vsatman888 (vsatman888) wrote,
vsatman888
vsatman888

Category:

Как работает спутниковая сеть StarLink (конфиденциальная информация)

Пока с одной стороны SpaceX не раскрыл данную информацию, а с другой стороны  я не получил доступа к официальным материалам Space X  и соответсвующие тогда ограничения на их публикацию, спешу зафиксировать  свой взгляд/понимание этого  процесса (технологии).

Итак, Фазированная антенна спутника StarLink  может передавать несколько десятков отдельных лучей. В последней версии документа отправленного для сети StarLink  в ITU я насчитал 48 лучей. Не факт, что все они работают одновременно, возможно это   различные конфигурации, которые может формировать антенна спутника, а одновременно работает меньшее число лучей.
Точно известно, что  ГейтВей передает на ИСЗ в Ка диапазоне  по 2000 МГц (8 лучей по 480 МГц)  в каждой поляризации, а один луч от ИСЗ на абонентский терминал  имеет ширину 240 МГц. Итого  мы можем одновременно передать  16 лучей каждый шириной  по 240 МГц (если сможем принять с Гейтвея в левой поляризации а передать на терминал с ИСЗ в правой – напомню, что абонентский терминал работает только в одной поляризации – правой). .
Диаметр зоны  луча на поверхности Земли составляет примерно 24 км по линии – 3дБ (это сообщил сам SpaceX.
Но это в надире – прямо под ИСЗ (угол места 90 градусов) . По мере отклонения луча его диаметр  увеличивается , так как  также  немного растет угол диаграммы направленности фазированной антенной решетки. И на периферии , которая соответствует углу видимости ИСЗ  (угол места) в 25 градусов это может быть существенно  больше вплоть до 70 км.
Это можно проиллюстрировать вот таким рисунком.
Отметим, что  если мы примем диаметр луча в 24 км   (или площадь 452 кв.км)  и 16 лучей то для 100% покрытия США (или зоны между 53 параллелями)  нам будет необходимо  41480 ИСЗ (!!!!)
Что явно  неправильно ибо SpaceX обещал это (100% покрытие континентальной США ) сделать с помощью первой фазы проекта с 1584 ИСЗ.
И это можно сделать – мой вариант ответа  базируется  еще на одном видимом несоответствии  в сети StarLink стандартам спутниковых сетей.  А именно – максимальная скорость  в сети StarLink измеренная во время тестов равна  240 Мбит. И это при полосе 240 МГц и практически отсутствии нагрузки (кстати в последнее время, когда абонентов стало больше  таких «рекордов» уже нет).  Я практически не вижу результатов тестов лучше 170 Мбит (и это при 240 МГц полосы). Отношение сигнал шум в сети StarLink находится на уровне 9-10 дБ, что соответствует модуляции 8PSK и спектральной эффективности 3 бит/Гц. То есть информационная скорость одного луча от ИСЗ в направлении на абонтерминал где то 720 Мегабит. А абонент  видит менее 200..
В чем причина?? А она проста и отвечает и на вопрос: как можно столь малым числом лучей и ИСЗ покрыть такую большую площадь??
Ответ прост – лучи постоянно "прыгают" (перемещаются") между зонами. Я вижу 2 варианта реализации таких «прыжков»:
1) Вариант - Луч фиксирован на зоне. Каждый луч на протяжении 15 секунд (это длина цикла в сети StarLink когда происходит пересчет  положения ИСЗ относительно терминалов и переназначения какой терминал с каким  ИСЗ работает )  зафиксирован на определенной зоне. Но коммутация этого луча в луч ИСЗ – Гейтвей происходит по очереди,  например,  зоны (соты)  чередуются как 7-8-9-7-8-9-7-8-9.  Время работы  с каждой зоной не должно быть меньше длины кадра (пакета). Например, примем,  что длина кадра/пакета  10 миллисекунд.  Такой кадр, содержит  720 Мбит * 0,01 секунды = 7,2 мегабит = 900 килобайт информации. Можно еще увеличить частоту опроса до 1 раза в 1 миллисекунду  и тогда объем пакета /кадра будет допустим 100 кБайт  информацию. При этом в этом кадре/пакете будет содержаться информация для всех абонентских терминалов в данном луче. Но если в луче только один работающий терминал, то все эти килобайты  – его.
В зависимости от нагрузки в каждом луче, есть теоретическая возможность поменять  циклограмму опроса сот:   вместо 7-8-9-7-8-9, перейти на 7-8-9-8-7-8-9-8, при этом как мы понимаем   терминал в  соте 8 увидит скорость в 2 раза выше, чем его «коллега» в сотах  7 или  9.
2) вариант "Прыгающий луч" - этот же по сути процесс, но в нем луч перемещается по зоне видимости ИСЗ между разными сотами:  каждый из 16 лучей в Ка диапазоне на  ИСЗ жестко скоммутирован с лучом Ка диапазона (2 луча Ку  на один канал Ка) и постоянно «прыгает» из одной соты на Земле в другую- напомню, что время переключения ФАР с электронным управлением порядка 5 микросекунд, то есть, если мы говорим о работе по описанной выше схеме , то это будет выглядеть так
1 мс работа(отправка 1 кадра)  на луч 7 – 0,005 мс переключение с 7 го луча на луч 8 – 1 мс работа в луче 8 – 0,005 мс переключение на луч 9  - 1 мс работа в луче 9.
Здесь уже все решает вопрос простоты коммутации на ИСЗ сколько микросекунд она длится, или время переключения луча ФАР на другой луч.
В принципе, на рисунке можно это описать как сеятель в поле бросает зернышки каждый раз в другую лунку..
Следствием данного построения сети  является то, что оно обеспечивает возможность работы  при минимально возможном числе ИСЗ на рабочей орбите. Каждый ИСЗ имеет диаметр зоны видимости его с Земли  1900 км. То есть для 100% покрытия США (ситуации когда из любого места видно минимум 1 ИСЗ достаточно всего 210 ИСЗ,  правда при их равномерном распределении. Если у Вас их столько или больше, то Вы можете выбрать  по одной зоне (соте ) на территории США,  отстоящих друг от друга на 1400 км и НЕПРЕРЫВНО обслуживать ее  с помощью  существующих 210+.. ИСЗ.
Это правда не реально, так как Space X запускал свои ИСЗ по 20 штук в одной плоскости, и для более менее равномерного покрытия их оказалось нужно более 600..
Что то похожее происходит сейчас в эксплуатации на этапе БетаВерсии. Абоненты получают приглашения строго по географическому принципу – они живут в сотах, признанных SpaceX  «обслуживаемыми» с приемлемым временем  потери видимости на рабочий ИСЗ (сейчас это считанные минуты в сутки). По мере роста числа ИСЗ на орбите  и ресурса пропускной способности на них (свободного трафика для передачи/ места для него в кадре) , Спейс Х «включает» очередную «соту» для обслуживания и направляет приглашения живущим в ней абонентам.
При этом, за счет того, что  каждая рабочая сота постепенно «наполняется» абонентами  скорость, которую получают  абоненты  снижается. Напомню, что тест измерения скорости длится 5 секунд . И за это время каждый терминал – получит место для своего трафика в  среднем  в 1000/3х5= 1500  пакетах/кадрах. (Это если один луч обслуживает 3 соты, но ничто не мешает SpaceX принять, что абоненту сейчас достаточно скорости 100 Мбит и тогда одним лучом можно обслужить  минимум 6 сот .
На мой взгляд, вышеизложенное не противоречит ни одному известному мне факту  по работе StarLink , поэтому я и решил это изложить здесь. Надеюсь,  время покажет насколько я был прав или заблуждался. Но на данный момент это первое из виденных мной в мировом Интернете подробных объяснений  «как работает» StarLink.
Tags: starlink, космос, ликбез, технологии
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 80 comments