Clever Geek Handbook

Segala sesuatu tentang proyek Internet Starlink Satellite. Bagian 16. Starlink dan Cuaca

Bagian 1 ‣ Bagian 2 ‣ Bagian 3 ‣ Bagian 4 ‣ Bagian 5 ‣ Bagian 6 ‣ Bagian 7 ‣ Bagian 8 ‣ Bagian 9 ‣ Bagian 10 ‣ Bagian 11 ‣ Bagian 12 ‣ Bagian 13 ‣ Bagian 14 ‣ Bagian 15



Starlink dan cuaca



Setelah pengujian beta publik dimulai dan ratusan penggemar menerima, mengumpulkan, dan menghubungkan terminal mereka ke jaringan, eksperimen "folk" dimulai, mengarahkan "peneliti" ke kesimpulan yang menarik dan terkadang bahkan benar.



Pertama-tama, semua orang tertarik pada pengaruh cuaca, dan mengingat musim (musim gugur yang dalam) dan lokasi geografis (utara Amerika Serikat di wilayah 50 paralel), perselisihan utama adalah tentang apakah salju dan hujan mempengaruhi pekerjaan dan kecepatan transfer data.





Mari kita mulai dengan teori yang memberi tahu kita bahwa media apa pun akan melemahkan sinyal radio. Hal ini dirinci dalam Metodologi Persatuan Telekomunikasi Internasional (bagi yang penasaran ada di sini https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.619-3-201712-S!!PDF- R.pdf ).



Singkatnya, ditetapkan bahwa untuk gelombang radio dengan frekuensi lebih dari 500 MHz, atenuasi utama ditentukan oleh gas troposfer, oksigen dan uap air, serta hujan dan hidrometeor lainnya, sedangkan karbon dioksida (CO2) dan nitrogen, anehnya, memiliki efek yang sangat lemah. ... Dalam hal ini, ketergantungan redaman gelombang radio juga bergantung pada frekuensinya dan memiliki puncak, misalnya pada 22 dan 60 GHz.



Mengingat komposisi atmosfer stabil, hanya presipitasi yang dapat memengaruhi pengoperasian Starlink. Diketahui bahwa curah hujan untuk sinyal dengan frekuensi yang berbeda mempengaruhi secara berbeda, dan pengaruh ini dikaitkan dengan ketergantungan panjang gelombang dan ukuran tetesan hujan. Panjang gelombang radio = kecepatan cahaya / frekuensi



Frekuensi, GHz 4 6 sebelas empat belas 18 tigapuluh
Panjang gelombang, cm 7.5 5.0 2.7 2.1 1.7 1.0


Hidrometeor di troposfer (tetesan hujan dan kabut, salju, dll.) Menghamburkan energi gelombang radio, yang panjang gelombangnya sepadan dengan ukuran hidrometeor. Mari kita tunjukkan redaman sinyal dalam hujan L d pada berbagai sudut ketinggian α dan probabilitas turun hujan ( T d ) (Gambar 2.7).





Gambar 1. Ketergantungan frekuensi penyerapan sinyal hujan dari frekuensi pada sudut elevasi yang berbeda dan probabilitas



redaman hujan hujan dalam dB pada 1 km dengan polarisasi vertikal dan 18 º C, tergantung intensitas hujan, J mm / jam ditunjukkan pada Gambar 2



Gambar 2. Pelemahan sinyal tergantung pada intensitas hujan J untuk frekuensi yang berbeda



Jika kita masuk ke dalam bidang praktis, semakin rendah frekuensi sinyal satelit, semakin kecil pengaruh hujan dan curah hujan lainnya. Oleh karena itu, di daerah di mana curah hujan atau curah hujan tinggi mungkin terjadi (biasanya subtropis dan zona ekuator), banyak stasiun beroperasi di pita C, yaitu 4/6 GHz.



Pengalaman praktis saya di Rusia dengan terminal satelit pita Ku (11/14 GHz) dan Ka (18/30 GHz), menunjukkan bahwa pengaruh presipitasi pada pekerjaan mereka pasti ada, tetapi tidak boleh dibesar-besarkan. Biasanya, hilangnya komunikasi di wilayah Moskow terjadi selama melewati badai petir dan berlangsung selama 10-15 menit. Pemilik TV satelit (NTV Plus atau Tricolor) melihat bagaimana gambar “hancur berkotak-kotak”.



Pada saat yang sama, salju dan es memiliki konstanta dielektrik yang rendah (tidak seperti air, perbedaannya hingga 25 kali lipat) dan praktis tidak mengganggu penerimaan dan transmisi sinyal. Yang paling bermasalah dari sudut pandang pengaruh pada transmisi sinyal radio adalah air, dengan konstanta dielektrik yang sangat tinggi (sama dengan 81, meskipun faktanya untuk sebagian besar bahan lain kurang dari 10). Dan lapisan air 1-2 mm pada penerima atau pemancar sinyal (dan bukan pada cermin itu sendiri !!!) sudah cukup untuk secara signifikan mengganggu transmisi sinyal). Benar, dalam kasus terminal Starlink, chip penerima / pemancar terletak tepat di bawah permukaan antena, tetapi karena kemiringan terminal selama operasi dan mungkin ada lapisan khusus, air dengan cepat mengalir darinya



Namun, bahkan hujan lebat dan salju yang mencair, seperti yang ditetapkan oleh pemilik terminal Starlink, praktis tidak memengaruhi kecepatannya. Mengapa??



Pertama-tama, mari kita tunjukkan parameter mana yang mencirikan pengaruh atmosfer pada pengoperasian terminal. Starlink menyebutnya SNR (Signal-noise ratio), dan dalam literatur biasanya ditulis sebagai Eb / No (dengan "ebinoise" versi Rusia yang menarik), yang diukur dalam desibel dan biasanya dalam kisaran 3..20 dB. Sesuai dengan cadangan daya yang tersedia, kita dapat menggunakan berbagai modulasi sinyal dari BPSK hingga 64QAM, yang memungkinkan kita memperoleh efisiensi spektral dari 0,5 hingga 6 bit / Hertz, yaitu mendapatkan kecepatan transmisi dari 1 MHz dari 500 kbit hingga 6 Mbps.



Berikut adalah tabel yang mengkarakterisasi efisiensi spektral tergantung pada nilai Eb / No





Oleh karena itu, dengan Eb / No 6,62 dB kita dapat mengirimkan 1,98 bit informasi dari 1 Hz, sedangkan dengan Eb / No 12,73 dB kita dapat mengirimkan 3,7 bit informasi dari 1 Hz.



Apa yang terjadi pada terminal saat hujan mulai turun? Rasio signal-to-noise mulai menurun, dan sistem, yang secara konstan mengukur rasio ini di terminal, mentransmisikan informasi ke gateway, yang mulai mengubah kode mod dalam sinyal untuk terminal ini, menguranginya sampai penurunan Eb / No mencapai level yang sesuai dengan nominal, pelanggan tidak ada sama sekali tidak akan melihat / merasakan, dan hanya ketika sinyal semakin melemah dan turun di bawah level untuk kode mod nominal, pelanggan dapat melihat sesuatu.



Ini hanya dapat diketahui pada pengujian waktu yang lama (2-3 jam, sesuai dengan periode perubahan cuaca yang signifikan), namun, hampir tidak ada penguji beta yang dapat membayangkan pengujian pengunduhan file terus menerus selama beberapa jam untuk memahami ketergantungan yang tepat dari kecepatan pengunduhan pada hujan. Gambar di bawah ini menunjukkan bahwa pada beberapa saat SNR turun menjadi nol, yaitu koneksi terputus.





Pada saat yang sama, fluktuasi nilai SNR - dan di sini saya akan mengingatkan Anda bahwa penurunan sebesar 3 dB adalah penurunan daya sinyal selama 2 (dua !!) - terlihat jelas dan kemungkinan besar terkait dengan perubahan jarak ke satelit / s.



Apa lagi yang bisa membantu pelanggan agar tidak memperhatikan hujan?





Sistem ini disebut AGC - Kontrol Penguatan Otomatis. Sudah diketahui bahwa itu ada di terminal Starlink, karena dokumen yang dikirim ke FCC (Komisi Komunikasi Federal AS) menunjukkan bahwa terminal mengeluarkan daya dari 0,67 W jika satelit berada tepat di atasnya dan jaraknya 550 km, ke 4,06 W jika satelit berjarak 1000+ km dan terlihat pada sudut 25 derajat. Jadi, dengan mengukur Eb / No pada terminal, Pusat Kontrol Jaringan dapat memerintahkan satelit dan terminal itu sendiri untuk meningkatkan daya pemancar guna mencapai level sinyal nominal yang sama untuk penerimaan dan / atau transmisi.



Parameter cuaca berikutnya adalah suhu udara, pada prinsipnya berpengaruh pada densitas udara, dan semakin padat udaranya, secara teoritis semakin besar redaman sinyal di dalamnya, namun perubahan ini berada dalam rentang sepersekian persen. Lebih penting lagi, ini harus mempengaruhi LNB (LNA - penguat noise rendah) yang mengubah sinyal radio pada saluran dari satelit ke terminal menjadi yang listrik. Setiap LNA dicirikan oleh apa yang disebut "suhu gangguan", semakin rendah suhu ini, semakin sedikit kehilangan sinyal selama penerimaan, semakin tinggi tingkat penerimaan informasi dalam kasus kami dari satelit ke terminal penerima. Dalam astronomi radio, dalam sistem pengamatan bintang mereka untuk meningkatkan penerimaan, untuk melihat sinyal dari galaksi jauh, LNA bahkan ditempatkan dalam wadah dengan helium cair (lihat https://vsatman888.livejournal.com/193856.html ).



Perkiraan suhu "kebisingan" Tsh penerima antena bertahap berada di wilayah 200 Kelvin, dan suhu terminal berubah plus / minus 20 derajat, sesuai dengan rumus untuk menentukan angka gangguan F = (T w + T o ) / T o , di mana T o = 290 K, menjanjikan kita di musim dingin peningkatan produktivitasnya di wilayah beberapa puluh persen. Oleh karena itu, perasaan pelanggan pertama Starlink bahwa terminal berfungsi "lebih baik" dalam cuaca dingin bisa jadi beralasan.





More articles:


All Articles