[Сетевые технологии, Беспроводные технологии, Разработка систем связи, Научно-популярное, Космонавтика] Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 16. Starlink и погода

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
18-Ноя-2020 03:34

Цитировать

Часть 1 ‣ Часть 2 ‣ Часть 3 ‣ Часть 4 ‣ Часть 5 ‣ Часть 6 ‣ Часть 7 ‣ Часть 8 ‣ Часть 9 ‣ Часть 10 ‣ Часть 11 ‣ Часть 12 ‣ Часть 13 ‣ Часть 14 ‣ Часть 15
Starlink и погода
После того, как началось публичное бета тестирования и сотни энтузиастов получили, смонтировали и включили в сеть свои терминалы, начались «народные» эксперименты, приводящие «экспериментаторов» к интересным, а иногда даже и к правильным выводам.
В первую очередь всех интересовало влияние погоды, а учитывая сезон (глубокая осень) и географическое место (север США в районе 50 паралели), основные споры шли на тему влияет ли на работу и скорость передачи данных снег и дождь.

Начнем все таки с теории, которая говорит нам, что любая среда ослабляет радиосигнал. Подробно это изложено в Методиках Международного союза Электросвязи (для любопытных это тут https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.619-3-201712-S!!PDF-R.pdf).
Если, кратко, то установлено, что для радиоволн с частотой более 500 МГц основное ослабление определяется газами тропосферы кислородом и водяными парами, а так же дождем и прочими гидрометеорами, при этом двуокись углерода (СО2) и азот, как ни странно, влияют крайне слабо. При этом зависимость ослабления радиоволны зависит еще от частоты и имеет пики например для 22 и 60 ГГц.
Учитывая, что состав атмосферы стабилен, то влиять на работу Starlink могут только осадки. Установлено, что осадки для сигналов разной частоты влияют по-разному, и это влияние связано с зависимостью длины волны и размера капли дождя. Длина радиоволны = скорость света /частоту
Частота, ГГц
4
6
11
14
18
30
Длина волны, см
7,5
5,0
2,7
2,1
1,7
1,0
Гидрометеоры в тропосфере (капли дождя и тумана, снег и пр.) рассеивают энергию радиоволн, длина волны которых соизмерима с размерами гидрометеоров. Покажем ослабление сигнала в дожде Lд при различных углах места α и вероятности выпадения дождя (Тд) (рис.2.7).

Рис.1. Частотные зависимости поглощения сигнала в дожде от частоты при различных углах места и вероятности выпадения дождя
Ослабление в дожде в дБ на 1 км при вертикальной поляризации и 18ºС, в зависимости от интенсивности дождя, J мм/ч представлено на рис.2

Рис.2. Ослабление сигнала в зависимости от интенсивности дождя J для разных частот
Если перейти в практическую плотность, то чем меньше частота спутникового сигнала, тем меньше на него влияет дождь и прочие осадки. Поэтому в тех районах, где возможны сильные ливни или осадков много (как правило субтропики и экваториальная зона) очень много станций работает в С диапазоне, то есть 4/6 ГГц.
Мой практический опыт работы в России с спутниковыми терминалами Ку (11/14 ГГц) и Ка (18/30 ГГц) диапазона, говорит о том, что влияние осадков на их работу безусловно есть, но его не стоит преувеличивать. Обычно потеря связи в районе Москвы происходит при прохождении грозового фронта и длится 10-15 минут. Владельцы спутникового ТВ (НТВ Плюс или Триколор) видят как при этом картинка «рассыпается на квадраты».
При этом снег и лед имеют низкую диэлектрическую проницаемость (в отличие от воды, разница составляет до 25 раз) и практически не мешают приему и передаче сигнала. Наиболее проблемной с точки зрения влияния на прохождение радиосигнала является вода, с ее аномально высоком коэффициентом диэлектрической проницаемости (он равен 81, при том, что у большинства других материалов он менее 10). И достаточно слоя в 1-2 мм воды на приемнике или передатчике сигнала (а не самом зеркале!!!), чтобы существенно ухудшить прохождение сигнала). Правда, в случае терминала Starlink, чипы приемники/передатчики находятся сразу под поверхностью антенны, но из за наклона терминала при работе и возможно специального покрытия вода быстро с него стекает
Однако, даже сильные дожди и тающий снег, как установили владельцы терминалов Starlink, все равно практически не влияют на его скорость. Почему??
Прежде всего, укажем, какой параметр характеризует влияние атмосферы на работу терминала. У Starlink он называется SNR (Signal-noise ratio), а в литературе обычно пишется как Eb/No с соответствующим интересным русским вариантом «ебинойз»), который измеряется в децибелах и обычно находится в диапазоне 3..20 дБ. В соответствии с имеющимся у нас запасом по энергетике, мы можем использовать различные модуляции сигнала от BPSK до 64QAM, которые позволяют получить нам спектральную эффективность от 0,5 до 6 бит/Герц, то есть получить скорость передачи с 1 МГц от 500 кбит до 6 Мбит.
Вот таблица, которая характеризует спектральную эффективность в зависимости от величины Eb/No

Из нее следует, что при Eb/No 6,62 дБ мы можем с 1 Гц передать 1,98 бит информации, в то время как при Eb/No 12,73 дБ мы можем с 1 Гц передать уже 3,7 бит информации.
Что происходит в работе терминала, если начинается дождь? Отношение сигнал шум начинает снижаться, и система, которая постоянно измеряет на терминале это соотношение передает информацию на гейтвей, который начинает менять модкод в сигнале для данного терминала, снижая его, пока снижение Eb/No не дойдет до уровня, соответствующему номиналу абонент вообще ничего не увидит/почувствует, и только тогда, когда сигнал ослабнет еще больше и снизится ниже уровня, для номинального модкода, абонент может что-то заметить.
Заметить это можно только на длительном временном тесте (2-3 часа, соответствующем периоду существенного изменения погоды), однако практически никто из бета-тестеров не может представить непрерывный тест загрузки файлов в течение нескольких часов, чтобы понять точную зависимость скорости загрузки от дождя. На снимке ниже видно, что в некоторые моменты SNR проваливался до нуля, то есть проходил обрыв связи.

При этом колебания величины SNR – а здесь я напомню, что уменьшение его на 3 дБ это снижение мощности сигнала в 2 (два!!) хорошо заметны и скорее всего связаны с изменением расстояния до спутника/ов.
Что еще может помочь абоненту «не заметить дождь»??
Это система называется АРУ – Автоматическое Регулирование Усиления (automatic gain control). Уже известно, что она на терминале Starlink есть, ибо в документах, направленных в FCC (Федеральная комиссия по связи США) указано, что терминал выдает мощность от 0,67 Вт в случае, если спутник прямо над ним и расстояние составляет 550 км, до 4,06 Вт в случае, если спутник находиться в 1000+ км и виден под углом 25 градусов. Таким образом, измеряя Eb/No на терминале Центр Управления Сетью может давать команду на спутник и сам терминал увеличить мощность передатчика, чтобы добиться того же номинального уровня сигнала на прием и/или передачу.
Следующий погодный параметр — температура воздуха, в принципе она влияет на плотность воздуха, и чем плотнее воздух, тем теоретически больше в нем ослабление сигнала, однако, это изменение находится в пределах долей процента. Более существенно она должна влиять на LNB (МШУ — малошумящий усилитель) преобразующий на линии от спутника к терминалу радио сигнал в электрический. Любой МШУ характеризуется так называемой «шумовой температурой», чем ниже эта температура, тем меньше потери сигнала при приеме, выше скорость приема информации в нашем случае от спутника к приемному терминалу. В радиоастрономии в их системах наблюдения за звездами для улучшения приема, чтобы разобрать сигнал от далеких галактик, МШУ даже помещают в контейнеры с жидким гелием (см. https://vsatman888.livejournal.com/193856.html).
Ориентировочная «шумовая» температура Тш приемников фазированных антенн находится в районе 200 градусов Кельвина, и изменение температуры терминала на плюс/минус 20 градусов, согласно формуле определения коэффициента шума F= (Tш + Tо)/Tо, где То=290 К сулит нам при морозах увеличение его производительности в районе нескольких десятков процентов. Поэтому, ощущения первых абонентов Starlink, о том, что в холодную погоду терминал работает «лучше», могут иметь под собой основания.

===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_setevye_tehnologii (Сетевые технологии), #_besprovodnye_tehnologii (Беспроводные технологии), #_razrabotka_sistem_svjazi (Разработка систем связи), #_nauchnopopuljarnoe (Научно-популярное), #_kosmonavtika (Космонавтика), #_starlink, #_space_x, #_sputnikovaja_svjaz (спутниковая связь), #_sputnikovyj_internet (спутниковый интернет), #_sputniki (спутники), #_ilon_mask (илон маск), #_setevye_tehnologii (
Сетевые технологии
), #_besprovodnye_tehnologii (
Беспроводные технологии
), #_razrabotka_sistem_svjazi (
Разработка систем связи
), #_nauchnopopuljarnoe (
Научно-популярное
), #_kosmonavtika (
Космонавтика
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 17:52
Часовой пояс: UTC + 5