Clever Geek Handbook

有关Starlink卫星互联网项目的所有信息。第16部分。Starlink和天气

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



Starlink和天气



在开始公开Beta测试并接收了数百名发烧友并将其终端连接到网络并将其连接到网络后，“民间”实验就开始了，从而使“实验者”得出了有趣的，甚至是正确的结论。



首先，每个人都对天气的影响感兴趣，并且鉴于季节（深秋）和地理位置（美国北部50个平行线的区域），主要争议是关于雨雪是否影响工作和数据传输速率。





让我们从一个理论开始，该理论告诉我们任何介质都会衰减无线电信号。这在国际电信联盟的方法论中有详细说明（出于好奇，请访问https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.619-3-201712-S!!PDF- R.pdf）。



简而言之，可以确定的是，对于频率超过500 MHz的无线电波，主要衰减是由对流层气体，氧气和水蒸气以及雨水和其他水凝物确定的，而二氧化碳（CO2）和氮气的作用极弱...在这种情况下，无线电波的衰减依存性也取决于频率，并且具有例如在22GHz和60GHz处的峰值。



鉴于大气成分稳定，只有降水会影响Starlink的运行。发现不同频率信号的降水影响不同，这种影响与波长和雨滴大小的依赖性有关。无线电波长度=光速/频率



频率，GHz 4 6 十一 十四 18 三十
波长，厘米 7.5 5.0 2.7 2.1 1.7 1.0


对流层中的水凝结物（雨滴，雾，雪等）会散射无线电波的能量，其波长与水凝结物的大小相对应。让我们展示在不同仰角α下雨L d中信号的衰减以及雨落的概率（T d）（图2.7）。





图。1。在雨信号吸收频率依赖性频率在不同的仰角和降雨概率



在dB衰减在雨每1公里，垂直极化和18 º ，取决于降雨强度，Ĵ毫米/示于图小时。2



图2。信号衰减取决于不同频率下雨的强度J



如果进入实际平面，卫星信号的频率越低，受到雨水和其他降水影响的程度就越小。因此，在可能有强阵雨或降水的区域（通常是亚热带和赤道带），许多台站工作在C频段，即4/6 GHz。



我在俄罗斯使用Ku（11/14 GHz）和Ka（18/30 GHz）频段的卫星终端的实践经验表明，降水对他们工作的影响肯定存在，但不应夸大。通常，莫斯科地区的通讯中断发生在雷暴阵雨通过期间，持续10-15分钟。卫星电视（NTV Plus或Tricolor）的所有者可以看到图像如何“破碎成正方形”。



同时，雪和冰的介电常数很低（与水不同，其差异高达25倍），并且实际上不会干扰信号的接收和传输。从影响无线电信号传输的角度来看，最成问题的是水，它的介电常数异常高​​（尽管大多数其他材料的介电常数小于10，但它等于81）。信号接收器或发射器上（而不是镜子本身！！！）上的1-2毫米水层足以严重损害信号传输。的确，对于Starlink终端，发送器/接收器芯片位于天线表面的正下方，但是由于终端在操作过程中倾斜并且可能带有特殊涂层，因此水分很快从其中流失。



但是，Starlink终端所有者所建立的即使是大雨和融雪也几乎不会影响其速度。为什么？？



首先，让我们指出哪个参数表征了大气对终端操作的影响。Starlink称它为SNR（信噪比），在文献中通常写为Eb / No（带有有趣的俄文“ ebinoise”版本），以分贝为单位，通常在3..20 dB的范围内。根据可用的功率储备，我们可以使用从BPSK到64QAM的各种信号调制，这使我们能够获得0.5到6位/赫兹的频谱效率，也就是说，获得从500 kbit到6的1 MHz的传输速率。 Mbps。



这是一张根据Eb / No值表征光谱效率的表





由此可知，使用Eb / No 6.62 dB，我们可以从1 Hz传输1.98位信息，而使用Eb / No 12.73 dB，我们可以从1 Hz传输3.7位信息。



终端开始下雨时会发生什么变化？信噪比开始降低，并且在终端上不断测量该比率的系统将信息传输到网关，网关开始更改此终端的信号中的modcode，直到直到Eb / No的降低达到标称值的水平，订户什么都没有不会看到/感觉到，只有当信号减弱得更多并且降至标称modcode的水平以下时，订户才能注意到一些东西。



仅在长时间测试（2-3小时，对应于一段时间的重大天气变化）中才会注意到这一点，但是，几乎没有任何beta测试人员可以想象连续几个小时的文件下载测试，以了解下载速度对下雨的确切依赖性。下图显示，有时SNR下降到零，即连接断开。





同时，SNR值的波动-此处我要提醒您，将其降低3 dB是信号功率降低2（2 !!）的时间-很明显，并且很可能与到卫星的距离/秒有关。



还有什么可以帮助订户不注意下雨的？





该系统称为AGC-自动增益控制。众所周知，它位于Starlink终端上，因为在发送给FCC（美国联邦通信委员会）的文件中，如果卫星直接位于其上方且距离为550 km，则表明该终端的输出功率为0.67W。如果卫星为1000+ km，且可见角度为25度，则为4.06W。因此，通过在终端上测量Eb / No，NOC可以命令卫星和终端本身增加发射机功率，以实现用于接收和/或发送的相同标称信号电平。



下一个天气参数是空气温度，原则上它会影响空气密度，并且空气越密集，理论上空气中的信号衰减越大，但是，这种变化在百分之一的范围内。更重要的是，它应该影响LNB（LNA-低噪声放大器），将卫星到终端的线路上的无线电信号转换为电信号。任何LNA的特征都是所谓的“噪声温度”，该温度越低，接收期间的信号损失越少，在我们的情况下，从卫星到接收终端的信息接收速率就越高。在射电天文学中，为了提高接收能力，分辨来自遥远星系的信号，LNA甚至被放置在装有液态氦的容器中（请参阅https://vsatman888.livejournal.com/193856.html）。



根据确定噪声系数F =（T w + T o）/ T o的公式，相控天线接收机的近似“噪声”温度Tsh在200开尔文范围内，终端温度变化正负20度，其中T o = 290 K可以在霜冻中使我们的生产率提高几十％。因此，第一批Starlink订户感觉终端在寒冷的天气中“更好”地工作的感觉可能是有根据的。





More articles:


All Articles