plano perpendicular a la dirección de propagación de la onda.
Entender las palabras es mucho más difícil que verlas en la imagen:
Arriba está la polarización circular, abajo está vertical (línea azul) y horizontal (línea roja). Para las comunicaciones por satélite, se utilizan pares circulares vertical / horizontal o izquierda / derecha.
¿Para qué sirve la polarización? Y el hecho de que le permite DOBLAR el rango de frecuencia utilizado, si en nuestra banda Ku, de acuerdo con la distribución de frecuencia de la Unión Internacional de Telecomunicaciones, también conocida como UIT), puede usar solo 500 MHz (de 14000 a 14500 MHz), entonces si usamos 2 polarizaciones, ya podemos tener 500 MHz en cada una y obtenemos 1000 MHz en total. Por ejemplo, en el satélite Yamal-200 en la banda Ku solo había 6 transpondedores de 72 MHz operando en solo 1 polarización, y en el Yamal-300K (que se suponía que reemplazaría al Yamal-201 en la posición de 90 grados) había 12 de tales transpondedores ( 6 en horizontal y 6 en vertical) y, en consecuencia, los ingresos del Operador (Gazprom Space Systems) por la venta del recurso frecuencial se duplicaron.
Si nos fijamos en Starlink, también comprenden la importancia de esto y, a juzgar por la tabla siguiente, en el año 20 declararon al FSS que quieren utilizar ambas polarizaciones en todo el rango de frecuencia posible de 2000 MHz en polarizaciones circulares derecha e izquierda (Rx01 y Rx02 tienen las mismas frecuencias, pero diferentes polarizaciones).
Y luego, con una eficiencia espectral de 5 bits / Hz (mucho, pero teóricamente alcanzable con muy buenas antenas y una gran relación señal / ruido), obtenemos el ancho de banda de un satélite 4000 MHz x 5 bits / Hz = 20 Gigabits.
Sin embargo, como siempre hay un PERO! Veamos cómo se implementa esto ...
Si tenemos una antena parabólica convencional, entonces la polarización se establece girando la alimentación y su guía de ondas alrededor del eje de la antena:
// En general, los parámetros de polarización se toman de las regulaciones de la empresa que brinda los servicios de arrendamiento de recursos satelitales (por ejemplo, las regulaciones de RSCC).
El ángulo de polarización depende de las coordenadas exactas del lugar de instalación de VSAT y se determina en programas especiales. Puede obtenerlo del operador del NCC (Centro de control de red, generalmente en Moscú), dándole las coordenadas.
Después de apretar los
pernos de acimut y ángulo del terreno: Afloje los pernos en el soporte del transceptor (ODU)
Gire la ODU al ángulo de polarización obtenido en el programa de cálculo y proceda de la siguiente manera.
Después de la confirmación por parte del operador de que los parámetros cumplen con los estándares y que el acimut con el ángulo de elevación se ajustan normalmente, es necesario realizar un ajuste adicional de la polarización.
:
·
· / , .
·
· , , , 3 .
Y esta es una operación que lleva mucho tiempo, especialmente cuando el instalador está sentado en el techo con escarcha, porque es casi imposible “coger milímetros y grados” en guantes, y se comunica con el operador de NCC en el teléfono satelital Iridium (1 minuto = 1 dólar) ... Pero lo principal es que la polarización depende desde la distancia al satélite y para antenas de red en fase (ángulo de inclinación del haz con respecto al plano de la antena)
Para ser justos, debe tenerse en cuenta que no existen tales dificultades para la polarización circular, solo debe elegir la posición correcta del diplexor, para lo cual hay dos opciones: izquierda y derecha, que difieren en 90 grados.
Un diplexor es un dispositivo pasivo que implementa la multiplexación en el dominio de la frecuencia. Dos puertos se multiplexan en un tercer puerto. Las señales en los puertos 1 (al receptor) y 2 (al transmisor) ocupan bandas de frecuencia que no se superponen. Por lo tanto, las señales en 1 y 2 pueden coexistir en el puerto 3 (desde la antena) sin interferir entre sí.
Ahora volvamos a SL.
1) Las antenas de red en fase de primer momento tienen un aislamiento de polarización cruzada más deficiente que las antenas parabólicas clásicas. Para antenas parabólicas, el estándar es 29..30 dB, y para PAR, como me dijeron los profesionales en esta área, 26-28 dB se considera muy bueno cuando se trabaja en un satélite geoestacionario y cuando un objeto se mueve a velocidades de 30..80 km / h ...
2) En el caso de que la distancia al satélite y el ángulo de inclinación cambien continuamente a alta velocidad, es muy difícil ajustar el aislamiento de polarización cruzada (CRC) con la precisión requerida. Incluso las antenas parabólicas de los barcos tienen el pecado de que el CRC a veces "vuela" y el terminal comienza a interferir con el canal en una polarización diferente. Y el barco, como saben, se mueve cien veces más lento que el satélite.
Lamentablemente, ninguno de los fabricantes de antenas FAR ESA (Phased Electronically Beam Controlled) ha publicado datos sobre el desacoplamiento real de campo cruzado cuando se trabaja con satélites en una órbita baja de más de 500 km.
En el caso de Starlink, los problemas de polarización son un orden de magnitud más complicados.
Aquí, las antenas PAR están ubicadas en ambos extremos del canal de satélite, tanto en el satélite como en tierra. Además, no solo la distancia al satélite cambia de forma continua y muy rápida, sino también el ángulo de inclinación del haz con respecto al plano de la antena ...
Con todo el genio, el trabajo duro y el presupuesto disponible de los ingenieros que fueron atraídos por Elon Musk para crear su terminal, hace 2 años les pareció que no sería posible usar dos polarizaciones, y SpaceX envió una solicitud al FSS para que se usaran sus terminales de tierra. solo 1 (una) polarización - Derecha en la línea de satélite a terminal e Izquierda en dirección de terminal a satélite ...
Es decir, SpaceX tuvo que ceder voluntariamente el 50% del ancho de banda de la red Starlink, que le fue asignado por la FCC para operar sus terminales de abonado ...
También notamos que en la banda Ka, que se usa en Starlink para transmitir información de la Tierra al espacio, este problema en absoluto, ya que se utilizan antenas parabólicas tanto en el satélite como en la Tierra, para lo cual el problema de polos cruzados se resuelve por métodos convencionales, y desde la pasarela al satélite todavía es posible transmitir 4000 MHz en total en 2 polarizaciones ...
¿Es posible arreglar algo aquí en el futuro? En teoría, probablemente sea posible (sobre todo porque el papel lo aguanta todo, cualquier fantasía ...). Pero cualquier decisión aquí afectará la geometría, los parámetros, posiblemente los materiales y la construcción de la terminal y su matriz en fase. Al mismo tiempo, recuerde que el objetivo principal es reducir el costo del terminal. Y el terminal ya ha sido diseñado y está en producción en serie ...
¿Qué se puede hacer ?? Para responder a esta pregunta, necesita información sobre el tamaño real de la unión de polarización cruzada.
Lamentablemente, mientras el terminal Starlink llega a manos de cada vez más cerrajeros o especialistas en informática que lo rompen o miran qué tipo de Wi-Fi hay ... nadie ha adivinado todavía (no ha podido tomar las características de frecuencia del terminal) en qué frecuencias funciona, qué modcodes, qué tipo de desacoplamiento de polos cruzados, qué tipo de interferencia pone en una polarización diferente. Estas medidas no son fáciles: necesita 2 analizadores de espectro a 14 GHz (una vez que cuestan decenas de miles de dólares, cuánto no diré ahora, pero aún no es barato), una antena parabólica con accionamiento eléctrico y un controlador no estándar que pueda sintonizar y acompañar una señal de formato desconocido (controladores ordinarios afilado para el formato de señal de "televisión" DVB-S2, pero no el hecho de que Starlink lo usa) para medir simultáneamente la señal del satélite en ambas polarizaciones, pero esperoque dentro de seis meses lo hará una de las empresas de satélites de Estados Unidos, y la información se filtrará a Internet ...
¿Cuáles son las posibles opciones?
- Si la interferencia en una polarización diferente es relativamente pequeña, use terminales con una ganancia alta, por ejemplo: antenas parabólicas con un diámetro de 1 metro o más. En este caso, el obstáculo es simplemente reducir el modcode "de trabajo" - eficiencia de trabajo. Por ejemplo, si el SL utilizará terminales eléctricas lo suficientemente grandes para los mares y océanos, entonces este problema no será muy crítico allí.
- En principio, no use esta polarización, pero cambie todo el recurso posible disponible en la banda Ka 4000 MHz en Ku usando tecnologías de reutilización de frecuencia o reutilización de frecuencia:
¿Qué es la reutilización de frecuencias? Esta tecnología se utiliza activamente en satélites HTS (High Throughput Satellite). Basta con dividir nuestros 2000 MHz en una polarización en 4 bandas de 500 MHz cada una (las designaremos en diferentes colores)
(Para ser más precisos, a juzgar por la descripción del terminal, el rango de frecuencia de Starlink no se divide en 4 colores, sino en 8, ya que el canal del satélite hacia abajo tiene 240 MHz de ancho y 8 canales caben en 2000 MHz, pero estos son detalles. En este caso, cada haz (spot, zona de consagración en la Tierra) tiene su propio rango de frecuencia, que no se superpone con otro haz de las mismas frecuencias, es decir, no hay interferencia mutua.
Y lo más importante, en este caso Starlink puede usar todos los 4000 MHz que transmite c / al satélite de la puerta de enlace de banda Ka
¿Qué solución eligió SpaceX: la capacidad de trabajar simultáneamente en 2 polarizaciones o rechazar una y usar la reutilización de frecuencias?
La presentación de frecuencias de ambas polarizaciones ante la FCC es solo una medida administrativa y legal, por lo que SpaceX se reservó el derecho de usarlas y canceló la capacidad de otros operadores de presentar una queja en su contra por tener una transmisión que interfiera con esa polarización.
La respuesta a esta pregunta será saber cuántos haces puede transmitir un satélite simultáneamente a la Tierra 8 o 16 (o incluso más, porque formalmente la antena del satélite puede transmitir haces más estrechos, no solo de 240 MHz de ancho, sino también de 120 MHz y 60 y 30 y incluso 15 MHz).
Tampoco hay respuesta a la pregunta de si dicho cambio de canal es posible en el satélite para usar los 4000 MHz, porque si la respuesta es negativa, la red Starlink no podrá usar la mitad de los recursos satelitales disponibles ... Y esta situación, muy probablemente, no se puede corregir antes del lanzamiento de nuevos satélites. generación (si asumimos que es teórica y prácticamente posible crear un PAR con un CRC de 29..30 dB) ... Y la mitad del recurso de frecuencia para zonas con alta demanda de servicios Starlink es la mitad de los ingresos ...