スターリンクサテライトインターネットプロジェクトに関するすべて。パート21。SLと分極の問題

スターリンク（SL）



プロジェクトに 以前に投稿された資料に精通することをお勧めします：パート1.プロジェクトの誕生‣ パート 2.SL ネットワーク‣パート3.グラウンドコンプレックス ‣ パート4.サブスクライバー端末 ‣ パート 5.SLグループ化とクローズドベータテストの状態‣ パート6.ベータテストや顧客に対するサービス ‣ 第7部の帯域幅SLとRDOFプログラムネットワーク ‣ 加入者端末の第8部インストールとインクルージョン ‣ 米国以外の市場でのパート9サービス ‣ パート10 SLとペンタゴン ‣ パート11 SLと天文学者 ‣ パート12。宇宙破片の問題 ‣ 部13衛星ネットワーク遅延と無線スペクトルへのアクセス ‣ 部14間衛星通信リンク ‣ サービスのパート15ルール ‣ パート16. SL及び天候 ‣ 部17第二世代SL ‣ COTM市場における部18 SL ‣ パート19.SLの未来は何ですか ‣ パート20.SLターミナルの内部

まず、ちょっとした理論…



電波といえば、「分極」という特徴があります。つまり、次のように説明されます。

波の分極は、波の伝播方向に垂直な平面内の振動量のベクトルの振る舞いを表す横波の特性です。

言葉を理解することは、写真でそれを見るよりもはるかに困難です。





上は円偏光、下は垂直（青い線）と水平（赤い線）です。衛星通信の場合、垂直/水平または左/右の円形ペアが使用されます。



分極の使用は何ですか？また、使用する周波数範囲を2倍にすることができるという事実は、Ku帯域の場合、International Telecommunication Union（別名ITU）の周波数分布によると、500 MHz（14000〜14500 MHz）しか使用できません。 2つの分極、それぞれにすでに500 MHzを設定でき、合計で1000MHzになります。たとえば、KuバンドのYamal-200衛星では、1つの偏光で動作する72 MHzトランスポンダーは6つしかなく、Yamal-300K（90度の位置でYamal-201を置き換えることになっている）では、そのようなトランスポンダーが12個ありました（横に6、縦に6）、したがって、周波数リソースの販売からのオペレーター（Gazprom Space Systems）の収入は2倍になりました。



Starlinkを見ると、これの重要性も理解しており、下の表から判断すると、20年目に、左右の円形偏光（Rx01）で2000MHzの可能な周波数範囲全体で両方の偏光を使用することをFSSに宣言しました。およびRx02の周波数は同じですが、極性が異なります）。





そして、5ビット/ Hzのスペクトル効率（多くですが、理論的には非常に優れたアンテナと大きな信号対雑音比で達成可能）で、1つの衛星の帯域幅を4000 MHz x5ビット/ Hz = 20ギガビットで取得します。



しかし、いつものようにしかしあります！これがどのように実装されるかを見てみましょう...

従来の放物線アンテナがある場合、分極は、アンテナへの軸の周りでフィードとその導波路を回転させることによって設定されます。





// 一般に、分極パラメータは、衛星リソースリースサービスを提供する会社の規制（たとえば、RSCC規制）から取得されます。



分極角は、VSAT設置場所の正確な座標に依存し、特別なプログラムで決定されます。 NCC（ネットワークコントロールセンター、通常はモスクワにあります）の運営者から入手して、座標を提供することができます。



方位角と地形角の



ボルトを 締めた後：トランシーバー取り付けサポート（ODU）のボルトを緩め



ます。計算プログラムで取得した偏光角までODUを回転させ、次の手順に従います。



パラメータが基準を満たしていることをオペレータから確認し、仰角による方位角を正常に調整した後、さらに偏光を調整する必要があります。



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そして、これは非常に時間のかかる操作です。特に、設置者が霜で屋根に座っている場合、ミトンで「ミリメートルと度をキャッチ」することはほとんど不可能であり、イリジウム衛星電話（1分= 1ドル）でNCCオペレーターと通信するためです...しかし、主なことは分極が依存することです衛星までの距離から、およびフェーズドアレイを備えたアンテナの場合（アンテナの平面に対するビームの傾斜角度）。



公平を期すために、円偏光にはそのような問題はないことに注意してください。そこでは、90度異なる左と右の2つのオプションがあるダイプレクサーの正しい位置を選択する必要があります。



ダイプレクサーは、周波数ドメインで多重化を実装するパッシブデバイスです。 2つのポートが3番目のポートに多重化されます。ポート1（受信機へ）と2（送信機へ）の信号は、ばらばらの周波数帯域を占めます。したがって、1と2の信号は、互いに干渉することなく、（アンテナからの）ポート3で共存できます。







SLに戻ります。

1）一次モーメント位相アレイアンテナは、従来の放物線アンテナよりも交差分極の分離が不十分です。放物線アンテナの場合、標準は29..30 dBであり、PARの場合、この分野のプロから言われたように、静止衛星で作業する場合、およびオブジェクトが30..80 km / hの速度で移動する場合、26〜28dBは非常に優れていると見なされます。



2）衛星までの距離や傾斜角度が高速で連続的に変化する場合、必要な精度で交差分極アイソレーション（CRC）を調整することは非常に困難です。船の放物線アンテナでさえ、CRCが時々「飛んで」、端末が異なる偏光でチャネルに干渉し始めるという事実の罪があります。そして、ご存知のように、船は衛星よりも100倍遅く移動します。



残念ながら、FAR ESA（Phased Electronically Beam Controlled）アンテナのメーカーは、500km以上の低軌道にある衛星を操作する際の実際のクロスフィールドデカップリングに関するデータをまだ公開していません。



Starlinkの場合、分極の問題は1桁複雑です。

ここでは、PARアンテナは衛星チャネルの両端（衛星と地上の両方）に配置されています。さらに、衛星までの距離が連続的かつ非常に急速に変化するだけでなく、アンテナの平面に対するビームの傾斜角度も変化します...



Elon Muskがターミナルを作成するために惹きつけたエンジニアの天才、勤勉、そして利用可能な予算のすべてで、2年前、2つの分極を使用することは不可能であることが彼らに明らかであるように見え、SpaceXはFSSにその地上ターミナルを使用するように要求しました。たった1つの分極-衛星からターミナルへの線上で右、ターミナルから衛星への方向で左..。





つまり、SpaceXは、加入者端末を操作するためにFCCによって割り当てられたStarlinkネットワーク帯域幅の50％を自発的に放棄する必要がありました...



また、Starlinkで地球から宇宙に情報を送信するために使用されるKaバンドでは、この問題に注意してください。 パラボリックアンテナは衛星と地球の両方で使用されており、クロスポールの問題は従来の方法で解決されており、ゲートウェイから衛星へのゲートウェイから、2つの偏光で合計4000MHzを送信することは可能です...



将来ここで何かを修正することは可能ですか？理論的には、それはおそらく可能です（特に紙はすべてに耐えるので、どんなファンタジーでも...）。ただし、ここでの決定は、ターミナルとそのフェーズドアレイのジオメトリ、パラメータ、場合によっては材料と構造に影響します。同時に、主な目標は端末のコストを削減することであることを忘れないでください。そして、端末はすでに設計されており、連続生産されています...



何ができるのでしょうか？この質問に答えるには、交差分極接合部の実際のサイズに関する情報が必要です。



残念ながら、Starlink端末がますます多くの錠前屋やITスペシャリストの手に渡り、それを壊したり、どのような種類のWi-Fiがあるかを調べたりしていますが、どの周波数で、どのmodcodeで、どのような種類のWi-Fiが機能するかはまだ誰も推測していません（端末の周波数特性を削除できませんでした）。クロスポールデカップリング、彼が異なる分極にどのような干渉を加えるか。これらの測定は簡単ではありません。14GHzの2つのスペクトルアナライザー（数万ドルの費用がかかると、今は言いませんが、まだ安くはありません）、電気駆動装置を備えた放物線状アンテナ、および未知の形式の信号に同調して付随できる非標準コントローラー（通常のコントローラー）が必要です。 「テレビ」信号フォーマットDVB-S2でシャープになりましたが、Starlinkがそれを使用しているという事実ではありません）両方の偏光で衛星からの信号を同時に測定しますが、6か月以内に、米国の衛星会社の1つがそれを行い、情報がインターネットに漏洩することになる...





可能なオプションは何ですか？

1. 異なる偏光での干渉が比較的小さい場合は、ゲインの高い端子を使用してください。たとえば、直径が1メートル以上の放物線アンテナです。この場合の障害は、単に「作業中の」modcode、つまり作業効率を下げることです。たとえば、SLが海と海に十分な大きさの電気端子を使用する場合、この問題はそれほど重要ではありません。
2. 原則として、この分極を使用しないでください。ただし、周波数再利用または周波数再利用技術を使用して、Kaバンド4000MHzで利用可能なすべてのリソースをKuに切り替えます。

周波数再利用とは何ですか？この技術は、衛星HTS（High Throughput Satellite）で積極的に使用されています。 1つの偏光で2000MHzをそれぞれ500MHzの4つのバンドに分割するだけで十分です（異なる色で指定します）





（より正確には、端末の説明から判断すると、スターリンクの周波数範囲は4色ではなく、衛星から下のチャネルが240 MHz幅で、8チャネルが2000 MHzに収まるため、8色に分割されますが、これらは詳細です。この場合、各ビーム（スポット、地球上の奉献ゾーン）には独自の周波数範囲があり、同じ周波数の別のビームと重ならない、つまり相互干渉がありません。



最も重要なことは、この場合、Starlinkは送信する4000MHzすべてを使用できることです。 c / Kaバンドゲートウェイ衛星へ



SpaceXが選択したソリューション：2つの偏光で同時に動作する機能、または1つを拒否して周波数の再利用を使用する機能、まだ言えません。



FCCへの両方の分極化の周波数ファイリングは、管理上および法的な手段にすぎないため、SpaceXはそれらを使用する権利を留保し、他のオペレーターがその分極化を妨害する放送を持っているとして苦情を申し立てる能力をキャンセルしました。



この質問への答えは、衛星が地球8または16に同時にブロードキャストできるビームの数を知ることです（正式には、衛星のアンテナは幅240 MHzだけでなく、120 MHz、60および30、および15 MHzでも）。



答えが否定的である場合、スターリンクネットワークは利用可能な衛星リソースの半分を使用できないため、衛星でそのようなチャネル切り替えが4000 MHzすべてを使用できるかどうかという質問に対する答えもありません...そして、この状況は、おそらく、新しい衛星の打ち上げ前に修正できません生成（CRCが29..30 dBのPARを作成することが理論的および実際的に可能であると仮定した場合）...そして、Starlinkサービスの需要が高いエリアの周波数リソースの半分は収入の半分です...