Спутниковая связь — это метод беспроводной связи, в котором в качестве средства связи используются спутники. В процессе общения с клиентами и друзьями я часто сталкиваюсь с тем, что клиенты и друзья не очень хорошо понимают некоторые термины в спутниковой связи. Позже мы несколько раз представим соответствующие знания о спутниковой связи очень популярными словами. Мы стремимся сделать их понятными на 99%, даже если у вас нет профессионального технического образования в сфере связи или электроники.
Прежде всего, в этой статье мы собираемся представить классификацию спутников связи.
Мы часто слышим эти термины: низкоорбитальный спутник, Starlink, Лао Ма, спутник с высокой пропускной способностью, точечный луч, одиночный переход, Ku, Ka, C... Термины, подобные этим, в основном относятся к спутникам связи, связанным с классификацией.
Что такое спутниковая связь
Спутниковая связь — это разновидность беспроводной связи. Существует два основных сценария применения:
1: Территории, не охваченные наземной мобильной связью
Когда мы находимся в относительно отдаленных районах, таких как леса, пустыни, океаны, горы, деревни и т. д., а наземная сеть мобильной связи не имеет эффективного покрытия и мобильные телефоны не могут общаться, нам необходимо использовать спутниковую связь. Например, бортовое оборудование спутниковой связи на океанских грузовых судах и морское спутниковое оборудование, используемое путешественниками в пустыне Гоби.
Кроме того, когда происходят стихийные бедствия, такие как землетрясения и наводнения, и прерывается наземная мобильная связь, в это время также необходима спутниковая связь.
2: существует препятствие прямой видимости при общении.
Что мне делать, если я хочу общаться с другим человеком, находящимся в 10 км в горной местности, где нет сигнала мобильного телефона?
Если мы проведем прямую линию между нами двумя и на пути этой прямой линии нет других препятствий, то технический термин будет «отсутствие препятствий на визуальном расстоянии». Зрение буквально означает «на видимом расстоянии». Если в прямой видимости нет препятствий, то каждый из нас держит в руках радиосвязь и может поддерживать связь. В это время спутниковая связь не нужна.
Напротив, если на линии видимости есть препятствия, например, другие горы, деревья и т. д., то две станции связи не смогут поддерживать связь, и требуется спутниковая связь.
Подведем итог:
Сценарии использования спутниковой связи:
1. Наземная сеть мобильной связи не может обеспечить эффективное покрытие;
2. Связь в прямой видимости заблокирована.
Базовая архитектура спутниковой связи
Базовая структура спутниковой связи заключается в реализации передачи данных между двумя пользователями через спутник в качестве посредника, как показано на следующем рисунке:
Конечная цель: Пользователь А отправляет данные Пользователю Б.
Разделите этот процесс на 2 этапа:
Шаг 1: Пользователь А отправляет данные на спутник по беспроводной сети;
Шаг 2: Спутник отправляет данные пользователю Б по беспроводной сети.
Весь процесс очень похож на мобильную связь. Даже если два мобильных телефона помещены вместе, они не могут напрямую связываться друг с другом. Они должны общаться через Wi-Fi локальной сети или через мобильную базовую станцию. Wi-Fi или базовые станции играют роль ретранслятора передачи данных, а спутники также играют роль ретранслятора передачи данных в спутниковой связи .
Классификация спутников связи
Существует множество способов классификации спутников связи. Подводя итог, можно сказать, что в основном используются следующие методы классификации:
Классифицируется по потоку данных
Классификация по полосе частот
Классифицируется по мощности
Классификация по методу покрытия луча
Классифицируется по методу зарядки
Классифицируется по потоку данных
В зависимости от пути передачи потока данных от пользователя А к пользователю Б существует 3 различных типа спутниковой связи:
- Двухточечный «одиночный переход»
- Двухточечная «два прыжка» или «несколько прыжков»
- Конвергенция наземных сетей с однопереходным доступом
Самый простой метод передачи данных — это «одиночный переход» «точка-точка». Как показано на рисунке ниже:
Данные пользователя А отправляются на спутник, а спутник пересылает данные пользователю Б. Весь поток данных передается через спутник только один раз, и этот технический термин — «один выстрел на спутник».
Другой способ — «двойной переход» между точками. Как показано на рисунке ниже:
Данные пользователя А передаются на спутник. Спутник не пересылает данные пользователю Б. Вместо этого он сначала пересылает данные на шлюзовую станцию компании спутниковой связи на земле. После того как шлюзовая станция выполнит обработку, данные передаются. передается со станции-шлюза, затем отправляется на спутник, а затем спутник пересылает данные пользователю B. Весь поток данных передается через спутник дважды. Технический термин — «дважды на спутник».
Поскольку на первом этапе «запусков двух спутников» данные пользователя А уже достигли шлюзовой станции, а шлюзовая станция построена на земле, она обязательно сможет подключиться к наземной фиксированной широкополосной сети, выделенной оптоволоконной сети. и т. д. Вместе. Если пользователь Б также может подключиться к наземной сети или сети мобильной связи, то шлюзовой станции не требуется второй раз обращаться к спутнику и она может напрямую пересылать данные пользователю Б через наземную сеть. И это третий путь. Этот метод показан на рисунке ниже:
Классификация по полосе частот
Спутники связи в основном имеют три диапазона частот: C-диапазон, Ku-диапазон и Ka-диапазон.
C-диапазон: обычно 3–6 ГГц. Стандартный диапазон частот спутниковой связи C-диапазона составляет от 3,7 до 4,2 ГГц для нисходящей линии связи (от спутника к терминалу) и от 5,925 до 6,425 ГГц для восходящей линии связи (от терминала к спутнику).
Диапазон частот Ku: обычно 10–14 ГГц. Стандартный диапазон частот спутниковой связи Ku-диапазона составляет 14–14,5 ГГц для восходящей линии связи (терминал-спутник) и 12,25–12,75 ГГц для нисходящей линии связи (спутник-терминал).
Диапазон частот Ka: обычно 20–30 ГГц. Например, диапазон Ka спутника ChinaSat 16 компании China Satcom: диапазон частот передачи пользователя составляет 29,46–30 ГГц, а частота приема пользователя составляет 18,7–20,2 ГГц.
Многие спутники связи будут оснащены несколькими транспондерами, которые смогут одновременно поддерживать один или несколько диапазонов частот C, Ku и Ka. Например, на спутнике ChinaSat 10 имеются полезные нагрузки транспондеров как Ku-диапазона, так и транспондеры C-диапазона.
Для конечных потребителей выбор полосы частот для использования в качестве метода спутниковой связи требует всестороннего учета различных факторов, таких как форма установки терминала, источник питания, требования к скорости передачи данных, стоимость, спутниковое покрытие и удобство использования спутниковых ресурсов.
обычно
1. Чем выше частота, тем меньше размер антенны терминала, что способствует миниатюризации терминала и уменьшению веса терминала.
2. Чем выше полоса частот, тем больше потери при передаче сигнала от спутника к терминалу. В дождливые дни тем больше потери энергии сигнала. (В индустрии спутниковой связи потеря энергии сигнала, вызванная дождем, называется «затуханием в дожде»).
3. Полоса частот расширяется, и стоимость производства терминального оборудования увеличивается.
Классифицируется по спутниковой орбите
Поскольку Starlink Лао Ма настолько популярен, спутники делятся на высокоорбитальные спутники, среднеорбитальные спутники и низкоорбитальные спутники в зависимости от их орбит. Все, наверное, уже знают эти термины. Обычно используемые спутники связи делятся на две категории: спутники на высокой орбите и спутники на низкой орбите.
Высокоорбитальные спутники представляют собой спутники на геосинхронной орбите. Спутники расположены над экватором, примерно в 36 000 км от поверхности Земли, а периоды их обращения синхронны с Землей. Если в качестве системы координат используется Земля, положение спутника на геосинхронной орбите не изменится. Например, положение Zhongxing 10: долгота 110,5 ° восточной долготы, а широта равна 0 (поскольку он находится над экватором). Это положение не изменится, и долгота всегда будет равна 110,5° восточной долготы. Преимущество этого в том, что
1. Зона покрытия спутника фиксирована, и пользователи, находящиеся в зоне покрытия спутника, могут бесперебойно общаться со спутником 24 часа в сутки.
2. Зона действия спутников особенно широка и может достигать тысяч километров.
3. Поскольку спутник и земля относительно неподвижны, антенне терминала относительно легко отслеживать спутник.
Недостатками высокоорбитальных спутников являются: поскольку спутник находится слишком далеко от земли, затухание сигнала во время всего процесса передачи слишком велико, что влияет на скорость связи всей системы, а задержка передачи сигнала велика. Космическая задержка передачи сигнала от терминала до спутника составляет 120мс (360000/скорость света). Пользователь А передает данные пользователю Б через спутник, а космическая задержка передачи составляет 240 мс. После добавления собственной задержки обработки терминала, задержки спутниковой обработки и т. д. фактическая задержка передачи от пользователя А пользователю Б составляет> 300 мс.
Расстояние между низкоорбитальными спутниками и поверхностью Земли составляет около 200–2000 км. Поскольку высота орбиты спутника мала, период обращения спутника также мал. Обычно он облетает Землю за несколько часов.
В качестве примера возьмем низкоорбитальный спутник с высотой орбиты 500 километров. Он совершает оборот вокруг Земли примерно за 90 минут, что составляет 1,5 часа. Фактически время, необходимое спутнику для подъема над горизонтом и затем его исчезновения за горизонтом, является теоретическим временем связи между терминалом и спутником, которое составляет гораздо меньше 90 минут. Кроме того, с учетом таких факторов, как наклонение орбиты спутника и расположение терминала, фактическое время связи со спутником (технический термин «накладное время») составляет всего около десяти минут. Поэтому происходит непрерывный процесс переключения между терминалом и низкоорбитальным спутником.
Спутник А поднимается из-за горизонта и может связаться с терминалом. Спустя более десяти минут спутник А исчез с горизонта, и связь с терминалом стала невозможна. Перед этим с земли должен подняться еще один спутник B. Терминал переключается со связи со спутником A на связь со спутником B для обеспечения бесперебойной связи.
Преимущества низкоорбитальных спутников:
1. Небольшая потеря места помогает повысить скорость передачи данных.
2. Задержка передачи сигнала небольшая, а производительность в реальном времени высокая.
3. Потери пространства невелики, а мощность наземного сигнала высокая, что позволяет уменьшить размер антенны терминала и тем самым снизить стоимость;
Недостатками низкоорбитальных спутников являются: малое время нахождения в эфире и необходимость постоянного переключения спутников. Из-за быстрого перемещения спутников сложно отслеживать антенну терминала.
Классифицируется по мощности
Мы часто слышим термин «спутник высокой пропускной способности», который на самом деле классифицируется по мощности спутника. Пропускная способность каждого спутника ограничена. В отрасли спутниковой связи спутники связи делятся по мощности: традиционные спутники и спутники с высокой пропускной способностью.
Спутники с высокой пропускной способностью, как следует из названия, означают, что спутник имеет большую пропускную способность. Так какая же мощность считается высокой пропускной способностью?
В качестве примеров мы используем спутник Asia Pacific 6D, спутник ChinaSat 16 и спутник ChinaSat 26. Пропускная способность спутника Asia Pacific 6D составляет 50 Гбит/с, пропускная способность спутника ChinaSat 16 — 20 Гбит/с, а пропускная способность одного спутника спутника ChinaSat 26 — 100 Гбит/с. .
Классификация по методу покрытия
Специальные термины, соответствующие спутниковому покрытию, - это «спутник с большим лучом» и «спутник с точечным лучом».
Большие лучи обычно относятся к геостационарным спутникам, а зона действия антенны составляет несколько тысяч километров. Например, ниже представлено покрытие диапазона частот ку ChinaStar 10. Один луч покрывает почти весь Китай.
Точечные лучи имеют несколько антенн на спутнике, и каждый луч антенны направлен на небольшую область на земле. Размеры этой территории гораздо меньше, чем у спутников с большим лучом, обычно несколько сотен километров. На рисунке ниже представлена карта спутникового покрытия Азиатско-Тихоокеанского региона 6D. На снимке видно, что спутник APSTAR 6D имеет 90 точечных лучей. Каждый луч может покрыть лишь небольшую территорию. Вместе эти 90 точечных лучей могут покрыть практически весь Азиатско-Тихоокеанский регион.
Для спутников с большим лучом мощность передачи спутника охватывает диапазон в несколько тысяч километров, а средняя мощность спутникового сигнала на единицу площади низкая. Для точечных лучей мощность спутниковой передачи охватывает небольшой диапазон, поэтому в пределах зоны покрытия точечным лучом посадочная мощность спутникового сигнала на единицу площади намного выше. Преимущество этого заключается в том, что наземные терминалы одинакового размера в зоне покрытия точечного луча могут передавать данные с более высокой скоростью, или же та же скорость данных может передаваться с использованием наземных терминалов меньшего размера.
Недостатком точечных лучей является то, что зона покрытия каждого луча ограничена. Если пользователь перелетает с одного точечного луча на другой, возникает проблема переключения лучей и требуется управление сетью спутниковой связи.
Классифицируется по тарифному методу
Существует два типа методов тарификации спутниковой связи:
1. Плата взимается в зависимости от занимаемой полосы пропускания и продолжительности радиочастотного сигнала.
2. Плата в зависимости от трафика данных
Первый тип взимает плату в соответствии с занимаемой полосой пропускания и продолжительностью радиочастотного сигнала, что соответствует режиму «односкачковый» режим «точка-точка» в режиме потока данных.
Например: спутник ChinaSat 10, полоса частот Ku, диапазон частот, передаваемый терминалом A, составляет 14,05–14,055 МГц, общая полоса пропускания сигнала составляет 5 МГц. Как показано ниже:
Затем на спутнике необходимо зарезервировать радиочастотную полосу 5 МГц для использования терминалом А. Это занятие является эксклюзивным, то есть, если терминал А занимает эту радиочастотную полосу 5 МГц, другие пользователи больше не смогут занимать эту радиочастотную полосу 5 МГц. . Компания спутниковой связи взимает плату с пользователей терминала А в зависимости от занимаемой терминалом А полосы радиочастот и времени, которое он занимает.
Стандарт зарядки — МГц час.
Второй тип тарифицируется по трафику данных, что соответствует двухточечному режиму «двуххоп» или «многохоп» в режиме потока данных, однохоповому режиму и режиму доступа к наземной сети.
Поток данных пользователя поступает на шлюзовую станцию компании спутниковой связи. В шлюзовую станцию встроены система управления пользователями, система обнаружения трафика и система выставления счетов для взимания платы в соответствии с потоком данных. Это аналогично тарификации трафика мобильных телефонов.
Как показано ниже:
Стандарт зарядки — Мбайт.
Короче говоря, если пользовательские данные спутниковой связи проходят через наземную шлюзовую станцию, плата за них будет взиматься в зависимости от объема трафика. Если пользовательские данные спутниковой связи пересылаются напрямую через спутник, минуя шлюзовую станцию, плата взимается в зависимости от пропускной способности.
Примеры спутников связи
Возьмите несколько наших широко используемых спутников связи в качестве примеров, чтобы проиллюстрировать следующие классификации спутников связи:
ChinaSat 10: одноперелетная связь «точка-точка», диапазон C/Ku, высокоорбитальный геостационарный спутник, традиционный спутник, большой луч, оплата взимается в зависимости от полосы пропускания и продолжительности
ChinaSat 12: одноперелетная связь «точка-точка», диапазон C/Ku, высокоорбитальный геостационарный спутник, традиционный спутник, большой луч, оплата взимается в зависимости от полосы пропускания и продолжительности
ChinaSat 16: двухточечный двухпереходный, однопереходный доступ к наземной сети, Ka-диапазон, высокоорбитальный геостационарный спутник, спутник с высокой пропускной способностью, точечный луч, оплата в зависимости от трафика;
ChinaSat 26: двухточечный, однопереходный доступ к наземной сети, Ka-диапазон, высокоорбитальный геостационарный спутник, спутник с высокой пропускной способностью, точечный луч, оплата в зависимости от трафика;
Азиатско-Тихоокеанский регион 6D: двухточечный двухпереходный, однопереходный доступ к наземной сети, диапазон частот Ku, высокоорбитальный геостационарный спутник, спутник с высокой пропускной способностью, точечный луч, оплата в зависимости от трафика;
Как видно из приведенного выше примера:
Большие лучи соответствуют традиционным спутникам с пропускной способностью, однопереходному каналу «точка-точка», и плата за них взимается в зависимости от полосы пропускания и продолжительности.
Точечные лучи соответствуют спутникам с высокой пропускной способностью, с двумя переходами «точка-точка» и однопереходным доступом к наземной сети, и плата за них взимается в зависимости от трафика.
наконец
Некоторые части этой статьи не очень строги. Некоторые методы классификации имеют особые обстоятельства и не рассматриваются. Они используются только в научно-популярных целях.