Поляризация или то, что могло бы лишить Илона Маска половины доходов от Старлинка
Прошу прощения пост про технику (даже весьма про технику и немного как техника влияет на деньги) . В общем очередной ликбез с примерами из Старлинка .
Сначала немного теории
Если мы говорим о радиоволне, то она имеет такую характеристику как «поляризация»
Словами это описывается так: Поляриза́ция волн - характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Понять слова гораздо сложнее, чем увидев это на рисунке:
Вверху это круговая поляризация , ниже это вертикальная (синяя линия) и горизонтальная (красная линия) Для спутниковой связи используются пары вертикальная/горизонтальная или левая/правая круговая.
В чем польза от поляризации?? А в том, что она позволяет УДВОИТЬ используемый частотный диапазон, если у нас в Ку диапазоне согласно распределению частот от Международного Союза Электросвязи можно использовать только 500 МГц (от 14000 до 14500 МГц), то, если мы будем использовать 2 поляризации, можем уже иметь по 500 МГц в каждой и получим в сумме уже 1000 МГц. Так например , на спутнике Ямал-200 в КУ диапазоне было всего 6 транспондеров по 72 МГц, работавших только в 1 поляризации, а на Ямале-300К, таких транспондеров стало 12 (6 в горизонтальной и 6 в вертикальной) и соответственно доход Оператора - Газкома удвоился.
Если мы глянем на Старлинк, то там тоже понимают важность этого и судя по этой таблице из их заявки от 2020 года заявили в ФСС, что хотят использовать обе поляризации на всем возможном частотном диапазоне по 2000 МГц в правой и левой круговых поляризациях (Rx01 и Rx02 имеют одинаковые частоты, но разные поляризации).
И тогда, при спектральной эффективности 5 бит/Гц (очень много но теоретически жостижимо при очень хороших антеннах и большой величине Сигнал/шум) получим пропускную способность одного спутника 4000 МГц х 5 бит/Гц = 20 Гигабит..
Но как всегда есть НО!! Посмотрим, как это реализовано на Земле и в поле..Если у нас, есть обычная параболическая антенна, то поляризация устанавливается путем поворота облучателя и его волновода вокруг оси на антенну:
//В общем случае, параметры поляризации берутся из регламента компании, предоставляющей услуги аренды спутникового ресурса (например, регламент ГПКС).
Угол поляризации зависит от точных координат места установки VSAT и определяется в специальных программах. Его можно узнать у оператора ЦУС Оператора (Центр Управления Сетью , обычно в Москве),сообщив ему координаты.
После того, как затянуты болты азимута и угла местности:
Ослабьте болты на опоре крепления приемопередатчика (ODU)
Поверните ODU на угол поляризации, полученный в расчетной программе и выполните действия указанные ниже.
После подтверждения от оператора, что параметры удовлетворяют нормам и азимут с углом места настроены нормально, необходимо произвести дополнительную настройку поляризации.
Подстройка поляризации выполняется в несколько этапов: ·Представитель монтажной бригады под руководством оператора ЦУС немного ослабляет два болта
·Поуказанию оператора ЦУС монтажник начинает вращать передатчик по/или против часовой стрелке с шагом не более одного градуса до тех пор, пока оператор не остановит настройку.
·Монтажник затягивает болты и измерения в кросс поляризации проводятся еще раз
·В случае,если не удается добиться требуемого значения величины кросполяризации, то потребуется провести подстройку антенны по азимуту и углу места ,а затем повторить пункт 3 этого раздела.
И это весьма трудоемкая операция, особенно как установщик сидит на крыше и в мороз, ибо в рукавицах «ловить миллиметры и градусы» практически невозможно, и общается с оператором ЦУС по спутниковому телефону Иридиум (1 минута = 1 доллар) .. Но главное, что Поляризация зависит от расстояния до спутника и для ФАРов угла наклона луча относительно плоскости антенны.
Владелец спутника, на котором есть транспондеры , работающие в обеих поляризациях , нещадно трахает установщиков и владельцев спутниковых терминалов, чтобы они использовали антенны , которые обеспечивают хороший КПР (Кросс Поляризационную Развязку), то есть, если у Вас передается сигнал в вертикальной поляризации, то на той же частоте в горизонтальной поляризации от этого терминала должен передаваться сигнал на 27..30 дБ слабее (напомню 3 дБ это в 2 раза). Почему так?? А потому, что если Ваш терминал «сифонит» в другую поляризацию он ставит ПОМЕХУ тем, кто работает в этой поляризации. То есть, вместо 27 Дб, Вы обеспечили 21 дБ , а Вы вещаете сигнал силой 30 дБ в другой поляризации Вы дали помеху в 6 дБ и украли у «соседа» возможность работать с высокой эффективностью. Я встречал ситуации, когда ГП Космическая Связь или Газком заставляли Операторов отключать терминалы, которые имели плохую КПР и ставили помеху в другой поляризации..
Итак.. а причем тут СтарЛинк спросите Вы?? А при том, что
1) антенны с фазированной решеткой имеют худшую КросПоляризационную Развязку, если для Параболиков стандарт это 29..30 дБ, то для ФАРОв как мне сказали профи в этой сфере, очень хорошим считается 26-28 дБ..
2) В случае, когда у Вас непрерывно меняется с большой скоростью расстояние до ИСЗ и угол наклона, то настроить Кросс поляризационную развязку с необходимой точностью очень сложно. Даже параболические антенны на судах грешат тем, что КПР иногда "слетает" и терминал начинает давать помеху на канал в другой поляризации.
В случае СтарЛинка проблемы с поляризацией на порядок сложнее. Здесь антенны ФАР стоят на обеих концах спутникового канала и на спутнике и на земле. И вдобавок непрерывно и очень быстро меняется расстояние до спутника и угол наклона луча относительно плоскости антенны.. При всей гениальности, трудолюбии и располагаемому бюджету инженеров, которых привлек Илон Маск к созданию своего терминала, еще 2 года назад им стало ясно - не получится . и Спейс Х отправил в ФСС заявку , что в его наземных терминалах будет использоваться только 1 (одна) поляризация - Правая на линии со спутника к терминалу и левая в направлении от терминала к спутнику..
То есть , Спейс Х пришлось добровольно отказаться от 50% пропускной способности сети Старлинк, которая была выделена FCC…
Так же отметим, что в Ка диапазоне, который используется для передачи информации с Земли в Космос этой проблемы вообще нет, так как и на спутнике и на Земле используются параболические антенны для которых проблема кросс пола решается обычными методами и от Гейтвея на ИСЗ можно передать по прежнему в сумме 4000 МГц в 2 поляризациях..
Можно ли в будущем что то тут поправить?? Теоретически наверное можно. (бумага же все стерпит..) . Но любое решение здесь затронет геометрию , параметры , возможно материалы и конструкцию терминала и его фазированной решетки. При этом помним, что главная цель это снизить стоимость терминала. И терминал уже спроектирован и в серийном производстве..
В качестве лирического отступления :
К сожалению, пока Терминал Старлинка попадает в руки все больше Слесарей или АйТишников, которые его ломают или смотрят какой там стоит вайфай.. Никто пока не догадался/не смог снять частотные характеристики терминала, на каких частотах он работает, какие модкоды, какая у него кроспольная развязка , какую помеху он ставит в другую поляризацию.. Эти измерения непросты нужно 2 спектроанализатора на 14 ГГц (когда то они стоили десятки тысяч долларов, сколько сейчас не скажу, но все равно не дешево) , параболическая антенна с электроприводом, и контроллером способным настройки и сопровождения сигнала неизвестного формата, чтобы одновременно мерять сигнал со спутника в обеих поляризациях, но я надеюсь что в течение полугода, кто нибудь из спутниковых компаний в США это выполнит и информация просочится в Интернет..
А пока сеть Старлинк не может использовать половину доступного ей спутникового ресурса.. И эту ситуацию, скорее всего, не исправишь до начала запуска спутников нового поколения (если принять, что вообще теоретически и практически возможно создать ФАР с КПР на уровне 25..30 дБ).. А половина частотного ресурса это для зон с высоким спросом на услуги Старлинк - половина доходов ...
Неужели все так плохо?? и нет вариантов?? наконец то попался "мошенник Маск"?
Но в моей голове не находила покоя мысль - неужели все так просто и инженеры Спейс Х так легко отказались от половины емкости??
И я догадался - НЕТ!!! Решение есть!!! Ведь главное - мы можем поднять с Земли на спутник 4000 МГц в Ка диапазоне - там нет проблем с поляризацией и кросспольной развязкой (по крайней мере для параболических антенн это гораздо проще !!!) а решение это переиспользование частот и о нем я уже писал ранее в посте про спутники HTS, достаточно просто разбить наши 2000 МГц в одной поляризации на 4 диапазона по 500 МГц (обозначим их разными цветами )
Если говорить более точно, то судя по описанию терминала частотный диапазон разбит не на 4 цвета , а на 8 , так как канал со спутника вниз имеет ширину 240 МГц и в 2000 МГц поместится 8 каналов, но это уже детали..
Главное Старлинк может использовать в этом случае все 4000 МГц, которые передает на спутник Гейтвей в Ка диапазоне :
В общем , Решение есть и я думаю инженеры Спейс Х пошли именно этим путем.. Надеюсь ,когда нибудь мы это узнаем точно..
Сначала немного теории
Если мы говорим о радиоволне, то она имеет такую характеристику как «поляризация»
Словами это описывается так: Поляриза́ция волн - характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Понять слова гораздо сложнее, чем увидев это на рисунке:
Вверху это круговая поляризация , ниже это вертикальная (синяя линия) и горизонтальная (красная линия) Для спутниковой связи используются пары вертикальная/горизонтальная или левая/правая круговая.
В чем польза от поляризации?? А в том, что она позволяет УДВОИТЬ используемый частотный диапазон, если у нас в Ку диапазоне согласно распределению частот от Международного Союза Электросвязи можно использовать только 500 МГц (от 14000 до 14500 МГц), то, если мы будем использовать 2 поляризации, можем уже иметь по 500 МГц в каждой и получим в сумме уже 1000 МГц. Так например , на спутнике Ямал-200 в КУ диапазоне было всего 6 транспондеров по 72 МГц, работавших только в 1 поляризации, а на Ямале-300К, таких транспондеров стало 12 (6 в горизонтальной и 6 в вертикальной) и соответственно доход Оператора - Газкома удвоился.
Если мы глянем на Старлинк, то там тоже понимают важность этого и судя по этой таблице из их заявки от 2020 года заявили в ФСС, что хотят использовать обе поляризации на всем возможном частотном диапазоне по 2000 МГц в правой и левой круговых поляризациях (Rx01 и Rx02 имеют одинаковые частоты, но разные поляризации).
И тогда, при спектральной эффективности 5 бит/Гц (очень много но теоретически жостижимо при очень хороших антеннах и большой величине Сигнал/шум) получим пропускную способность одного спутника 4000 МГц х 5 бит/Гц = 20 Гигабит..
Но как всегда есть НО!! Посмотрим, как это реализовано на Земле и в поле..Если у нас, есть обычная параболическая антенна, то поляризация устанавливается путем поворота облучателя и его волновода вокруг оси на антенну:
//В общем случае, параметры поляризации берутся из регламента компании, предоставляющей услуги аренды спутникового ресурса (например, регламент ГПКС).
Угол поляризации зависит от точных координат места установки VSAT и определяется в специальных программах. Его можно узнать у оператора ЦУС Оператора (Центр Управления Сетью , обычно в Москве),сообщив ему координаты.
После того, как затянуты болты азимута и угла местности:
Ослабьте болты на опоре крепления приемопередатчика (ODU)
Поверните ODU на угол поляризации, полученный в расчетной программе и выполните действия указанные ниже.
После подтверждения от оператора, что параметры удовлетворяют нормам и азимут с углом места настроены нормально, необходимо произвести дополнительную настройку поляризации.
Подстройка поляризации выполняется в несколько этапов: ·Представитель монтажной бригады под руководством оператора ЦУС немного ослабляет два болта
·Поуказанию оператора ЦУС монтажник начинает вращать передатчик по/или против часовой стрелке с шагом не более одного градуса до тех пор, пока оператор не остановит настройку.
·Монтажник затягивает болты и измерения в кросс поляризации проводятся еще раз
·В случае,если не удается добиться требуемого значения величины кросполяризации, то потребуется провести подстройку антенны по азимуту и углу места ,а затем повторить пункт 3 этого раздела.
И это весьма трудоемкая операция, особенно как установщик сидит на крыше и в мороз, ибо в рукавицах «ловить миллиметры и градусы» практически невозможно, и общается с оператором ЦУС по спутниковому телефону Иридиум (1 минута = 1 доллар) .. Но главное, что Поляризация зависит от расстояния до спутника и для ФАРов угла наклона луча относительно плоскости антенны.
Владелец спутника, на котором есть транспондеры , работающие в обеих поляризациях , нещадно трахает установщиков и владельцев спутниковых терминалов, чтобы они использовали антенны , которые обеспечивают хороший КПР (Кросс Поляризационную Развязку), то есть, если у Вас передается сигнал в вертикальной поляризации, то на той же частоте в горизонтальной поляризации от этого терминала должен передаваться сигнал на 27..30 дБ слабее (напомню 3 дБ это в 2 раза). Почему так?? А потому, что если Ваш терминал «сифонит» в другую поляризацию он ставит ПОМЕХУ тем, кто работает в этой поляризации. То есть, вместо 27 Дб, Вы обеспечили 21 дБ , а Вы вещаете сигнал силой 30 дБ в другой поляризации Вы дали помеху в 6 дБ и украли у «соседа» возможность работать с высокой эффективностью. Я встречал ситуации, когда ГП Космическая Связь или Газком заставляли Операторов отключать терминалы, которые имели плохую КПР и ставили помеху в другой поляризации..
Итак.. а причем тут СтарЛинк спросите Вы?? А при том, что
1) антенны с фазированной решеткой имеют худшую КросПоляризационную Развязку, если для Параболиков стандарт это 29..30 дБ, то для ФАРОв как мне сказали профи в этой сфере, очень хорошим считается 26-28 дБ..
2) В случае, когда у Вас непрерывно меняется с большой скоростью расстояние до ИСЗ и угол наклона, то настроить Кросс поляризационную развязку с необходимой точностью очень сложно. Даже параболические антенны на судах грешат тем, что КПР иногда "слетает" и терминал начинает давать помеху на канал в другой поляризации.
В случае СтарЛинка проблемы с поляризацией на порядок сложнее. Здесь антенны ФАР стоят на обеих концах спутникового канала и на спутнике и на земле. И вдобавок непрерывно и очень быстро меняется расстояние до спутника и угол наклона луча относительно плоскости антенны.. При всей гениальности, трудолюбии и располагаемому бюджету инженеров, которых привлек Илон Маск к созданию своего терминала, еще 2 года назад им стало ясно - не получится . и Спейс Х отправил в ФСС заявку , что в его наземных терминалах будет использоваться только 1 (одна) поляризация - Правая на линии со спутника к терминалу и левая в направлении от терминала к спутнику..
То есть , Спейс Х пришлось добровольно отказаться от 50% пропускной способности сети Старлинк, которая была выделена FCC…
Так же отметим, что в Ка диапазоне, который используется для передачи информации с Земли в Космос этой проблемы вообще нет, так как и на спутнике и на Земле используются параболические антенны для которых проблема кросс пола решается обычными методами и от Гейтвея на ИСЗ можно передать по прежнему в сумме 4000 МГц в 2 поляризациях..
Можно ли в будущем что то тут поправить?? Теоретически наверное можно. (бумага же все стерпит..) . Но любое решение здесь затронет геометрию , параметры , возможно материалы и конструкцию терминала и его фазированной решетки. При этом помним, что главная цель это снизить стоимость терминала. И терминал уже спроектирован и в серийном производстве..
В качестве лирического отступления :
К сожалению, пока Терминал Старлинка попадает в руки все больше Слесарей или АйТишников, которые его ломают или смотрят какой там стоит вайфай.. Никто пока не догадался/не смог снять частотные характеристики терминала, на каких частотах он работает, какие модкоды, какая у него кроспольная развязка , какую помеху он ставит в другую поляризацию.. Эти измерения непросты нужно 2 спектроанализатора на 14 ГГц (когда то они стоили десятки тысяч долларов, сколько сейчас не скажу, но все равно не дешево) , параболическая антенна с электроприводом, и контроллером способным настройки и сопровождения сигнала неизвестного формата, чтобы одновременно мерять сигнал со спутника в обеих поляризациях, но я надеюсь что в течение полугода, кто нибудь из спутниковых компаний в США это выполнит и информация просочится в Интернет..
А пока сеть Старлинк не может использовать половину доступного ей спутникового ресурса.. И эту ситуацию, скорее всего, не исправишь до начала запуска спутников нового поколения (если принять, что вообще теоретически и практически возможно создать ФАР с КПР на уровне 25..30 дБ).. А половина частотного ресурса это для зон с высоким спросом на услуги Старлинк - половина доходов ...
Неужели все так плохо?? и нет вариантов?? наконец то попался "мошенник Маск"?
Но в моей голове не находила покоя мысль - неужели все так просто и инженеры Спейс Х так легко отказались от половины емкости??
И я догадался - НЕТ!!! Решение есть!!! Ведь главное - мы можем поднять с Земли на спутник 4000 МГц в Ка диапазоне - там нет проблем с поляризацией и кросспольной развязкой (по крайней мере для параболических антенн это гораздо проще !!!) а решение это переиспользование частот и о нем я уже писал ранее в посте про спутники HTS, достаточно просто разбить наши 2000 МГц в одной поляризации на 4 диапазона по 500 МГц (обозначим их разными цветами )
Если говорить более точно, то судя по описанию терминала частотный диапазон разбит не на 4 цвета , а на 8 , так как канал со спутника вниз имеет ширину 240 МГц и в 2000 МГц поместится 8 каналов, но это уже детали..
Главное Старлинк может использовать в этом случае все 4000 МГц, которые передает на спутник Гейтвей в Ка диапазоне :
В общем , Решение есть и я думаю инженеры Спейс Х пошли именно этим путем.. Надеюсь ,когда нибудь мы это узнаем точно..