Обзор глобальной сети беспроводного доступа Starlink

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обзор глобальной сети беспроводного доступа Starlink

Starlink - это инновационный проект спутниковой системы на околоземной орбите, разрабатываемый частной компанией SpaceX, основателем которой является Илон Маск. Данная спутниковая система предназначена для обеспечения жителей всей планеты беспроводным доступом к дешевому и высокоскоростному спутниковому интернету. Система предназначена для предоставления широкого спектра широкополосных и коммуникационных услуг для жилых, коммерческих, институциональных, правительственных и профессиональных пользователей по всему миру.

Организация спутниковой системы

22 февраля 2018 года в 17 часов 17 минут по московскому времени компания SpaceX приступила к выполнению испанской миссии PAZ, где они с военной базы Vandenberg вывели на орбиту спутник наблюдения Земли, а также, в качестве дополнительной нагрузки два спутника Microsat-2a и Microsat-2b. Эти спутники являются прототипами, тестовыми спутниками проекта Starlink, которые отделились от ракеты-носителя на высоте 511 км и начали тестирование своих антенн посредством передачи телеметрии, тестовых пакетов данных, а также видеотрансляции с борта. В течение полугода эти спутники должны набрать высоту до 1125 км, провести тестирование и затем сойти с орбиты по рассчитанной траектории. Следовательно, их нельзя причислить к рабочей группе спутников проекта Starlink.

Всего в спутниковой системе проекта Starlink должно быть задействовано около 12 тысяч спутников, в первую очередь SpaceX будет выводить рабочую группу из 4425 спутников LEO на высоту от 1,110-1,325 км на 83 орбитальные плоскости, которые будут вещать в K_a («above» от 26,5-40 ГГц) и K_u («under» от 12 -18 ГГц) диапазонах (К-диапазон 18-26,5 ГГц). Кроме того, в систему так же входит связанные с ними наземные средства управления, наземные станции шлюза и наземные станции конечного пользователя (см. таблицу 1).

Таблица 1. Характеристики созвездия системы спутников первой рабочей группы

Технические характеристики будущих спутников в настоящее время неизвестны. А именно мощность и количество антенн на аппаратах, поэтому не стоит ожидать скоростей более 100 Мбит/с, к тому же пропускная способность данных со спутников будет фиксированной из-за этого будет труднее обслуживать большое количество абонентов. Поэтому в первое время Starlink будут пользоваться в основном путешественники, люди, которые проживают в отдаленных регионах и с низкой плотностью населения [1].

Радиопокрытие спутниковой системы

Для густонаселенных территорий вводится вторая группировка в 7518 спутников VLEO, которая будет выведена на низкую околоземную орбиту, где высота составляет 340 км. Эти спутники будут работать в более скоростном V-диапазоне (полоса частот от 40 ГГц до 75 ГГц) для густонаселенных городов, где заявленная скорость передачи будет достигать 1 Гбит/с.

Конфигурация созвездия VLEO (SpaceX определяет, как V-band Low Earth Orbit) рассчитана в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики созвездия системы спутников второй рабочей группы

Система SpaceX будет использовать усовершенствованные технологии формирования лучей фазированной решетки и цифровой обработки данных на борту каждого спутника, чтобы эффективно использовать и гибко распределять ресурсы спектра частот с другими пользователями сети на основе космических и наземных лицензий. Технологии с фазированной решеткой будут использоваться на пользовательских терминалах системы, чтобы можно было использовать высоконаправленные и управляемые антенные лучи, которые отслеживают спутники системы. Те же технологии с фазированной решеткой на земных станциях шлюза будут генерировать пучки с высоким коэффициентом усиления для связи с несколькими спутниками внутри созвездий с одного узла шлюза. Система также будет использовать оптические межспутниковые линии связи для бесперебойного управления сетью и непрерывности обслуживания, одновременно сводя к минимуму охват спектра всей системы и облегчая совместное использование спектра с другими космическими и наземными системами [1].

Работая на высоте 1110 км и более при наклонах от 53 до 70 градусов, спутники в созвездии LEO будут иметь относительно больший след с узкими пятнами, покрывающими относительно широкую зону обслуживания (около 4,5 млн км²). Поскольку созвездие VLEO работает примерно на одну треть от высоты созвездия LEO, его спутники будут охватывать менее одной десятой площади лучей созвездия LEO, но отображаться будет в одну и ту же сетку (см. рисунок 1).

Рис. 1. Сравнительный охват LEO и спутникового следа VLEO

Наземные технологии связи со спутниковой системой

Расширенные технологии формирования фазированной решетки и цифровой обработки данных в спутниковой полезной нагрузке дают системе возможность высокоэффективного использования ресурсов спектра Ku- и Ka-диапазона и гибкость для обмена этим спектром с другими лицензированными пользователями. Пользовательские терминалы, работающие с системой SpaceX, будут использовать аналогичные технологии с фазированной решеткой, позволяющие использовать высоконаправленные, управляемые антенные лучи, которые отслеживают спутники на низкой околоземной орбите.

На терминале доступа будет применяться фазированная антенная решетка для быстрого переключения с одного спутника на другой, поэтому для переключения абонента понадобится всего лишь несколько миллисекунд. Но данный терминал, скорее всего, будет весьма немалых габаритов в лучшем случае размером со среднестатистический ноутбук. Стоить такой прибор так же будет немало, по предварительной информации от 100-300 $. К примеру, можно привести аналогичный терминал компании OneWeb, которая так же занимается подобным проектом. Обе компании работают отдельно друг от друга и являются прямыми конкурентами.

По плану SpaceX компания должна приступить к реализации проекта Starlink в 2019 году, начав выводить на орбиту рабочую группировку первой фазы. Однако, профессор Марк Хэндли из Университетского колледжа Лондона произвел расчет орбит спутников на основе данных от SpaceX и смоделировал спутниковую систему (см. рисунок 2), состоящую из трех основных рабочих групп (фаз). Также вычислил необходимое количество спутников для успешного и прибыльного функционирования на околоземной орбите, что может составить лишь треть от планируемого числа - 4425 спутников. Кроме того, данная модель имитировала передачу сигнала из одной точки мира в другую, где задержка сигнала в среднем не превышала 90 миллисекунд.

Рис. 2. Моделирование спутниковой системы Starlink, пример процесса установления соединения и передачи данных

Марк Хэндли утверждает, что «Сеть будет иметь очень хорошую связь на больших расстояниях с малыми задержками, как, например, при отправке сообщений. Это очень важно для банков и подобных компаний, которые всегда хотят очень быстро получать информацию. Они платят большие деньги за создание сетей, зачастую, частным, а не обычным коммерческим провайдерам. Даже с первой фазой в 1600 спутников у SpaceX будут большие доходы» [5], [6].

Кроме того, по полученным данным от спутников-прототипов, компания SpaceX 8 ноября 2018 года решила сократить высоту орбиты для первой рабочей группировки спутников до 550 км и с углом наклона в 25є. Такие изменения могут повлечь за собой выгоды в том отношении, что будет расходоваться меньше топлива для подъёма на орбиту «вставки» спутников (300-350 км). Функционирование на более низкой высоте увеличивает надежность, уменьшая интенсивность потока излучения, и уменьшает шанс столкновения в переполненных 550-1,150 - километровых орбитах LEO, кроме того на орбитах ниже 650 км благодаря притяжению Земли и солнечному ветру, потенциальный космический мусор будет постепенно падать и сгорать в плотных слоях атмосферы Земли. Это решение также позволяет уменьшить задержку передачи сигнала, что увеличивает скорость передачи данных, правда в ущерб области радиопокрытия [4].

Проект пока не вступил на этап реализации, и по мере приближения к данному этапу, проект будет дорабатываться, так как будут появляться новые идеи, данные, проблемы и решения. Вполне вероятно, что изменится численность спутников, высота орбиты, а вместе с этим параметры антенн. Когда запустят спутниковый интернет Starlink, однозначно сказать нельзя, но при успешной реализации проекта может измениться многое в отношении применения спутниковых технологий для передачи данных и осуществления связи. Однако, даже при успешной реализации проекта могут возникнуть проблемы при внедрении данной технологии в различные страны. А именно в отношении получения лицензии на предоставление услуг широкополосного интернета.

Список литературы

беспроводной связь спутниковый радиопокрытие

1. Albulet M. Spacex v-band non-geostationary satellite system: attachment a. technical information to supplement schedule s / M. - SPACE Exploration Technologies Corp., 2017. - 60 с.;

2. Musk E. Becoming a Multiplanet Species. 68th annual meeting of the International Astronautical Congress in Adelaide / Musk E., Australia: SpaceX

3. Fresh FCC Filing for Starlink Satellite Constellation. [Электронный ресурс] Reddit.com: URL: https://www.reddit.com/r/spacex/comments/9vek5n/ fresh_fcc_filing_for_starlink_satellite/ (дата обращения: 19.11.2018)

4. Кинякина E. Зачем Илону Маску менять орбиту космического интернета. [Электронный ресурс] Forbes.ru: Технологии / E. Кинякина URL: http://www.forbes.ru/tehnologii/369027-zachem-ilonu-masku-menyat-orbitu-kosmicheskogo-interneta (дата обращения 15.11.2018

5. Спутниковый интернет Starlink от SpaceX - «лицензия для печати денег». [Электронный ресурс] habr.com: URL: https://habr.com/post/429658/ (дата обращения 21.11.2018)

6. Starlink network topology simulation & predictions. [Электронный ресурс] Reddit.com: URL: https://www.reddit.com/r/Starlink/comments/9sxr3c/ starlink_network_topology_simulation_predictions/e8uz76s/ (дата обращения: 21.11.2018)

7. William M. Wilthshire. Application for Fixed Satelite Service by Space Exploration Holdings / M. William [Электронный ресурс] fcc.report: URL: https://fcc.report/IBFS/SAT-MOD-20181108-00083 (дата обращения: 21.11.2018)

8. Coppock M. FCC approves OneWeb's low latency internet satellite network for remote areas / M. Coppock [Электронный ресурс] digitaltrends.com: URL: https://www.digitaltrends.com/computing/oneweb-high-speed-internet-satellite/ (дата обращения: 22.11.2018)

9. Полое оптоволокно позволяет снизить задержку распространения сигнала [Электронный ресурс] habr.com: URL: https://habr.com/post/174225/(дата обращения: 22.11.2018)

10. Handley M. Changes to Starlink phase 1, from FCC filling / M. Handley, 8^th Nov 2018. youtube.com: URL: https://www.youtube.com/watch? v=QEIUdMiColU (дата обращения: 22.11.2018)

Размещено на Allbest.ru