Saya menyarankan agar Anda membiasakan diri dengan materi yang diposting sebelumnya pada proyek Starlink (SL):
Bagian 1. Kelahiran proyek ‣ Bagian 2. Jaringan SL ‣ Bagian 3. Kompleks dasar ‣ Bagian 4. Terminal pelanggan ‣ Bagian 5. Status pengelompokan SL dan pengujian beta tertutup ‣ Bagian 6. Pengujian beta dan layanan untuk pelanggan ‣ Bagian 7. Jaringan program Bandwidth SL dan RDOF ‣ Bagian 8. Pemasangan dan penyertaan terminal pelanggan ‣ Layanan Bagian 9 di pasar di luar AS ‣ Bagian 10. SL dan Pentagon ‣ Bagian 11. SL dan astronom ‣ Bagian 12. Masalah puing ruang angkasa ‣ Bagian 13. Penundaan jaringan satelit dan akses ke spektrum radio ‣ Bagian 14. Tautan komunikasi antar-satelit ‣ Bagian 15. Aturan layanan ‣ Bagian 16. SL dan cuaca ‣ Bagian 17. SL generasi kedua ‣ Bagian 18. SL di pasar COTM ‣ Bagian 19. Bagaimana masa depan SL ‣ Bagian 20. Interior terminal SL
Pertama, sedikit teori ...
Jika kita berbicara tentang gelombang radio, maka gelombang radio memiliki karakteristik seperti "polarisasi". Secara kata-kata itu dijelaskan sebagai berikut:
Polarisasi gelombang adalah karakteristik gelombang transversal yang menggambarkan perilaku vektor dari suatu besaran yang berosilasi dalam bidang tegak lurus arah rambat gelombang.
Memahami kata-kata jauh lebih sulit daripada melihatnya di gambar:
Di atas adalah polarisasi melingkar, di bawah adalah vertikal (garis biru) dan horizontal (garis merah). Untuk komunikasi satelit, pasangan melingkar vertikal / horizontal atau kiri / kanan digunakan.
Apa gunanya polarisasi? Dan fakta bahwa itu memungkinkan Anda untuk GANDAKAN rentang frekuensi yang digunakan, jika di Ku band kami, sesuai dengan distribusi frekuensi dari International Telecommunication Union, alias ITU), Anda hanya dapat menggunakan 500 MHz (dari 14000 hingga 14500 MHz), maka jika kami menggunakan 2 polarisasi, kita sudah dapat masing-masing 500 MHz dan totalnya 1000 MHz. Misalnya, pada satelit Yamal-200 di Ku-band hanya ada 6 transponder 72 MHz yang beroperasi hanya dalam 1 polarisasi, dan pada Yamal-300K (yang seharusnya menggantikan Yamal-201 pada posisi 90 derajat) terdapat 12 transponder ( 6 di horizontal dan 6 di vertikal) dan, karenanya, pendapatan Operator (Gazprom Space Systems) dari penjualan sumber daya frekuensi berlipat ganda.
Jika kita melihat Starlink, maka mereka juga memahami pentingnya hal ini dan, dilihat dari tabel di bawah ini, pada tahun 20 mereka menyatakan kepada FSS bahwa mereka ingin menggunakan kedua polarisasi di seluruh kemungkinan rentang frekuensi 2000 MHz dalam polarisasi melingkar kanan dan kiri (Rx01 dan Rx02 memiliki frekuensi yang sama, tetapi polarisasi berbeda).
Dan kemudian, dengan efisiensi spektral 5 bit / Hz (banyak, tetapi secara teoritis dapat dicapai dengan antena yang sangat baik dan rasio signal-to-noise yang besar), kami mendapatkan bandwidth satu satelit 4000 MHz x 5 bit / Hz = 20 Gigabit.
Namun, seperti biasa ada TAPI! Mari kita lihat bagaimana ini diterapkan ...
Jika kita memiliki antena parabola konvensional, maka polarisasi diatur dengan memutar umpan dan pandu gelombangnya di sekitar sumbu ke antena:
// Secara umum, parameter polarisasi diambil dari peraturan perusahaan yang menyediakan layanan sewa sumber daya satelit (misalnya, peraturan RSCC).
Sudut polarisasi bergantung pada koordinat yang tepat dari lokasi pemasangan VSAT dan ditentukan dalam program khusus. Anda bisa mendapatkannya dari operator NCC (Pusat Kontrol Jaringan, biasanya di Moskow), memberinya koordinat.
Setelah mengencangkan
baut azimuth dan terrain angle: Longgarkan baut pada transceiver mounting support (ODU)
Putar ODU ke sudut polarisasi yang diperoleh dalam program kalkulasi dan lanjutkan sebagai berikut.
Setelah konfirmasi dari operator bahwa parameter memenuhi standar dan azimuth serta elevasi diatur secara normal, diperlukan penyesuaian polarisasi tambahan.
:
·
· / , .
·
· , , , 3 .
Dan ini adalah operasi yang sangat memakan waktu, terutama ketika penginstal duduk di atap dalam cuaca beku, karena hampir tidak mungkin untuk "menangkap milimeter dan derajat" di sarung tangan, dan berkomunikasi dengan operator NCC di telepon satelit Iridium (1 menit = 1 dolar) ... Tetapi yang utama adalah bahwa polarisasi bergantung dari jarak ke satelit dan untuk antena array bertahap (sudut kemiringan berkas relatif terhadap bidang antena).
Dalam keadilan, perlu dicatat bahwa tidak ada kesulitan untuk polarisasi melingkar, di sana Anda hanya perlu memilih posisi diplexer yang benar, yang ada dua opsi - Kiri dan Kanan, berbeda 90 derajat.
Diplexer adalah perangkat pasif yang mengimplementasikan multiplexing dalam domain frekuensi. Dua port digandakan ke port ketiga. Sinyal pada port 1 (ke penerima) dan 2 (ke pemancar) menempati pita frekuensi yang tidak tumpang tindih. Oleh karena itu, sinyal pada 1 dan 2 dapat hidup berdampingan pada port 3 (dari antena) tanpa saling mengganggu.
Sekarang kembali ke SL.
1) Antena array bertahap saat pertama memiliki isolasi polarisasi silang yang lebih buruk daripada antena parabola klasik. Untuk antena parabola, standarnya adalah 29..30 dB, dan untuk PAR, seperti yang saya diberitahu oleh para ahli di bidang ini, 26-28 dB dianggap sangat baik ketika bekerja pada satelit geostasioner dan ketika sebuah benda bergerak dengan kecepatan 30..80 km / jam ...
2) Jika jarak Anda ke satelit dan sudut kemiringan terus berubah dengan kecepatan tinggi, maka sangat sulit untuk menyesuaikan cross-polarization decoupling (CRC) dengan akurasi yang diperlukan. Bahkan antena parabola di kapal memiliki dosa bahwa CRC kadang-kadang "terbang" dan terminal mulai mengganggu saluran dalam polarisasi yang berbeda. Dan kapal, seperti yang Anda ketahui, bergerak seratus kali lebih lambat dari satelit.
Sayangnya, tidak ada produsen antena FAR ESA (Phased Electronically Beam Controlled) yang belum mempublikasikan data tentang cross-field decoupling aktual saat bekerja dengan satelit di orbit rendah 500+ km.
Dalam kasus Starlink, masalah polarisasi memiliki urutan yang lebih rumit.
Di sini, antena PAR terletak di kedua ujung saluran satelit - di satelit dan di tanah. Selain itu, tidak hanya jarak ke satelit yang berubah secara terus menerus dan sangat cepat, tetapi juga sudut kemiringan berkas relatif terhadap bidang antena ...
Dengan semua kejeniusan, kerja keras, dan anggaran yang tersedia dari para insinyur yang tertarik oleh Elon Musk untuk membuat terminalnya, 2 tahun yang lalu tampak jelas bagi mereka bahwa tidak mungkin menggunakan dua polarisasi, dan SpaceX mengirim permintaan ke FSS agar terminal daratnya akan digunakan. hanya 1 (satu) polarisasi - Tepat pada jalur dari satelit ke terminal dan Kiri pada arah dari terminal ke satelit ...
Artinya, SpaceX harus secara sukarela menyerahkan 50% dari bandwidth jaringan Starlink, yang dialokasikan untuknya oleh FCC untuk mengoperasikan terminal pelanggannya ... Kami
juga mencatat bahwa di Ka-band, yang digunakan di Starlink untuk mengirimkan informasi dari Bumi ke luar angkasa, masalah ini tidak sama sekali, karena antena parabola digunakan baik di satelit maupun di Bumi, di mana masalah lintas kutub diselesaikan dengan metode konvensional, dan dari gateway ke satelit masih memungkinkan untuk mentransmisikan total 4000 MHz dalam 2 polarisasi ...
Apakah mungkin untuk memperbaiki sesuatu di sini di masa mendatang ?? Secara teoritis, itu mungkin (terlebih lagi, kertas akan menanggung segalanya, fantasi apa pun ...). Tetapi keputusan apa pun di sini akan memengaruhi geometri, parameter, kemungkinan material, dan konstruksi terminal serta array bertahapnya. Pada saat yang sama, ingatlah bahwa tujuan utamanya adalah mengurangi biaya terminal. Dan terminal sudah dirancang dan dalam produksi serial ...
Apa yang bisa dilakukan ?? Untuk menjawab pertanyaan ini, Anda memerlukan informasi tentang ukuran sebenarnya dari persimpangan polarisasi silang.
Sayangnya, sementara terminal Starlink sampai ke tangan semakin banyak Tukang Kunci atau spesialis TI, yang merusak atau melihat jenis Wi-Fi yang ada ... Belum ada yang menebak (tidak dapat menghapus karakteristik frekuensi terminal) pada frekuensi apa yang bekerja, modcode apa, jenis apa isolasi crossover, jenis interferensi apa yang ditempatkan dalam polarisasi yang berbeda. Pengukuran ini tidak mudah - Anda memerlukan 2 penganalisis spektrum pada 14 GHz (setelah harganya puluhan ribu dolar, berapa banyak yang tidak akan saya katakan sekarang, tetapi masih tidak murah), antena parabola dengan penggerak listrik, dan pengontrol non-standar yang dapat menyetel dan menemani sinyal dengan format yang tidak diketahui (pengontrol biasa dipertajam untuk format sinyal "televisi" DVB-S2, tetapi bukan fakta bahwa Starlink menggunakannya) untuk mengukur sinyal dari satelit secara bersamaan di kedua polarisasi, tapi saya harapbahwa dalam enam bulan, salah satu perusahaan satelit di AS akan melakukannya, dan informasinya akan bocor ke Internet ...
Apa sajakah pilihan yang memungkinkan ??
- Jika interferensi pada polarisasi yang berbeda relatif kecil, gunakan terminal dengan gain tinggi, misalnya: antena parabola dengan diameter 1 meter atau lebih. Dalam hal ini, kendala hanya untuk mengurangi modcode "kerja" - efisiensi kerja. Misalnya, jika SL akan menggunakan terminal listrik yang cukup besar untuk laut dan samudera, maka masalah ini tidak akan terlalu kritis di sana.
- Pada prinsipnya, jangan gunakan polarisasi ini, tetapi alihkan seluruh kemungkinan sumber daya yang tersedia di Ka-band 4000 MHz ke Ku menggunakan teknologi penggunaan ulang frekuensi atau penggunaan ulang frekuensi:
Apa yang dimaksud dengan penggunaan kembali frekuensi? Teknologi ini secara aktif digunakan pada satelit HTS (High Throughput Satellite). Cukup dengan membagi 2000 MHz kami dalam satu polarisasi menjadi 4 pita masing-masing 500 MHz (kami akan menetapkannya dalam warna berbeda)
(Lebih tepatnya, dilihat dari deskripsi terminal, rentang frekuensi untuk Starlink tidak dibagi menjadi 4 warna, tetapi menjadi 8, karena saluran dari satelit ke bawah memiliki lebar 240 MHz dan 8 saluran akan cocok dengan 2000 MHz, tetapi ini adalah detailnya. Dalam hal ini, setiap pancaran (titik, zona konsekrasi di Bumi) memiliki rentang frekuensinya sendiri, yang tidak tumpang tindih dengan berkas lain dengan frekuensi yang sama, yaitu tidak ada interferensi timbal balik.
Dan yang terpenting, dalam hal ini Starlink dapat menggunakan semua transmisi 4000 MHz c / ke satelit gerbang Ka-band
Solusi apa yang dipilih SpaceX: kemampuan untuk bekerja secara bersamaan dalam 2 polarisasi atau untuk menolak satu dan menggunakan penggunaan ulang frekuensi, kami belum dapat mengatakannya.
Pengajuan frekuensi kedua polarisasi dengan FCC hanyalah tindakan administratif dan hukum, jadi SpaceX berhak menggunakannya dan membatalkan kemampuan operator lain untuk mengajukan keluhan terhadapnya karena siaran yang mengganggu polarisasi itu.
Jawaban atas pertanyaan ini akan mengetahui berapa banyak pancaran yang dapat dipancarkan satelit secara bersamaan ke Bumi 8 atau 16 (atau bahkan lebih, karena secara formal antena pada satelit dapat memancarkan berkas yang lebih sempit, tidak hanya lebar 240 MHz, tetapi juga 120 MHz dan 60 dan 30 dan bahkan 15 MHz).
Juga tidak ada jawaban untuk pertanyaan apakah perpindahan saluran seperti itu dimungkinkan pada satelit untuk menggunakan semua 4000 MHz, karena jika jawabannya negatif, jaringan Starlink tidak akan dapat menggunakan setengah dari sumber daya satelit yang tersedia untuk itu ... Dan situasi ini, kemungkinan besar, tidak dapat diperbaiki sebelum peluncuran satelit baru generasi (jika kami berasumsi bahwa secara teoritis dan praktis mungkin untuk membuat PAR dengan CRC 29..30 dB) ... Dan setengah dari sumber frekuensi untuk area dengan permintaan tinggi untuk layanan Starlink adalah setengah dari pendapatan ...