השימוש בספקטרום של נתונים מהירים עבור אינטרנט לווין

הבנה מפורטת בתקשורת בלוויין

רשת לווין התפתחה כתשתית קריטית להעברת קישוריות פס רחב לאזורים שבהם סיבים או כבל לא יכולים להגיע מבחינה כלכלית.מרשתות ימיות ואווירונאוטיות לקהילות כפריות ופעולות שיקום אסון, מערכות לוויין חייבות להתגבר על מרחקים עצומים, התעלות אות, וסביבה אלקטרומגנטית עוינת.בלב של נתוני לוויין מהירים מודרניים שוכנת FLT:0spread Technologyספקטרום טכנולוגיות ספקטרום 1LT, אמינות מתוחכמת, וטכניקה מתוחכמת של עיבוד תקשורת אלחוטי, אשר הפכה ליעילות.

ספקטרום מבוזר אינו שיטה אחת אלא משפחה של טכניקות מודולציה אשר מעבירה בכוונה אות על רוחב פס רחב הרבה יותר מהמינימום הנדרש על ידי המידע שנשלח.בעוד זה עשוי להיראות מנוגד - בזבוז יקר - הגישה מניבה הטבות יוצאות דופן בהפרעה, אבטחה, וגישה מרובה.הבסיס התיאורטי מושרש ב-FLT:0Shannon-Harley-Harley LawFLT, אשר מראה רוחב פס רחב יותר ורחבה.

מאמר זה חוקר את העקרונות שמאחורי ספקטרום התפשטות, שני המימושים העיקריים שלו - Frequency Hopping להפיץ Spectrum (FHSS) ו- Direct Sequence להפיץ Spectrum (DSSS) - ואת היישומים הספציפיים שלהם במערכות אינטרנט לווייני מודרניות.זה בוחן עוד כיצד טכניקות אלה מאפשרות שיעורי נתונים גבוהים, מתנגדות לטיפוח, תמיכה במספר משתמשים, ושילוב עם ארכיטקטורות הדור הבא כמו 5G לא-ארציים (NT רשתות).

עקרונות הטכנולוגיה של Spectrum

שידור פסים צרים באמנה מתרכז אנרגיית האות לתוך רוחב פס מינימלי, מה שהופך אותו רגיש להפרעות פס צר, התכווצות, ואת אות קידוד עיגול להפיץ בכוונה את האנרגיה על פני רצועת תדר רחבה הרבה יותר, מוריד את צפיפות החשמל ספקטרום (PSD) כך שהאות עשוי להופיע אפילו כרעש רקע למקבלים לא מקודמים.

הפרמטרים המרכזיים כוללים את העלייה של ה-FLT:0 (הרווחה של ההרחבה:0) של ההרחבה של ה-IIFLT:0) של עיבוד גבוה יותר מספק התנגדות גדולה יותר להפרעות ולטיפוח, אך דורש יותר רוחב פס.עבור קישורים לווייניים הפועלים בלהקות תדרים מקודמות כגון קו (12-18 GHz) ו- Ka-40 GHz), ספקטרום מתפשט מאפשר דו-קיום עם שירותים ארציים ולהפחית את הסיכון להפרעות של לוויינים ולהפחית את הזיהומים סמוכים.

ספקטרום מבוזר תומך גם ב- 0 ;0 קידוד-דיוויז גישה מרובות (CDMA)FLT:1, שבו משתמשים מרובים חולקים את אותו ערוץ פס רחב באמצעות קודים נפרדים, אוטגוניים מתפשטים.בניגוד לתדירות גישה מרובות (FDMA) או זמן-דיוויזיציה גישה מרובה (TDMA), CDMA אינו דורש תדר נוקשה או זמן תיאום, הפשט את ניהול הרשת ושיפור תרחישים של יעילות מפוזי.

תדירות ההוגות להפיץ Spectrum (FHSS)

ב FHSS, תדירות נושאת של אות המועבר במהירות בין קבוצה של תדרים שנקבעו מראש על פי רצף פסאודו-random הידוע גם משדר וגם המקלט.זמן הווה בכל תדירות הוא קצר - באופן חד-פעמי על סדר של מילימטרים.אם מפיץ צר נמצא בתדר אחד, רק חלק קטן של הנתונים מושפע; תיקון מוקדם (FEC) יכול לשחזר את התדירות גבוהה במיוחד.

מערכות לוויין המשתמשות ב-FHSS לעיתים קרובות ליישם את FLT:0slow hoppingFLT:1 (סמלי נתונים חד-משמעיים עבור הופ) או FLT:2fast hoppingFLT 3: (הרובו של ה-Fhops לסמל) מהיר מספק גם ביצועים אנטי-ג'אם מעולים ו- סינתזה הדוקה יותר.

המונחים: Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

DSSS מפיץ את האות על ידי להכפיל כל מידע קצת עם רעש פסאודו-random (PN) קוד השבר המתקבל יש רוחב פס שווה לקצב השבבים, שהוא הרבה פעמים גדול יותר מאשר שיעור הנתונים המקורי. at the המקלט, העתק מסונכרן של אותו קוד PN משמש כדי לפענח את האות, מאמת את האנרגיה הרחבה בחזרה לתוך צומת רחב בעוד קוד כפול של קוד ה-פר, כי יש לו את אותו קוד ה-פר עם ה-פר עם אותו קוד כפול של קוד ה-מפרק נמוך.

DSSS מאומצת באופן נרחב בתקשורת לווינית עבור האינטנסיביות שלה נגד ריבוי הנאות - בעיה נפוצה בקישורים לווייניים כאשר ההשתקפות של מבנים, שטח, או גוף הלוויין עצמו גורם עותקים מתעכבים של האות להגיע למקלט.תכונות ההנעה של הקוד המתפשט מאפשרות למקבל לפתור רכיבים רב-פתים ולשלב אותם בצורה קונסטרוקטיבית באמצעות מקלט, שיפור הקשר ומאפשרות נתונים גבוהות יותר.

(FLT:0) העלאת רווחים 1FLT (DSSS) באה לידי ביטוי בדרך כלל כ-10 גרף (קצב גרף / שיעור נתונים) עבור שירות אינטרנט לווייני המציע 100 Mbps עם קצב השבב של 1.2288 Gcps (דומה ל 3G סלולארי), הרווח הוא בערך 10.9 dB - מספיק כדי להתגבר על התערבות משמעותית ולשמור על סגירה בתנאים מאתגרים.

מדוע להפיץ Spectrum הוא חיוני עבור אינטרנט לווייני

אינטרנט לווייני במהירות גבוהה עומד בפני אתגרים ייחודיים המפיץ כתובות ישירות לספקטרום (עיכוב התפוצה הארוך (בדרך כלל 25-40 מ' ללוויינים גיאוסטציונריים, או 1-4 מ' ללוויני מסלול כדור הארץ נמוך) בשילוב עם הצורך בביקוש גבוה באמצעות דרישות מודולציה חזקה וקידוד פרוספק תורמת במספר תחומים קריטיים:

מיפוי ספקטרום משותף

מפעילי לווין חייבים לשתף להקות תדר עם קישורים מיקרו-ארציים, מערכות מכ"ם ורשתות לוויין אחרות.לפיץ אותות, עם PSD נמוך שלהם, לגרום להפרעות מינימליות במערכות פס צר, תוך שמירה על עצמה להפרעות פס צרים מאחרים.תכונה זו חיונית לסימנים אלה:0un מורשה או מורשה באופן בהיר להקות ספקטרום 1, כגון 5GHz ו GHz גלקסיות המשמשות יותר ויותר לגופים רציפים אלה, כמו ספקטרום גבוה יותר ויותר, כמו ספקטרום מורשה ו-Ftigמסוף-CC.

אבטחה מוגברת והסתברות נמוכה של Intercept

מכיוון שהסימן הספקטרום הפיץ מופיע כרעש רחב לכל מקלט שאינו מכיר את הקוד המתפשט, הוא מציע את ההסתברות של יירוט (LPI) OVAFLT:1 ו-FLT:2lowהסתברות לזיהוי (LPD)FLT 3:0 ל תקשורת צבאית וממשלתית, זה גם יתרון עצום של ספקי אינטרנט לווייניים: eavdropping הופך ללא גישה קדמית, גם לפרוטוקולים של קוד אבטחה ברמה גבוהה, גם אם הוא ללא קוד אבטחה.

גישה מספרית

CDMA מבוסס על DSSS מאפשר לכל המסופים בקרן לוויין לשדר בו זמנית באותו תדירות ללא לוח זמנים. זה FLT:0statistical multixingFLT:1 הוא אידיאלי עבור תעבורת אינטרנט מפולגת - גלישה באינטרנט, דוא"ל, מדיה חברתית - שבו ניצול ממוצע נמוך אך שיא דרישות גבוהות.

עמידות ל- Fading and Doppler Shift

ב- Low Earth Orbit (LEO) כוכבי לכת לווייניים, מסופיים חווים שינויים דופלר מהירים כמו לווינים לעבור מעל פני השטח. להפיץ אותות ספקטרום, במיוחד עם מודולציה ישירה, הם יותר סובלניים לדופלר מאשר אותות פס צר טהור כי אלגוריתמי הסינכרון יכולים לעקוב אחר שלב הקוד ותדירות נושאת באופן עצמאי יותר, רוחב הפס הרחב מגביר את התדירות, ובכך להפחית את ההשפעה של דעיכה עמוקה שיכולה לנפץ את המולקולות, אשר יכול לנפח ביעילות, באמצעות ערוץ זה הופך למתחים.

אתגרים מתקדמים ב-High-Speed Satellite Data Transmission

בעוד ספקטרום מבוזר מציע יתרונות משמעותיים, יישום זה עבור מהירות גבוהה (hundreds של Mbps ל Gbps) קישורים לווייניים מציג עיצוב עסקאות offs. רוחב רוחב רוחב הנדרש עבור רווח עיבוד גבוה עשוי קונפליקט עם ספקטרום מוגבל זמין.לדוגמה, אות DSSS עם קצב שבב של 1 GHz יהיה לכבוש 2 GHz של רוחב פס אם באמצעות שילוב של שלב בינארי (PSKB), אשר קשה כדי להתאים את הטיפול ה-Fi מוגבל, כאשר הוא מוגבל של 2 LTi הוא מוגבל.

אתגר נוסף הוא (FLT:0) כוח מגבר שאינו לינאריות (לא לינאריות) 1 (הדגשת אותות ספקטרום) מציג יחס כוח שיא-לממוצע (PAPR), במיוחד במערכות CDMA מרובות קודים של Multicode. אותות high-PAPR דוחפים לוויין על גבי מגברי לוח לתוך שיקוף, מה שגורם לעיוותים ולתחילול מרכזי שמפריע לערוצים מתקדמים – כגון: נטיות דיגיטלית וצמצום של תדרי חשמל, תוך כדי צמצום יעילות חדשה.

יתר על כן, סינכרוניזציה במערכות ספקטרום מבוזר חייבת להיות מדויקת מאוד.שלב הקוד PN חייב להיות מתואם בתוך שבריר שבב; עבור שיעורי השבבים של 100 מ"ג או גבוה יותר, זה דורש דיוק תזמון על סדר nanothers. GPS-disciplined oscillators בו זמנית ו-code-סגור מעקב קוד מעקב הם סטנדרטיים במסגרות לוויין.

יישום אמיתי בעולם באינטרנט

(ב) כמה מערכות לוויין תפעוליות מפיץ ספקטרום כטכנולוגיה הליבה: רזולוציה של גלובאלית (UFLT:0) למערכות טלפון לווייניות מסוימות של JUAVEFLT (IQ-95) המבוססת על DSSS כדי לתמוך בנתונים קוליים ופרטים נמוכים.עבור אינטרנט רחב, FLT2:2Iridium NEXFLT 3, כולל שילוב של FDMA, TD, ותדירות גבוהה עבור רשתות עבור תפוצה של 1.5HFD2 (IFD) עם ספקטרום של מערכת ספקטרום של מערכת ספקטרום של מערכת ספקטרום של 1.5HFLT2 (D) עם ספקטרום 3D) ספקטרום של ספקטרום של מערכת ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של מערכת ספקטרום של 1.5HSD2 (D2 (D2 (D2DLT) עם ספקטרום של ספקטרום של שימוש ב-D2 (DLT5) עם ספקטרום של מערכת ספקטרום של מערכת ספקטרום של מערכת ספקטרום גבוה של מערכת ספקטרום של מערכת ספקטרום של מערכת ספקטרום של ספקטרום של מערכת ספקטרום של מערכת ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום של

Starlink, המופעל על ידי SpaceX, משתמש ב- Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) ב- downlink וב- Uplink ולא בספקטרום התפוצה המסורתי.עם זאת, שלDMA ניתן להיחשב כצורה של ספקטרום רחב (הפצה של Multi-carrier) שבו הנתונים מתפשטים על פני הרבה תת-carriers.link של ממשק אווירי כולל תכונות כגון Modiveulation, beppingmentam, שיפור עקרונות ה-מסוף דיגיטלי, ו-מחדש, ו-מחדש, ו-מחדש, ה-מחדש, ה-מחדש, הספקטרום של ספקטרום.

עבור תקשורת צבאית וממשלתית לוויינית, FLT:0[Wideband Global SATCOM (WGS) אנדרט 1 ו-FLT:2 התקדמו בתדירות גבוהה מאוד (AEHF)FLT 3 מערכות משתמשים בספקטרום התפשטות עבור אנטי-ג'אם ו- LPI.מערכת AHF, הפועלת ב-EHF GHz למעלה, 20GHz), תוך כדי הפעלת ספקטרום רחב של רשתות של רשתות עיבוד קיצוניות.

כיוונים עתידיים: Spectrum ו 5G Non-Terrestrial Networks

שילוב של רשת לוויינית עם 5G רדיו חדש (NR) הוביל את מאמצי סטנדרטיזציה ב 3GPP לשחרר 17 ומעבר לרשתות לא-Terrestrial (NTN) ממשק האוויר NTN נועד לתמוך הן FLT:0 ⁇ payloadmentFLT:1 (bent-pipe) ו-FLT:2regenerative payloadFLT 3 (on) הם שימוש מסיבי של לוויינים (D-R) במיוחד עבור שימוש ב-Ricli-R) ו-R.

גישה מבטיחה אחת היא (FLT:0) ;0) ,OFDMigmeurFLT ( 1:1), שבו נתונים מתפשטים על פני תת-קררים בתחום התדר, מתן מגוון תדר ללא עונש ה- PAPR של DSSS. Another isFLT:2non-orthogonal Access (NO)FLT:3 עם קודים מתפשטים, המאפשר קישוריות רבה יותר בלוויינים להיות ספקטרום:2, והופכים את הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום האלקטרומגנטי של 5G, כדי למנוע גישה ספקטרום דינמי, או ספקטרום, כדי להפיץ את רשתות ספקטרום, או ספקטרום, כדי להפיץ את הספקטרום, כדי להפיץ את הספקטרום הספקטרום הספקטרום, או ל-D, כדי להפיץ את הספקטרום, כדי להפיץ את רשתות ספקטרום של ספקטרום של ספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום הספקטרום ה

אינטליגנציה מלאכותית (AI) ולמידה מכונה (ML) נכנסים גם לתחום: רשתות עצביות יכולות לייעל את דור הקוד עבור קורלציה נמוכה בתנאי ערוץ משתנים באופן דינמי, או לחזות דפוסים של הפרעות לבחירת הרצף הטוב ביותר.מערכות ספקטרום ספקטרום חכמות אלה יכולות להגדיל באופן דרמטי את יעילות הראייה המרכזית תוך שמירה על העוצמה שקישורי הלוויין דורשים.

לבסוף, (FLT:0)quantum להפיץ ספקטרום 1FLT) הוא מושג תיאורטי מתפתח שבו התפלגות מפתח קוונטית (QKD) וספקטרום התפשטות משולבים כדי לספק העברת נתונים גבוהה הצפנה בטוחה באופן בולט.

מסקנה

טכנולוגיית ספקטרום מבוזר נותרה אבן הפינה של אינטרנט לווייני מהיר במהירות גבוהה, המאפשר תקשורת אמינה על פני מרחקים עצומים בנוכחות של התערבות, ריבוי התפתל, וייבוש מכוונת.מתדירות הבסיסית היגוי וטכניקות רצף ישיר למערכות היברידיות מודרניות המשלבות של DM ו- CDMA, העקרונות של אותות מתפשטים על פני רוחב פס רחב לספק את החוסן הדרוש עבור קישורים לווייניים.

[01:0] לקריאה נוספת, עיין בגיליון המיוחד של המגזין התקשורת של IEEE Communications בנושא תקשורת לוויינית, ב-FLT:1נאסA SmallSat Communications GuideveFLT:2, ו- 3GPP דו"ח טכני 38.811 על רשתות לא-טרסטריות.