Eu sugiro que você se familiarize com os materiais postados anteriormente no projeto Starlink (SL):
Parte 1. O nascimento do projeto ‣ Parte 2. Rede SL ‣ Parte 3. Complexo terrestre ‣ Parte 4. Terminal de assinante ‣ Parte 5. Estado do agrupamento SL e teste beta fechado ‣ Parte 6. Beta-teste e serviço para clientes ‣ Parte 7. Bandwidth SL e rede de programa RDOF ‣ Parte 8. Instalação e inclusão de terminal de assinante ‣ Parte 9 serviço em mercados fora dos EUA ‣ Parte 10. SL e Pentágono ‣ Parte 11. SL e astrônomos ‣ Parte 12. Problemas de detritos espaciais ‣ Parte 13. A latência da rede de satélite e acesso ao espectro de rádio ‣ Parte 14. Os canais de comunicação inter-satélites ‣ Parte 15 Regras de serviço ‣ Parte 16. SL e clima ‣ Parte 17. SL de segunda geração ‣ Parte 18. SL no mercado COTM ‣ Parte 19. Qual é o futuro do SL ‣ Parte 20. Interior do terminal SL
Primeiro, um pouco de teoria ...
Se estamos falando de uma onda de rádio, então ela tem uma característica como "polarização". Em palavras, é descrito da seguinte forma:
A polarização da onda é uma característica das ondas transversais que descreve o comportamento de um vetor de uma grandeza oscilante em um plano perpendicular à direção de propagação da onda.
Compreender as palavras é muito mais difícil do que vê-las na imagem:
Acima está a polarização circular, abaixo está a vertical (linha azul) e horizontal (linha vermelha). Para comunicações por satélite, pares circulares vertical / horizontal ou esquerda / direita são usados.
Qual é a utilidade da polarização? E o fato de permitir DOBRAR a faixa de frequência usada, se na nossa banda Ku, de acordo com a distribuição de frequência da International Telecommunication Union, também conhecida como ITU), você pode usar apenas 500 MHz (de 14.000 a 14.500 MHz), então se usarmos 2 polarizações, já podemos ter 500 MHz em cada e temos 1000 MHz no total. Por exemplo, no satélite Yamal-200 na banda Ku havia apenas 6 transponders de 72 MHz operando em apenas 1 polarização, e no Yamal-300K (que deveria substituir o Yamal-201 na posição de 90 graus) havia 12 desses transponders ( 6 na horizontal e 6 na vertical) e, consequentemente, a receita do Operador (Gazprom Space Systems) com a venda do recurso de frequência dobrou.
Se olharmos para o Starlink, então eles também entendem a importância disso e, a julgar pela tabela abaixo, no ano 20 eles declararam ao FSS que querem usar ambas as polarizações em toda a faixa de frequência possível de 2.000 MHz em polarizações circulares direita e esquerda (Rx01 e Rx02 têm as mesmas frequências, mas polarizações diferentes).
E então, com uma eficiência espectral de 5 bits / Hz (muito, mas teoricamente alcançável com antenas muito boas e uma grande relação sinal-ruído), obtemos a largura de banda de um satélite de 4000 MHz x 5 bits / Hz = 20 Gigabits.
No entanto, como sempre, há um MAS! Vamos ver como isso é implementado ...
Se tivermos uma antena parabólica convencional, a polarização é definida girando o feed e seu guia de ondas em torno do eixo da antena:
// Em geral, os parâmetros de polarização são retirados dos regulamentos da empresa que fornece serviços de aluguel de recursos de satélite (por exemplo, os regulamentos do RSCC).
O ângulo de polarização depende das coordenadas exatas do local de instalação do VSAT e é determinado em programas especiais. Você pode obtê-lo com a operadora do NCC (Centro de Controle de Rede, geralmente em Moscou), dando a ele as coordenadas.
Após apertar os
parafusos do azimute e do ângulo do terreno: Afrouxe os parafusos do suporte de montagem do transceptor (ODU),
gire a ODU até o ângulo de polarização obtido no programa de cálculo e proceda da seguinte forma.
Após a confirmação do operador de que os parâmetros atendem aos padrões e que o azimute e a elevação são ajustados normalmente, é necessário um ajuste adicional de polarização.
:
·
· / , .
·
· , , , 3 .
E esta é uma operação muito demorada, especialmente quando o instalador está sentado no telhado na geada, porque é quase impossível “captar milímetros e graus” nas luvas, e se comunicar com a operadora NCC no telefone via satélite Iridium (1 minuto = 1 dólar) ... Mas o principal é que a polarização depende da distância ao satélite e para antenas de phased array (ângulo de inclinação do feixe em relação ao plano da antena).
Para ser justo, deve-se destacar que não existem essas dificuldades para a polarização circular, basta escolher a posição correta do diplexador, para a qual existem duas opções - Esquerda e Direita, com diferença de 90 graus.
Um diplexador é um dispositivo passivo que implementa multiplexação no domínio da frequência. Duas portas são multiplexadas em uma terceira porta. Os sinais nas portas 1 (para o receptor) e 2 (para o transmissor) ocupam bandas de frequência não sobrepostas. Portanto, os sinais em 1 e 2 podem coexistir na porta 3 (da antena) sem interferir entre si.
Agora, de volta ao SL.
1) As antenas phased array de primeiro momento têm isolamento de polarização cruzada mais pobre do que as antenas parabólicas clássicas. Para antenas parabólicas, o padrão é 29..30 dB, e para PARs, como fui informado pelos profissionais nesta área, 26-28 dB é considerado muito bom quando se trabalha em um satélite geoestacionário e quando um objeto está se movendo a velocidades de 30..80 km / h ...
2) No caso em que a distância ao satélite e o ângulo de inclinação mudam continuamente em alta velocidade, é muito difícil ajustar o isolamento de polarização cruzada (CRC) com a precisão necessária. Até antenas parabólicas em navios têm o pecado do fato de o CRC às vezes "voar" e o terminal começar a interferir no canal em uma polarização diferente. E a nave, como você sabe, se move cem vezes mais devagar que o satélite.
Infelizmente, nenhum dos fabricantes de antenas FAR ESA (Phased Electronically Beam Controlled) ainda publicou dados sobre o desacoplamento de campo cruzado real ao trabalhar com satélites em uma órbita baixa de mais de 500 km.
No caso do Starlink, os problemas de polarização são uma ordem de magnitude mais complicados.
Aqui, as antenas PAR estão localizadas em ambas as extremidades do canal do satélite - tanto no satélite quanto no solo. Além disso, não só a distância ao satélite muda continuamente e muito rapidamente, mas também o ângulo de inclinação do feixe em relação ao plano da antena ...
Com toda a genialidade, trabalho árduo e orçamento disponível dos engenheiros que foram atraídos por Elon Musk para criar seu terminal, parecia-lhes há 2 anos que não seria possível usar duas polarizações, e a SpaceX enviou um pedido ao FSS para que seus terminais terrestres fossem usados apenas 1 (uma) polarização - Direita na linha de satélite para terminal e Esquerda na direção de terminal para satélite ...
Ou seja, a SpaceX teve que ceder voluntariamente 50% da largura de banda da rede Starlink, que foi alocada a ela pela FCC para operar seus terminais de assinantes ... Observamos
também que na banda Ka, que é usada no Starlink para transmitir informações da Terra para o espaço, esse problema de forma alguma, visto que são utilizadas antenas parabólicas tanto no satélite como na Terra, para as quais o problema cross-pólo se resolve por métodos convencionais, e da porta de entrada para o satélite ainda é possível transmitir 4000 MHz no total em 2 polarizações ...
É possível consertar algo aqui no futuro ?? Teoricamente, provavelmente é possível (especialmente porque o papel vai suportar tudo, qualquer fantasia ...). Mas qualquer decisão aqui afetará a geometria, parâmetros, possivelmente materiais e construção do terminal e sua matriz de fases. Ao mesmo tempo, lembre-se que o principal objetivo é reduzir o custo do terminal. E o terminal já foi projetado e está em produção serial ...
O que pode ser feito ?? Para responder a esta pergunta, você precisa de informações sobre o tamanho real da junção de polarização cruzada.
Infelizmente, enquanto o terminal Starlink fica nas mãos de mais e mais chaveiros ou especialistas em TI que o quebram ou olham que tipo de Wi-Fi existe ... Ninguém ainda adivinhou (não poderia levar as características de frequência do terminal) em que frequências ele funciona, quais modcodes, que tipo de desacoplamento cruzado, que tipo de interferência ele coloca em uma polarização diferente. Essas medições não são fáceis - você precisa de 2 analisadores de espectro a 14 GHz (uma vez que custam dezenas de milhares de dólares, quanto eu não direi agora, mas ainda não é barato), uma antena parabólica com acionamento elétrico e um controlador não padrão que pode sintonizar e acompanhar um sinal de formato desconhecido (controladores comuns afiado para o formato de sinal de "televisão" DVB-S2, mas não o fato de que o Starlink usa) para medir simultaneamente o sinal do satélite em ambas as polarizações, mas esperoque dentro de seis meses, uma das empresas de satélites dos Estados Unidos fará isso, e a informação vazará para a Internet ...
Quais são as opções possíveis ??
- Se a interferência em uma polarização diferente for relativamente pequena, use terminais com alto ganho, por exemplo: antenas parabólicas com diâmetro de 1 metro ou mais. Neste caso, o obstáculo é simplesmente reduzir o modcode "funcionando" - eficiência do trabalho. Por exemplo, se o SL usará terminais elétricos grandes o suficiente para os mares e oceanos, então este problema não será muito crítico lá.
- Em princípio, não use esta polarização, mas troque todos os recursos possíveis disponíveis na banda Ka 4000 MHz para Ku usando tecnologias de reutilização de freqüência ou reutilização de freqüência:
O que é reutilização de frequência? Esta tecnologia é ativamente utilizada em satélites HTS (High Throughput Satellite). Basta dividir nossos 2.000 MHz em uma polarização em 4 bandas de 500 MHz cada (nós as designaremos em cores diferentes)
(Para ser mais preciso, a julgar pela descrição do terminal, a faixa de frequência do Starlink não é dividida em 4 cores, mas em 8, já que o canal do satélite para baixo tem 240 MHz de largura e 8 canais cabem em 2.000 MHz, mas esses são detalhes. Nesse caso, cada feixe (ponto, zona de consagração na Terra) tem sua própria faixa de frequência, que não se sobrepõe a outro feixe com as mesmas frequências, ou seja, não há interferência mútua.
E o mais importante, neste caso o Starlink pode usar todos os 4000 MHz transmitidos c / para o satélite gateway da banda Ka
Que solução a SpaceX escolheu: a capacidade de trabalhar simultaneamente em 2 polarizações ou recusar uma e usar a reutilização de frequência, ainda não podemos dizer.
O registro de frequência de ambas as polarizações junto à FCC é apenas uma medida administrativa e legal, portanto a SpaceX se reservou o direito de usá-las e cancelou a possibilidade de outras operadoras entrarem com uma reclamação contra ela por ter uma transmissão interferindo nessa polarização.
A resposta a esta pergunta será saber quantos feixes um satélite pode transmitir simultaneamente para a Terra 8 ou 16 (ou até mais, porque formalmente uma antena em um satélite pode transmitir feixes mais estreitos, não apenas de 240 MHz de largura, mas também de 120 MHz e 60 e 30 e mesmo 15 MHz).
Também não há resposta para a questão de saber se tal mudança de canal é possível no satélite usar todos os 4000 MHz, porque se a resposta for negativa, a rede Starlink não conseguirá usar metade dos recursos do satélite de que dispõe ... E esta situação, muito provavelmente, não pode ser corrigida antes do lançamento de novos satélites geração (se assumirmos que é teoricamente e praticamente possível criar um PAR com um CRC de 29..30 dB) ... E metade do recurso de frequência para áreas com alta demanda de serviços Starlink é metade da receita ...