Clever Geek Handbook

كل شيء عن مشروع Starlink Satellite Internet. الجزء 16. ستارلينك والطقس

الجزء 1 ‣ الجزء 2 ‣ الجزء 3 ‣ الجزء 4 ‣ الجزء 5 ‣ الجزء 6 ‣ الجزء 7 ‣ الجزء 8 ‣ جزء 9 ‣ الجزء 10 ‣ الجزء 11 ‣ الجزء 12 ‣ الجزء 13 ‣ الجزء 14 ‣ الجزء 15



ستارلينك والطقس



بعد بدء اختبار بيتا العام وتلقي مئات المتحمسين وتجميع وتوصيل محطاتهم الطرفية بالشبكة ، بدأت التجارب "الشعبية" ، مما أدى إلى "المجربين" إلى استنتاجات مثيرة للاهتمام وحتى صحيحة في بعض الأحيان.



بادئ ذي بدء ، كان الجميع مهتمًا بتأثير الطقس ، وبالنظر إلى الموسم (الخريف العميق) والموقع الجغرافي (شمال الولايات المتحدة في منطقة 50 موازٍ) ، كانت الخلافات الرئيسية حول ما إذا كان الثلج والمطر يؤثران على معدل العمل ونقل البيانات.





لنبدأ بنظرية تخبرنا أن أي وسيط سيضعف إشارة الراديو. هذا مفصل في منهجيات الاتحاد الدولي للاتصالات (للفضول هنا https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.619-3-201712-S!!PDF- R.pdf ).



باختصار ، ثبت أنه بالنسبة للموجات الراديوية التي يزيد ترددها عن 500 ميجاهرتز ، يتم تحديد التوهين الرئيسي بواسطة غازات التروبوسفير والأكسجين وبخار الماء ، فضلاً عن المطر والأرصاد الجوية الأخرى ، بينما يكون لثاني أكسيد الكربون (CO2) والنيتروجين ، بشكل غريب ، تأثير ضعيف للغاية ... في هذه الحالة ، يعتمد اعتماد توهين الموجة الراديوية أيضًا على التردد ولها قمم ، على سبيل المثال ، عند 22 و 60 جيجاهرتز.



بالنظر إلى أن تكوين الغلاف الجوي مستقر ، يمكن فقط للهطول أن يؤثر على تشغيل Starlink. وجد أن الترسيب لإشارات الترددات المختلفة يؤثر بشكل مختلف ، وهذا التأثير مرتبط باعتماد الطول الموجي وحجم قطرة المطر. طول موجة الراديو = سرعة الضوء / التردد



التردد ، جيجاهرتز 4 6 أحد عشر أربعة عشرة 18 ثلاثين
الطول الموجي ، سم 7.5 5.0 2.7 2.1 1.7 1.0


تعمل النيازك المائية في طبقة التروبوسفير (قطرات المطر والضباب والثلج وما إلى ذلك) على تشتيت طاقة موجات الراديو التي يتناسب طولها الموجي مع حجم الأرصاد الجوية المائية. دعونا نظهر توهين الإشارة في المطر L d عند زوايا ارتفاع مختلفة α واحتمال سقوط المطر ( T d ) (الشكل 2.7).





رسم بياني 1. تبعيات التردد لامتصاص الإشارة في المطر على التردد عند زوايا ارتفاع مختلفة واحتمال



التوهين في المطر بوحدة ديسيبل لكل كيلومتر مع الاستقطاب الرأسي و 18 درجة مئوية ، اعتمادًا على كثافة المطر ، J مم / ساعة مبين في الشكل 2.



الصورة 2. توهين الإشارة اعتمادًا على شدة المطر J للترددات المختلفة



إذا ذهبنا إلى مستوى عملي ، فكلما انخفض تردد إشارة القمر الصناعي ، قل تأثرها بالمطر وهطول الأمطار. لذلك ، في المناطق التي يمكن فيها هطول أمطار غزيرة أو هطول الأمطار (عادةً ما تكون المناطق شبه الاستوائية والمنطقة الاستوائية) ، تعمل الكثير من المحطات في النطاق C ، أي 4/6 جيجا هرتز.



تشير تجربتي العملية في روسيا مع محطات الأقمار الصناعية في Ku (11/14 GHz) و Ka (18/30 GHz) إلى أن تأثير هطول الأمطار على عملهم موجود بالتأكيد ، لكن لا ينبغي المبالغة فيه. عادة ، يحدث فقدان الاتصال في منطقة موسكو أثناء مرور جبهة عاصفة رعدية ويستمر من 10 إلى 15 دقيقة. يرى مالكو الفضائيات (NTV Plus أو Tricolor) كيف أن الصورة "تتفتت إلى مربعات".



في الوقت نفسه ، يكون للثلج والجليد ثابت عازل منخفض (على عكس الماء ، الفرق يصل إلى 25 مرة) ولا يتداخلان عمليًا مع استقبال الإشارة ونقلها. الأكثر إشكالية من وجهة نظر التأثير على إرسال إشارة الراديو هو الماء ، مع ثابت عازل مرتفع بشكل غير طبيعي (يساوي 81 ، على الرغم من حقيقة أنه بالنسبة لمعظم المواد الأخرى أقل من 10). وطبقة من الماء من 1-2 مم على مستقبل الإشارة أو المرسل (وليس على المرآة نفسها !!!) تكفي لإضعاف نقل الإشارة بشكل كبير). صحيح ، في حالة محطة Starlink الطرفية ، توجد رقائق جهاز الاستقبال / المرسل أسفل سطح الهوائي مباشرةً ، ولكن نظرًا لإمالة الجهاز أثناء التشغيل وربما وجود طلاء خاص ، يتم تصريف الماء منه بسرعة



ومع ذلك ، حتى الأمطار الغزيرة وذوبان الثلوج ، كما حددها أصحاب محطات Starlink ، لا تزال عمليا لا تؤثر على سرعتها. لماذا ا؟؟



بادئ ذي بدء ، دعنا نشير إلى المعلمة التي تميز تأثير الغلاف الجوي على تشغيل المحطة. يطلق عليها Starlink اسم SNR (نسبة الإشارة إلى الضوضاء) ، وفي الأدبيات عادةً ما تكتب على أنها Eb / No (مع نسخة روسية مماثلة من "ebinoise") ، والتي تُقاس بالديسيبل وعادة ما تكون في نطاق 3..20 ديسيبل. وفقًا لاحتياطي الطاقة المتاح ، يمكننا استخدام تشكيلات إشارة مختلفة من BPSK إلى 64QAM ، مما يسمح لنا بالحصول على كفاءة طيفية من 0.5 إلى 6 بت / هرتز ، أي للحصول على معدل إرسال من 1 ميجاهرتز من 500 كيلو بت إلى 6 ميغابت في الثانية.



فيما يلي جدول يميز كفاءة الطيف اعتمادًا على قيمة Eb / No





ويترتب على ذلك أنه في Eb / No 6.62 ديسيبل يمكننا إرسال 1.98 بت من المعلومات من 1 هرتز ، بينما باستخدام Eb / No 12.73 ديسيبل يمكننا نقل 3.7 بت من المعلومات من 1 هرتز.



ماذا يحدث للمبنى عندما يبدأ المطر؟ تبدأ نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الانخفاض ، ويقوم النظام ، الذي يقيس هذه النسبة باستمرار في الجهاز ، بنقل المعلومات إلى البوابة ، والتي تبدأ في تغيير كود المود في الإشارة الخاصة بهذه المحطة ، مما يقللها حتى يصل الانخفاض في Eb / No إلى مستوى يقابل الاسم الاسمي ، والمشترك لا شيء على الإطلاق لن يرى / يشعر ، وفقط عندما تضعف الإشارة أكثر وتنخفض إلى ما دون مستوى كود المود الاسمي ، يمكن للمشترك أن يلاحظ شيئًا ما.



يمكن ملاحظة ذلك فقط في اختبار زمني طويل (2-3 ساعات ، تقابل فترة تغيرات كبيرة في الطقس) ، ومع ذلك ، لا يمكن لأي من مختبري الإصدار التجريبي تقريبًا تخيل اختبار تنزيل ملف مستمر لعدة ساعات من أجل فهم الاعتماد الدقيق لسرعة التنزيل على المطر. توضح الصورة أدناه أنه في بعض اللحظات انخفض معدل الإشارة إلى الضوضاء (SNR) إلى الصفر ، أي انقطع الاتصال.





في الوقت نفسه ، من الواضح أن التقلبات في قيمة SNR - وهنا سوف أذكرك أن انخفاضها بمقدار 3 ديسيبل هو انخفاض بمقدار 2 (اثنان !!) في قوة الإشارة - وهي ملحوظة بشكل واضح وترتبط على الأرجح بتغيير في المسافة إلى القمر الصناعي / الأقمار الصناعية.



ما الذي يمكن أن يساعد المشترك أيضًا على عدم ملاحظة المطر؟





يسمى هذا النظام AGC - التحكم التلقائي في الكسب. من المعروف بالفعل أنه موجود على محطة Starlink ، لأنه في المستندات المرسلة إلى FCC (لجنة الاتصالات الفيدرالية بالولايات المتحدة الأمريكية) ، يُشار إلى أن الجهاز ينتج طاقة من 0.67 واط إذا كان القمر الصناعي فوقه مباشرة وكانت المسافة 550 كم ، إلى 4.06 واط إذا كان القمر الصناعي أكثر من 1000 كم ويمكن رؤيته بزاوية 25 درجة. وبالتالي ، من خلال قياس Eb / No في المطراف ، يمكن لمركز التحكم في الشبكة أن يأمر الساتل والمطار نفسه بزيادة قدرة المرسل من أجل تحقيق نفس مستوى الإشارة الاسمية للاستقبال و / أو الإرسال.



المعلمة التالية للطقس هي درجة حرارة الهواء ، من حيث المبدأ ، فهي تؤثر على كثافة الهواء ، وكلما كان الهواء أكثر كثافة ، كلما زاد توهين الإشارة فيه نظريًا ، ومع ذلك ، فإن هذا التغيير يكون ضمن أجزاء من نسبة مئوية. والأهم من ذلك ، أنه يجب أن يؤثر على LNB (LNA - Low Noise Amplifier) ​​، الذي يحول إشارة الراديو على الخط من القمر الصناعي إلى الجهاز إلى إشارة كهربائية. يتميز أي LNA بما يسمى "درجة حرارة الضوضاء" ، فكلما انخفضت درجة الحرارة هذه ، قل فقدان الإشارة أثناء الاستقبال ، زاد معدل استقبال المعلومات في حالتنا من القمر الصناعي إلى محطة الاستقبال. في علم الفلك الراديوي ، في أنظمة مراقبة النجوم الخاصة بهم لتحسين الاستقبال ، من أجل إخراج الإشارة من المجرات البعيدة ، يتم وضع LNA في حاويات بها الهيليوم السائل (انظر https://vsatman888.livejournal.com/193856.html ).



درجة حرارة "الضوضاء" التقريبية Tsh لمستقبلات الهوائيات المرحلية في منطقة 200 كلفن ، وتتغير درجة الحرارة النهائية بمقدار 20 درجة زائد / ناقص ، وفقًا لصيغة تحديد عامل الضوضاء F = (T w + T o ) / T o ، حيث T o = 290 K ، يعدنا في الصقيع بزيادة إنتاجيته في المنطقة بعدة عشرات في المائة. لذلك ، فإن شعور مشتركي Starlink الأوائل بأن الجهاز يعمل بشكل "أفضل" في الطقس البارد قد يكون له أساس جيد.





More articles:


All Articles