有关Starlink卫星互联网项目的所有信息。第13部分。卫星网络延迟和射频接入方法

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SpaceX网络上的卫星延迟



对于低轨道卫星网络而言,相对于对地静止轨道(GSO,地球上空3.6万公里)而言,延迟(英文延迟)或ping是一个巨大的优势。对于GSO,单向延迟为600-800毫秒,由无线电信号到达卫星并返回地球的时间确定。 Ping等于延迟时间的两倍。大延迟不仅给诸如VPN隧道,远程桌面甚至电话对话之类的关键Internet应用程序带来了大问题,更不用说计算机游戏射击者了,而且无论如何,老套都会大大降低通过IP协议在通道中传输信息的速度。在其正式的物理带宽上。



数字:通过IP协议进行信息传输的速度取决于不同带宽信道的延迟时间。



低延迟(ping)是LEO网络的关键要素,其相对于在对地静止轨道上运行的卫星的主要优势。 SpaceX的ping小于100毫秒至关重要,这是FCC在考虑从预算中申请连接农村地区用户的补助金(RDOF计划)时的标准。有了更长的延迟,几乎不可能获得该补助。如果我们谈论延迟量,那么对于订户而言,它是由卫星网络中(网关与订户终端之间)的延迟和地面网络中的延迟(从网关到Starlink网络的NCC),流量交换点和订户需要的站点形成的。



卫星段中的延迟包括三个部分:



  1. 外层空间的延迟(延迟3-4毫秒),
  2. 将IP流量调制和解调为无线电信号时的硬件延迟(这是5-20毫秒),
  3. NCC分配帧(超帧)中某个位置的延迟,以便从网关/终端进行流量传输。对于许多操作模式,例如,在专用信道模式下使用频率的情况下,此延迟可以等于零。对于时分多址(TDM)模式,此延迟可能为数十毫秒。




结合上述内容,一些作者的假设是,由于通过卫星使用了多次跃点,因此在Starlink网络中用于在证券交易所进行交易的信息的传输可能比在陆地光网络中进行的传输要快,这无疑是错误的-由于在着陆时会积累硬件错误在网关上,然后是卫星的新上升。



2020年9月29日,SpaceX向FCC发送了一封信,其中引用了在2020年8月至9月对用户终端进行封闭beta测试期间获得的数据。这封信包含以下时间表,用于每周对30个终端进行一次测试,并在15秒内传输文件。已经进行了超过一百万次的延迟时间测量。





从图中可以看出,在95%的情况下,延迟小于42毫秒,而在50%的情况下小于30 ms,这完全适合RDOF程序的要求,但几乎不能用于组织高频交易所交易...



射频频谱接入技术





在用户终端访问卫星上的无线电频谱的方法中,区别如下:



  1. 将频段永久分配给终端。
  2. 按需分配多路访问。


第一种方法在硬件实现上要简单得多,而将卫星上频谱的特定部分分配给每个终端。





数字:在SCPC专用信道-每个载波类型一个信道的模式下使用频率资源的频谱图。



此方法的优点是建立连接的速度-一旦终端天线指向卫星,就可以开始向网关的信息传输。该方法的缺点是不合理地使用了卫星段,因为大多数时间用户终端不发送信息,所以这种信道的效率(或利用率)很少超过5%。因此,例如,如果Starlink网络服务计划向用户承诺100/40 Mbit / s的速度,那么在使用专用信道模式时,最大用户数将为6 Gb / 100 Mbit = 60个用户,这使网络深陷无利可图的境地。



第二个原则是多个用户通过时分或频分接入一个频道。



尽管具有组访问方式(TDMA-时分多址,FDMA-频分多址等),但实现方式复杂且需要从用户终端发送数据包进行同步,这些方法仍可以使网络频率范围的使用效率提高数十倍并传输数十倍的更多信息(用户流量)。





数字:使用TDM / TDMA组访问的卫星频率资源访问方案。



这种系统的另一个优点是可以在很宽的范围内改变到另一个终端的数据传输速率-该系统允许您将网关站的几乎整个带宽重定向到一个用户终端。但是,这大大增加了传输的延迟,因为网络控制中心(NCC)负责指定用户终端发送数据包的帧中的时间和地点,并且首先,用户终端X想要联机并开始传输的信息必须转到在此处进行处理的NCC必须确定最近的卫星上的帧中是否存在空闲时隙(如果满载,则在另一颗卫星上),有关空闲频率的信息将传输到网关,再从网关传输到用户终端。只有在此之后它们才可以开始发送,并且用户终端仅在该频率上处于处于具有给定极化和频率的迷你点的时间内,即不超过6-7秒,然后该终端将落入另一个区域微型光束,具有不同的频率和/或极化。最好将有关订户所需业务量的信息事先报告给NCC,当NCC能够在卫星越过订户房屋时落入订户终端将落入的所有微型区域中,在该终端的机架中预订该终端的时隙。如果用户终端的存储器中有这样的路线图,则可以在互联网上提供无缝的通信和连续的视频观看。当它处于具有给定极化和频率的微型点时,即不超过6-7秒,此后终端将落入另一个具有不同频率和/或极化的微型波束的区域中。最好将有关订户所需业务量的信息事先报告给NCC,而NCC将能够在该卫星终端在其上空移动时,该订户终端将落入的所有小区域中的该终端的机架中预订时隙。如果用户终端的存储器中有这样的路线图,则可以在互联网上提供无缝的通信和连续的视频观看。当它处于具有给定极化和频率的微型点时,即不超过6-7秒,此后终端将落入另一个具有不同频率和/或极化的微型波束的区域中。最好将有关订户所需业务量的信息事先报告给NCC,而NCC将能够在该卫星终端在其上空移动时,该订户终端将落入的所有小区域中的该终端的机架中预订时隙。如果用户终端的存储器中有这样的路线图,则可以在互联网上提供无缝的通信和连续的视频观看。卫星将提前通知NCC,后者将能够在该终端的帧中预订在卫星越过订户房屋时用户终端将落入的所有小区域中的时隙。如果用户终端的存储器中有这样的路线图,则可以在互联网上提供无缝的通信和连续的视频观看。将提前通知NCC,NCC将能够在该终端的帧中预订在卫星越过订户房屋时用户终端将落入的所有小区域中的时隙。如果用户终端的存储器中有这样的路线图,则可以在互联网上提供无缝的通信和连续的视频观看。



自然地,这增加了网关,用户终端和整个网络的设备的复杂性,需要来自控制中心的连续控制,维持所有网关和用户终端的同步操作。



由于一般原因,第一种专用信道方法更适合于组织军事/政府任务的通信,第二种专用于为普通商业客户提供服务。目前尚无关于在Starlink系统中使用哪种方式访问​​空间段及其详细信息的信息。但是,鉴于最初的Starlink项目是由Broadcom的本地人(专门从事地面宽带和5G)实施的,因此可以从中获取访问协议。



9月29日,SpaceX向FCC发送了一封信,以反驳ViaSat关于其更改StarLink网络的申请的评论,这封信首次向订户终端提供了在线卫星频道格式的数据:



直到最近,该网络一直在将用户终端分组每个无线帧8个,而不是系统支持的每个无线帧20个终端。该操作选择是为了支持正在进行的网络优化和测试,但是其结果是,在满负载的小区中,给定用户的无线电帧之间会引入2.5倍的较长延迟,这对应于较小的组大小。重要的是,此软件功能刚刚启用,并且经过专门设计可优化人口高度密集的单元的速度,从而将吞吐量提高约2.5倍。



根据这一段,我们可以得出结论,该信道使用了TDM访问方法。



有关以前出版的材料的补充信息
1. 14/12/20 , 14 2020 . — SpaceX , 50-



8. " 14/11/20 Starlink RIDGELINE MOUNT

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