Satelitní přístup k internetu - Satellite Internet access

Satelitní internet

Charakteristiky satelitního internetu
Střední	Vzduch nebo vakuum
Licence	ITU
Maximální rychlost stahování	1000 Gbit/s
Maximální rychlost uplinku	1000 Mbit/s
Průměrná rychlost stahování	1 Mbit/s
Průměrná rychlost uplinku	256 kbit/s
Latence	Průměr 638 ms
Frekvenční pásma	L , C , K u , K a
Dosah	100–6 000 km
Doplňkové služby	VoIP , SDTV , HDTV , VOD , Datacast
Průměrná cena CPE	300 EUR ( modem + satelitní anténa )

Satelitní přístup k internetu je přístup k internetu poskytovaný prostřednictvím komunikačních satelitů . Moderní satelitní internetová služba pro spotřebitele je obvykle poskytována jednotlivým uživatelům prostřednictvím geostacionárních satelitů, které mohou nabídnout relativně vysoké datové rychlosti, přičemž novější satelity využívající pásmo K _u dosahují datových rychlostí po proudu až 506  Mbit/s . Kromě toho se na oběžné dráze Země vyvíjejí nová satelitní souhvězdí internetu, která umožňují přístup k internetu s nízkou latencí z vesmíru.

Dějiny

V návaznosti na vypuštění první družice, Sputnik 1 , strany Sovětského svazu v říjnu 1957, USA úspěšně zahájila Explorer 1 satelit v roce 1958. první komerční komunikační družice byla Telstar 1 , postavený Bell Labs a byla zahájena v červenci 1962.

Myšlenku geosynchronního satelitu - takového, který by mohl obíhat Zemi nad rovníkem a zůstat fixován sledováním rotace Země - poprvé navrhl Herman Potočnik v roce 1928 a propagoval jej autor sci -fi Arthur C. Clarke v příspěvku v Wireless World v roce 1945. První satelit, který úspěšně dosáhl geostacionární oběžné dráhy, byl Syncom3 , sestrojený společností Hughes Aircraft pro NASA a vypuštěný 19. srpna 1963. Pro použití v televizním doručování, vojenských aplikacích byly přijaty následující generace komunikačních satelitů s většími kapacitami a vylepšenými výkonnostními charakteristikami a telekomunikační účely. Po vynálezu internetu a World Wide Web přitahovaly zájem geostacionární satelity jako potenciální způsob poskytování přístupu k internetu.

Významným aktivátorem satelitně dodávaného internetu bylo otevření pásma K _a pro satelity. V prosinci 1993 společnost Hughes Aircraft Co. podala u Federal Communications Commission žádost o licenci k vypuštění prvního družice K _a -band , Spaceway . V roce 1995 FCC vyhlásilo výzvu k získání více družicových aplikací K _a -band a přilákalo aplikace od 15 společností. Mezi nimi byli EchoStar , Lockheed Martin , GE-Americom , Motorola a KaStar Satellite, z nichž se později stal WildBlue .

Mezi prominentní uchazeče v raném stádiu satelitního internetového sektoru patřil Teledesic , ambiciózní a nakonec neúspěšný projekt financovaný částečně společností Microsoft, který nakonec stál více než 9 miliard dolarů. Myšlenkou společnosti Teledesic bylo vytvořit širokopásmovou satelitní konstelaci stovek satelitů s nízkou oběžnou dráhou na frekvenci K _a -band, poskytujících levný přístup k internetu s rychlostmi stahování až 720 Mbit/s. Od projektu bylo upuštěno v roce 2003. Selhání společnosti Teledesic spolu s bankrotem poskytovatelů satelitní komunikace Iridium Communications Inc. a Globalstar tlumilo nadšení trhu pro rozvoj satelitního internetu. Až v září 2003 vypustila společnost Eutelsat první satelit pro spotřebitele připravený k internetu.

V roce 2004, s vypuštěním Anik F2 , prvního vysoce výkonného satelitu , byla uvedena do provozu třída satelitů příští generace poskytující zlepšenou kapacitu a šířku pásma. V nedávné době dosáhly další vylepšení satelity s vysokou propustností, jako je satelit ViaSat-1 společnosti ViaSat v roce 2011 a Jupiter společnosti HughesNet v roce 2012, čímž se rychlost přenosu dat po proudu zvýšila z 1–3 Mbit/s až na 12–15 Mbit/s a dále. Služby přístupu k internetu vázané na tyto satelity jsou zaměřeny převážně na obyvatele venkova jako alternativa k internetové službě prostřednictvím telefonického připojení, ADSL nebo klasických FSSes .

V roce 2013 byly na střední oběžnou dráhu Země (MEO) vypuštěny první čtyři satelity souhvězdí O3b, aby poskytly přístup k internetu „dalším třem miliardám“ lidí, kteří v té době neměli stabilní přístup k internetu. Během příštích šesti let se k souhvězdí připojilo dalších 16 satelitů, které nyní vlastní a provozuje SES .

Od roku 2014 rostoucí počet společností oznámil, že pracuje na přístupu k internetu pomocí satelitních souhvězdí na nízké oběžné dráze Země . SpaceX , OneWeb a Amazon plánují vypustit více než 1000 satelitů. Samotný OneWeb získal do února 2017 na projekt 1,7 miliardy dolarů a SpaceX jen v první polovině roku 2019 získal více než jednu miliardu za svou službu s názvem Starlink a do roku 2025 očekával příjmy ze své satelitní konstelace více než 30 miliard dolarů. Mnoho plánovaných souhvězdí využívá laserovou komunikaci pro mezisatelitní spojení, aby efektivně vytvořilo vesmírnou internetovou páteř .

V září 2017 společnost SES oznámila další generaci satelitů a služeb O3b s názvem O3b mPOWER . Souhvězdí 11 satelitů MEO dodá globálně 10 terabitů kapacity prostřednictvím 30 000 bodových paprsků pro širokopásmové internetové služby. První tři satelity O3b mPOWER mají být vypuštěny ve 3. čtvrtletí 2021.

Od roku 2017 zavádějí letecké společnosti, jako jsou Delta a American, satelitní internet jako prostředek boje proti omezené šířce pásma v letadlech a nabízející cestujícím použitelné rychlosti internetu.

Společnosti a trh

Spojené státy

Mezi společnosti poskytující domácí internetové služby ve Spojených státech patří ViaSat prostřednictvím značky Exede , EchoStar , dceřiná společnost HughesNet a Starlink .

Spojené království

Ve Spojeném království patří mezi společnosti poskytující satelitní přístup k internetu společnosti Konnect, Broadband Everywhere a Freedomsat.

Funkce

Satelitní internet obecně spoléhá na tři primární komponenty: satelit - historicky na geostacionární oběžné dráze (nebo GEO), ale nyní stále častěji na oběžné dráze Low Earth (LEO) nebo Medium Earth orbit MEO) - řada pozemních stanic známých jako brány, které přenášejí internetová data do a ze satelitu prostřednictvím rádiových vln ( mikrovlnné ) a dalších pozemních stanic, které budou sloužit každému předplatiteli, s malou anténou a vysílačem . Mezi další součásti satelitního internetového systému patří modem na konci uživatele, který propojuje síť uživatele s transceiverem, a centralizované síťové operační středisko (NOC) pro monitorování celého systému. Družice pracuje ve shodě s širokopásmovou bránou a provozuje topologii hvězdné sítě, kde veškerá síťová komunikace prochází procesorem rozbočovače sítě, který je ve středu hvězdy. S touto konfigurací je počet pozemních stanic, které lze připojit k rozbočovači, prakticky neomezený.

Družice

Centrem nových širokopásmových satelitních sítí, uváděných na trh, je nová generace vysoce výkonných satelitů GEO umístěných 35 786 kilometrů (22 236 mi) nad rovníkem, pracujících v režimu K _a -band (18,3–30 GHz). Tyto nové účelově vyrobené satelity jsou navrženy a optimalizovány pro širokopásmové aplikace a využívají mnoho paprsků s úzkým bodem, které míří na mnohem menší oblast než širokoúhlé paprsky používané dřívějšími komunikačními satelity. Tato technologie bodového paprsku umožňuje satelitům opakovaně použít přiřazenou šířku pásma několikrát, což jim umožňuje dosáhnout mnohem vyšší celkové kapacity než konvenční širokoúhlé satelity. Bodové paprsky mohou také zvýšit výkon a následnou kapacitu zaměřením většího výkonu a zvýšené citlivosti přijímače do definovaných koncentrovaných oblastí. Bodové paprsky jsou označeny jako jeden ze dvou typů: účastnické bodové paprsky, které vysílají do az terminálu na straně účastníka, a bodové paprsky brány, které vysílají do/ze pozemní stanice poskytovatele služeb. Všimněte si toho, že přesunutí z úzké stopy spotbeam může výrazně snížit výkon. Také paprskové paprsky mohou znemožnit použití dalších významných nových technologií, včetně modulace „Carrier in Carrier “.

Ve spojení s technologií bodového paprsku satelitu se v síti tradičně používá architektura ohýbaných trubek, ve které satelit funguje jako most ve vesmíru a spojuje dva komunikační body na zemi. Termín „ohnuté potrubí“ se používá k popisu tvaru datové cesty mezi vysílacími a přijímacími anténami, přičemž satelit je umístěn v bodě ohybu. Jednoduše řečeno, rolí satelitu v tomto síťovém uspořádání je přenášet signály z terminálu koncového uživatele do bran ISP a zpět zpět bez zpracování signálu na satelitu. Družice přijímá, zesiluje a přesměruje nosnou na konkrétní rádiové frekvenci prostřednictvím signálové cesty zvané transpondér.

Některá navrhovaná satelitní konstelace v LEO, jako jsou Starlink a Telesat, budou využívat laserová komunikační zařízení pro vysoce výkonná optická mezisatelitní spojení. Propojené satelity umožňují přímé směrování uživatelských dat ze satelitu na satelit a efektivně vytvářejí vesmírnou optickou síť, která umožní bezproblémovou správu sítě a kontinuitu služeb.

Družice má vlastní sadu antén pro příjem komunikačních signálů ze Země a pro přenos signálů do jejich cílového umístění. Tyto antény a transpondéry jsou součástí „užitečného zatížení“ satelitu, které je určeno k příjmu a přenosu signálů do az různých míst na Zemi. To, co umožňuje tento přenos a příjem v transpondérech užitečného zatížení, je subsystém opakovače (RF (radio Frequency) equipment) používaný ke změně frekvencí, filtrování, oddělení, zesílení a seskupení signálů před jejich směrováním na cílovou adresu na Zemi. Přijímací anténa satelitu s vysokým ziskem předává vysílaná data transpondéru, který je filtruje, překládá a zesiluje a poté je přesměruje na vysílací anténu na palubě. Signál je pak směrován na konkrétní pozemní místo kanálem známým jako nosná. Vedle užitečného zatížení se další hlavní součást komunikačního satelitu nazývá sběrnice, která zahrnuje veškeré vybavení potřebné k přesunu satelitu do polohy, napájení, regulaci teploty zařízení, poskytování zdravotních a sledovacích informací a provádění mnoha dalších operačních úkolů.

Brány

Spolu s dramatickým pokrokem v satelitní technologii za poslední desetiletí se podobně vyvíjelo i pozemní zařízení, které těží z vyšší úrovně integrace a zvyšuje výkon zpracování, rozšiřuje hranice kapacity i výkonu. Brána -nebo pozemské stanice (jeho plné jméno) -je také označována jako pozemní stanice, teleport nebo rozbočovači. Tento termín je někdy používán k popisu pouze části anténní paraboly nebo může odkazovat na kompletní systém se všemi přidruženými součástmi. Stručně řečeno, brána přijímá signály rádiových vln ze satelitu na posledním úseku zpátečky nebo proti proudu, přičemž nese požadavek pocházející z webu koncového uživatele. Satelitní modem v místě brány demoduluje příchozí signál z venkovní antény do IP paketů a odesílá pakety do místní sítě. Přístupový server/brány spravují provoz přenášený na/z internetu. Jakmile jsou počáteční požadavky zpracovány servery brány, odeslány a vráceny z internetu, požadované informace jsou odeslány zpět jako dopředné nebo následné datové zatížení koncovému uživateli prostřednictvím satelitu, který směruje signál na účastnický terminál. Každá brána poskytuje připojení k páteři internetu pro brány, které obsluhuje. Systém bran zahrnující satelitní pozemní systém poskytuje všechny síťové služby pro satelitní a odpovídající pozemní připojení. Každá brána poskytuje přístupovou síť pro více služeb pro připojení koncového účastnického terminálu k internetu. V kontinentálních Spojených státech, protože se nachází severně od rovníku, musí mít veškerá anténa brány a předplatitelské antény volný výhled na jižní oblohu. Kvůli geostacionární oběžné dráze satelitu může anténa brány zůstat namířená v pevné poloze.

Anténní anténa a modem

Aby měl zákazník k dispozici zařízení (tj. Počítač a router) pro přístup k širokopásmové satelitní síti, musí mít zákazník nainstalovány další fyzické součásti:

Venkovní jednotka (ODU)

Na vzdáleném konci venkovní jednotky je typicky malá (2–3 stopá, průměr 60–90 cm), reflexní anténa antény. Anténa VSAT musí mít také nerušený výhled na oblohu, aby byla zajištěna správná viditelnost (LOS) satelitu. K zajištění správné konfigurace antény na satelitu se používají čtyři nastavení fyzikálních charakteristik, kterými jsou: azimut , elevace, polarizace a zkosení . Kombinace těchto nastavení dává venkovní jednotce LOS zvoleného satelitu a umožňuje přenos dat. Tyto parametry jsou nastaveny v době, kdy je zařízení instalováno, spolu s přiřazením nosníku (K pouze odstupňovat); tyto kroky musí být provedeny před vlastní aktivací služby. Vysílací a přijímací komponenty jsou obvykle umístěny v ohnisku antény, která přijímá/odesílá data z/na satelit. Hlavní části jsou:

• Krmivo - Tato sestava je součástí přijímacího a vysílacího řetězce VSAT, který se skládá z několika komponent s různými funkcemi, včetně napájecího rohu v přední části jednotky, který připomíná trychtýř a má za úkol zaměřit satelitní mikrovlnné signály napříč povrch reflektoru paraboly. Krmný roh přijímá signály odražené od povrchu paraboly a vysílá odchozí signály zpět na satelit.
• Block upconverter (BUC) - Tato jednotka sedí za napájecím rohem a může být součástí stejné jednotky, ale větší (vyšší příkon) BUC může být samostatným kusem připevněným k základně antény. Jeho úkolem je převést signál z modemu na vyšší frekvenci a zesílit jej před odrazem od paraboly směrem k satelitu.
• Nízkošumový blokový downconverter (LNB) -Toto je přijímací prvek terminálu. Úkolem LNB je zesílit přijímaný satelitní rádiový signál odrážející se od paraboly a filtrovat šum, což je jakýkoli signál, který nenese platné informace. LNB předává zesílený, filtrovaný signál do satelitního modemu v místě uživatele.

Vnitřní jednotka (IDU)

Satelitní modem slouží jako rozhraní mezi venkovní jednotkou a zařízením poskytovaným zákazníkem (tj. Počítačem, routerem) a ovládá satelitní příjem a příjem. Z odesílajícího zařízení (počítač, směrovač atd.) Přijímá vstupní bitový tok a převádí jej nebo moduluje na rádiové vlny, přičemž obrací pořadí příchozích přenosů, kterému se říká demodulace . Poskytuje dva typy připojení:

• Připojení koaxiálního kabelu (COAX) k satelitní anténě. Kabel přenášející elektromagnetické satelitní signály mezi modemem a anténou je obecně omezen na délku nejvýše 150 stop.
• Ethernetové připojení k počítači, přenášení datových paketů zákazníka na a ze serverů internetového obsahu.

Satelitní modemy pro spotřebitele obvykle ke komunikaci s přiřazenou bránou používají buď telekomunikační standard DOCSIS nebo WiMAX .

Výzvy a omezení

Latence signálu

Latence (běžně označovaná jako „čas ping“) je prodleva mezi požadováním dat a přijetím odpovědi nebo v případě jednosměrné komunikace mezi skutečným okamžikem vysílání signálu a časem jeho přijetí destinace.

Rádiovému signálu trvá přibližně 120 milisekund, než dosáhne geostacionárního satelitu, a poté 120 milisekund, než dosáhne pozemní stanice, což je celkově téměř 1/4 sekundy. Za dokonalých podmínek fyzika zabývající se satelitní komunikací představuje přibližně 550 milisekund doby latence zpáteční cesty.

Delší latence je hlavním rozdílem mezi standardní pozemní sítí a geostacionární satelitní sítí. Zpožděná latence geostacionární satelitní komunikační sítě může být více než 12krát vyšší než u pozemské sítě.

Geostacionární dráhy

Geostacionární oběžné dráze (nebo geostacionární zemská orbita / GEO) je Geosynchronní dráha přímo nad zemským rovníkem (0 ° šířky), s dobu odpovídající rotační období zemské a orbitální excentricita přibližně nula (tj „kruhová dráha“) . Objekt na geostacionární oběžné dráze se pozemským pozorovatelům zdá nehybný, v pevné poloze na obloze. Odpalovací zařízení často umisťují komunikační satelity a meteorologické satelity na geostacionární oběžné dráhy, takže satelitní antény, které s nimi komunikují, se nemusí pohybovat, aby je sledovaly, ale mohou trvale ukazovat na pozici na obloze, kde satelity zůstávají. Díky konstantní zeměpisné šířce 0 ° a kruhovitosti geostacionárních drah se satelity v GEO liší v poloze pouze podle zeměpisné délky.

Ve srovnání s pozemní komunikací zažívá veškerá geostacionární satelitní komunikace vyšší latenci, protože signál musí cestovat 35 786 km (22 236 mi) na satelit na geostacionární oběžné dráze a zase zpět na Zemi. I při rychlosti světla (asi 300 000 km/s nebo 186 000 mil za sekundu) se toto zpoždění může jevit jako významné. Pokud by bylo možné eliminovat všechna ostatní zpoždění signalizace, cesta k satelitu a zpět k zemi stále trvá rádiovému signálu přibližně 250 milisekund (ms) nebo přibližně čtvrt sekundy. Absolutní minimální celkové množství zpoždění se liší v důsledku toho, že satelit zůstává na jednom místě na obloze, zatímco pozemní uživatelé mohou být přímo pod (s latencí zpáteční rychlosti 239,6 ms) nebo daleko na straně planety poblíž horizont (s latencí zpáteční cesty 279,0 ms).

U internetového paketu se toto zpoždění zdvojnásobí před přijetím odpovědi. To je teoretické minimum. Součinnost jiných běžných zpoždění ze síťových zdrojů dává typickou latenci jednosměrného připojení 500–700 ms od uživatele k poskytovateli internetových služeb, nebo asi 1 000–1 400 ms latence pro celkovou dobu zpátečky (RTT) zpět k uživateli. To je více, než má většina uživatelů telefonického připojení při celkové latenci 150–200 ms, a mnohem vyšší, než je obvyklá latence 15–40 ms, s níž se setkávají uživatelé jiných vysokorychlostních internetových služeb, například kabelových nebo VDSL .

U geostacionárních satelitů neexistuje způsob, jak eliminovat latenci, ale problém lze v internetové komunikaci poněkud zmírnit pomocí funkcí akcelerace TCP, které zkracují zdánlivý zpáteční čas (RTT) na jeden paket rozdělením („spoofing“) zpětnovazební smyčky mezi odesílatele a příjemce. Některé akcelerační funkce jsou často přítomny v nedávném technologickém vývoji zabudovaném do satelitního internetového zařízení.

Latence také ovlivňuje zahájení zabezpečeného internetového připojení, jako je SSL, které vyžaduje výměnu mnoha datových souborů mezi webovým serverem a webovým klientem. Ačkoli jsou tyto údaje malé, mnohonásobné zpáteční lety zahrnuté v podání ruky způsobují ve srovnání s jinými formami připojení k internetu velká zpoždění, jak dokumentuje Stephen T. Cobb ve zprávě z roku 2011, kterou zveřejnila Rural Mobile and Broadband Alliance. Tato nepříjemnost se rozšiřuje na zadávání a úpravy dat pomocí některého softwaru jako služby nebo aplikací SaaS i v jiných formách online práce.

Je třeba důkladně otestovat funkčnost živého interaktivního přístupu ke vzdálenému počítači - například virtuálním privátním sítím . Mnoho protokolů TCP nebylo navrženo pro práci v prostředích s vysokou latencí.

Střední a nízké oběžné dráhy Země

Satelitní souhvězdí střední oběžné dráhy Země (MEO) a nízké oběžné dráhy Země (LEO) nemají tak velká zpoždění, protože satelity jsou blíže k zemi. Například:

• Současná konstelace LEO satelitů Globalstar a Iridium mají zpoždění kratší než 40 ms, ale jejich propustnost je menší než širokopásmové připojení při rychlosti 64 kbit/s na kanál. Souhvězdí Globalstar obíhá 1420 km nad Zemí a Iridium obíhá ve výšce 670 km.
• Tyto O3b souhvězdí obíhá na 8,062 kilometrů, s RTT latencí cca 125 ms. Síť je také navržena pro mnohem vyšší propustnost s linkami výrazně vyššími než 1 Gbit/s (Gigabit za sekundu). Připravovaná konstelace O3b mPOWER sdílí stejnou oběžnou dráhu a jednomu uživateli bude poskytovat rychlost od 50 Mbps do více gigabitů za sekundu.

Na rozdíl od geostacionárních satelitů, satelity LEO a MEO nezůstávají na pevném místě na obloze a z nižší nadmořské výšky mohou „vidět“ menší oblast Země , a tak nepřetržitý rozšířený přístup vyžaduje konstelaci mnoha satelitů (nízkozemních) oběžné dráhy vyžadující více satelitů než oběžné dráhy střední Země) se složitou správou konstelací k přepínání přenosu dat mezi satelity a udržení spojení se zákazníkem a sledování pozemními stanicemi.

Satelity MEO vyžadují vyšší výkonové přenosy než LEO, aby dosáhly stejné síly signálu na pozemní stanici, ale jejich vyšší nadmořská výška také zajišťuje menší orbitální přeplnění a jejich pomalejší rychlost oběžné dráhy snižuje jak dopplerovský posun, tak velikost a složitost požadované konstelace.

Sledování pohybujících se satelitů se obvykle provádí jedním ze tří způsobů:

• více rozptýlených nebo zcela všesměrových pozemních antén schopných komunikovat s jedním nebo více satelity viditelnými na obloze současně, ale s výrazně vyšším vysílacím výkonem než pevné geostacionární parabolické antény (kvůli nižšímu zisku) a s mnohem horším signálem -hlukové poměry pro příjem signálu
• motorizované držáky antén s úzkými paprsky s vysokým ziskem, které sledují jednotlivé satelity
• antény s fázovaným polem, které mohou elektronicky řídit paprsek, spolu se softwarem, který dokáže předpovědět cestu každého satelitu v souhvězdí

Ultralehké atmosférické letadlo jako satelity

Navrhovanou alternativou k reléovým satelitům je speciální ultralehké letadlo na solární pohon , které by letělo po kruhové dráze nad pevným pozemním místem a fungovalo pod autonomním počítačovým ovládáním ve výšce přibližně 20 000 metrů.

Například projekt Vulture United States Defense Advanced Research Projects Agency předpokládal ultralehké letadlo schopné udržovat stanoviště na pevném území po dobu až pěti let a schopné poskytovat nepřetržitý dohled nad pozemními prostředky i v provozu komunikační sítě s extrémně nízkou latencí. Tento projekt byl zrušen v roce 2012, než byl uveden do provozu.

Palubní baterie by se za denního světla nabíjely solárními panely pokrývajícími křídla a v noci by zajišťovaly energii letadla. Pozemní satelitní internetové antény by přenášely signály do a z letadla, což by mělo za následek výrazně sníženou latenci signálu zpáteční cesty pouze 0,25 milisekundy. Letadla by mohla potenciálně běžet po dlouhou dobu bez doplňování paliva. V minulosti bylo navrženo několik takových schémat zahrnujících různé typy letadel.

Rušení

Satelitní komunikace je ovlivněna vlhkostí a různými formami srážek (jako je déšť nebo sníh) v signálové cestě mezi koncovými uživateli nebo pozemními stanicemi a využívaným satelitem. Tato interference se signálem se nazývá déšť . Účinky jsou méně výrazné v pásmech „L“ a „C“ s nižší frekvencí, ale mohou být poměrně závažné v pásmech „Ku“ a „Ka“ s vyšší frekvencí. Pro služby satelitního internetu v tropických oblastech se silným deštěm je populární použití pásma C (4/6 GHz) s kruhovou polarizační družicí. Satelitní komunikace v pásmu K _a (19/29 GHz) může využívat speciální techniky, jako jsou velké okraje deště , adaptivní řízení výkonu uplinku a snížené přenosové rychlosti během srážek.

Okraje deště jsou dodatečné požadavky na komunikační spojení potřebné k zohlednění degradace signálu v důsledku vlhkosti a srážek a mají mimořádný význam pro všechny systémy pracující na frekvencích nad 10 GHz.

Dobu, během níž je služba ztracena, lze zkrátit zvýšením velikosti satelitní komunikační paraboly, aby bylo možné shromáždit více satelitního signálu na sestupném spoji a také poskytnout silnější signál na uplinku. Jinými slovy, zvýšení zisku antény použitím většího parabolického reflektoru je jedním ze způsobů, jak zvýšit celkový zisk kanálu a následně i poměr signálu k šumu (S/N), což umožňuje větší ztrátu signálu v důsledku deště mizí, aniž by poměr S/N klesl pod minimální práh úspěšné komunikace.

Moderní antény antény určené pro spotřebitele bývají poměrně malé, což snižuje rozpětí deště nebo zvyšuje požadovaný výkon a náklady na sestupný downlink. Často je však ekonomičtější postavit dražší satelit a menší, levnější spotřebitelské antény než zvětšovat velikost spotřebitelské antény, aby se snížily náklady na satelit.

Velké komerční talíře o průměru 3,7 m až 13 m lze použít k dosažení zvýšených okrajů deště a také ke snížení nákladů na bit umožněním efektivnějších modulačních kódů. Alternativně mohou antény s větší aperturou vyžadovat méně energie ze satelitu, aby dosáhly přijatelného výkonu. Satelity obvykle využívají fotovoltaickou solární energii, takže za energii samotnou nejsou žádné náklady, ale výkonnější satelit bude vyžadovat větší a výkonnější solární panely a elektroniku, často včetně větší vysílací antény. Větší satelitní komponenty nejenže zvyšují náklady na materiál, ale také zvyšují hmotnost satelitu a obecně jsou náklady na vypuštění satelitu na oběžnou dráhu přímo úměrné jeho hmotnosti. (Navíc, protože nosná raketa [tj. Raketa] má specifické limity velikosti užitečného zatížení, zvětšení částí satelitu může vyžadovat buď složitější skládací mechanismy pro části satelitu, jako jsou solární panely a antény s vysokým ziskem, nebo upgrade na více drahé nosné vozidlo, které zvládne větší užitečné zatížení.)

Modulované nosiče lze dynamicky měnit v reakci na problémy s deštěm nebo jinými poruchami spojení pomocí procesu nazývaného adaptivní kódování a modulace nebo „ACM“. ACM umožňuje podstatné zvýšení bitových rychlostí za normálních podmínek jasného nebe, zvýšení počtu bitů na přenášený Hz a tím snížení celkových nákladů na bit. Adaptivní kódování vyžaduje nějaký druh zpětného nebo zpětnovazebního kanálu, který může být dostupný jakýmikoli dostupnými prostředky, satelitními nebo pozemními.

Přímá viditelnost

Dva objekty jsou údajně na dohled, pokud lze přímou linii mezi objekty spojit bez jakéhokoli rušení, jako je hora. Objekt za horizontem je pod přímkou ​​pohledu, a proto může být obtížné s ním komunikovat.

Aby systém optimálně fungoval, je obvykle zapotřebí zcela jasný výhled mezi parabolu a satelit. Kromě toho, že je signál náchylný k absorpci a rozptylu vlhkostí, je signál podobně ovlivněn přítomností stromů a jiné vegetace v cestě signálu. Jak se rádiová frekvence snižuje na méně než 900 MHz, penetrace vegetací se zvyšuje, ale většina satelitních komunikací pracuje nad 2 GHz, což je činí citlivými i na drobné překážky, jako je olistění stromů. Instalace misky v zimě musí zohledňovat růst listoví rostlin, které se objeví na jaře a v létě.

Fresnelova zóna

I když je mezi vysílací a přijímací anténou přímá viditelnost, odrazy od objektů v blízkosti dráhy signálu mohou snížit zdánlivý výkon signálu prostřednictvím zrušení fáze. Zda a jak moc je signál ztracen z odrazu, je určeno umístěním objektu ve Fresnelově zóně antén.

Obousměrná komunikace pouze přes satelit

Obousměrná satelitní internetová služba pro domácí nebo spotřebitelské účely zahrnuje odesílání i přijímání dat ze vzdáleného terminálu s velmi malou aperturou (VSAT) přes satelit do telekomunikačního portu (teleportu) rozbočovače , který pak přenáší data přes pozemní internet. Satelitní anténa na každém místě musí být přesně zaměřena, aby nedošlo k rušení s jinými satelity. Na každém webu VSAT musí být přesně nastavena uplinková frekvence, přenosová rychlost a výkon pod kontrolou centra poskytovatelů služeb.

Existuje několik typů obousměrných satelitních internetových služeb, včetně časově děleného vícenásobného přístupu (TDMA) a jednoho kanálu na dopravce (SCPC). Obousměrné systémy mohou být jednoduché terminály VSAT s parabolou 60–100 cm a výstupním výkonem pouze několika wattů určené pro spotřebitele a malé podniky nebo větší systémy, které poskytují větší šířku pásma. Takové systémy jsou často prodávány jako „satelitní širokopásmové“ a mohou stát dvakrát až třikrát tolik za měsíc než pozemní systémy, jako je ADSL . Tyto modemy potřebná pro tuto službu jsou často proprietární, ale některé jsou kompatibilní s několika různými poskytovateli. Jsou také drahé a stojí v rozmezí 600 až 2 000 USD.

Dvousměrný „iLNB“ použitý na SES širokopásmového terminálu misky má vysílač a jeden-polarita přijímat LNB, přičemž oba v K _u pásmu . Ceny za širokopásmové modemy SES se pohybují od 299 EUR do 350 EUR. Tyto typy systémů jsou obecně nevhodné pro použití na pohybujících se vozidlech, i když některé paraboly mohou být vybaveny automatickým mechanismem otáčení a naklápění, aby bylo možné misku průběžně srovnávat-ty jsou však dražší. Technologii pro SES Broadband dodala belgická společnost Newtec.

Šířka pásma

Zákazníci se satelitním internetem od spotřebitelů sahají od jednotlivých domácích uživatelů s jedním počítačem po velká vzdálená obchodní místa s několika stovkami počítačů.

Domácí uživatelé mají tendenci využívat sdílenou satelitní kapacitu ke snižování nákladů a zároveň umožňují vysoké špičkové přenosové rychlosti, i když chybí přetížení. Obvykle existují omezující časové limity šířky pásma, takže každý uživatel dostane svůj spravedlivý podíl podle své platby. Když uživatel překročí povolený limit, může společnost zpomalit jeho přístup, zbavit prioritu provoz nebo účtovat poplatek za přebytečnou šířku pásma. U spotřebitelského satelitního internetu se příspěvek obvykle pohybuje od 200  MB za den do 25  GB za měsíc. Sdílený nosič stahování může mít přenosovou rychlost 1 až 40 Mbit/s a může být sdílen až 100 až 4 000 koncovými uživateli.

Směr uplinku pro zákazníky sdílených uživatelů je obvykle vícenásobný přístup s časovým dělením (TDMA), který zahrnuje přenos příležitostných krátkých paketů mezi jinými uživateli (podobně jako mobilní telefon sdílí mobilní věž).

Každé vzdálené místo může být také vybaveno telefonním modemem; připojení jsou stejná jako u běžného vytáčeného ISP. Obousměrné satelitní systémy mohou někdy využívat kanál modemu v obou směrech pro data, kde je latence důležitější než šířka pásma, rezervace satelitního kanálu pro stahování dat, kde je šířka pásma důležitější než latence, například pro přenosy souborů .

V roce 2006 Evropská komise sponzorovala projekt UNIC, jehož cílem bylo vyvinout komplexní vědecké testovací lůžko pro distribuci nových širokopásmových interaktivních služeb zaměřených na televizi poskytovaných prostřednictvím levného obousměrného satelitu skutečným koncovým uživatelům v Domov. Architektura UNIC využívá standard DVB-S2 pro downlink a DVB-RCS standard pro uplink.

Pro telefonní služby VoIP jsou široce používány běžné paraboly VSAT (průměr 1,2–2,4 m). Hlasový hovor je odesílán prostřednictvím paketů přes satelit a internet. Použitím technik kódování a komprese je bitová rychlost potřebná na hovor pouze 10,8 kbit/s v každém směru.

Přenosný satelitní internet

Přenosný satelitní modem

Ty obvykle přicházejí ve formě samostatného plochého obdélníkového boxu, který je třeba zaměřit obecným směrem satelitu-na rozdíl od VSAT nemusí být zarovnání příliš přesné a modemy mají zabudované měřiče síly signálu, které uživateli pomáhají zarovnat zařízení správně. Modemy mají běžně používané konektory, jako je Ethernet nebo Universal Serial Bus (USB). Některé mají také integrovaný Bluetooth transceiver a slouží jako satelitní telefon. Modemy také mívají vlastní baterie, takže je lze připojit k notebooku bez vybití baterie. Nejběžnější z těchto systémů je Inmarsat je Bgan -Tyto svorky jsou o velikosti kufříku a mají téměř symetrické rychlosti připojení na asi 350-500 kbit / s. Menší modemy existují jako ty, které nabízí Thuraya, ale připojují se pouze rychlostí 444 kbit/s v omezené oblasti pokrytí. INMARSAT nyní nabízí IsatHub, satelitní brožovaný satelitní modem pracující ve spojení s mobilním telefonem uživatelů a dalšími zařízeními. Náklady byly sníženy na 3 USD za MB a samotné zařízení je v prodeji za přibližně 1300 USD.

Použití takového modemu je extrémně drahé - náklady na přenos dat se pohybují mezi 5 až 7 USD za megabajt . Samotné modemy jsou také drahé, obvykle stojí mezi 1 000 a 5 000 $.

Internet přes satelitní telefon

Satelitní telefony se již mnoho let dokážou připojit k internetu. Šířka pásma se pohybuje od přibližně 2 400 bitů/s u satelitů Iridium a telefonů založených na ACeS po 15 kbit/s proti proudu a 60 kbit/s po proudu pro telefony Thuraya . Globalstar také poskytuje přístup k internetu rychlostí 9600 bitů/s-jako Iridium a ACeS je vyžadováno telefonické připojení a účtuje se za minutu, nicméně Globalstar i Iridium plánují vypuštění nových satelitů nabízejících vždy dostupné datové služby za vyšší ceny. U telefonů Thuraya je také možné telefonické připojení 9 600 bit/s, služba 60 kbit/s je vždy zapnutá a uživateli se účtují přenesená data (asi 5 $ za megabajt ). Telefony lze připojit k notebooku nebo jinému počítači pomocí rozhraní USB nebo RS-232 . Vzhledem k malým šířkám pásma je procházení webu s takovým připojením extrémně pomalé, ale užitečné pro odesílání e-mailů, dat Secure Shell a používání dalších protokolů s nízkou šířkou pásma. Protože satelitní telefony mívají všesměrové antény, není nutné žádné zarovnání, pokud je mezi telefonem a satelitem přímá viditelnost.

Jednosměrný příjem s pozemním přenosem

Jednosměrné pozemní návratové satelitní internetové systémy se používají s konvenčním vytáčeným internetovým přístupem , přičemž odchozí ( upstream ) data putují přes telefonní modem , ale downstream data odesílaná přes satelit vyšší rychlostí. V USA je licence FCC vyžadována pouze pro uplinkovou stanici; pro uživatele není vyžadována žádná licence.

Jiný typ jednosměrného satelitního internetového systému používá pro zadní kanál General Packet Radio Service (GPRS). Při použití standardních GPRS nebo Enhanced Data Rates pro GSM Evolution (EDGE) se náklady snižují za vyšší efektivní sazby, pokud je objem odesílání velmi nízký, a také proto, že tato služba není účtována za čas, ale je účtována podle objemu nahrávání. GPRS as return zlepšuje mobilitu, pokud je služba poskytována satelitem, který vysílá v oblasti 100-200 kW. Pomocí 33 cm široké satelitní antény, notebooku a běžného GSM telefonu vybaveného GPRS mohou uživatelé získat mobilní satelitní širokopásmové připojení.

Součásti systému

Vysílací stanice má dvě komponenty, skládající se z vysokorychlostního připojení k internetu, které slouží mnoha zákazníkům najednou, a satelitního uplinku pro vysílání požadovaných dat zákazníkům. Směrovače ISP se připojují k proxy serverům, které mohou vynucovat omezení šířky pásma kvality služeb (QoS) a záruky pro provoz každého zákazníka.

K řešení problémů s latencí a asymetrií satelitního připojení se často používají nestandardní IP zásobníky . Stejně jako u jednosměrných přijímacích systémů jsou data odesílaná přes satelitní spojení obecně také šifrována, protože jinak by byla přístupná komukoli se satelitním přijímačem.

Mnoho implementací IP přes satelit používá spárované proxy servery na obou koncových bodech, takže určité komunikace mezi klienty a servery nemusí akceptovat latenci vlastní satelitnímu připojení. Z podobných důvodů existují speciální implementace virtuální privátní sítě (VPN) navržené pro použití přes satelitní spojení, protože standardní software VPN nedokáže zvládnout dlouhé doby cestování paketů.

Rychlosti odesílání jsou omezeny telefonním modemem uživatele, zatímco rychlosti stahování mohou být velmi rychlé ve srovnání s vytáčeným připojením, přičemž modem slouží pouze jako kontrolní kanál pro potvrzení paketů.

Latence je stále vysoká, i když nižší než plný obousměrný geostacionární satelitní internet, protože pouze polovina datové cesty je přes satelit, druhá polovina je přes pozemní kanál.

Jednosměrné vysílání, pouze příjem

Jednosměrné vysílání satelitní internetové systémy jsou používány pro Internet Protocol (IP) vysílání na bázi dat, audio a video distribuci. V USA je licence Federal Communications Commission (FCC) vyžadována pouze pro uplinkovou stanici a žádná licence není vyžadována pro uživatele. Všimněte si toho, že většina internetových protokolů nebude správně fungovat přes jednosměrný přístup, protože vyžadují zpětný kanál. Internetový obsah, jako jsou webové stránky, však lze i nadále distribuovat prostřednictvím jednosměrného systému tak, že je „vytlačíte“ do místního úložiště na stránkách koncových uživatelů, ačkoli plná interaktivita není možná. Je to podobné obsahu z televize nebo rádia, který nabízí málo uživatelského rozhraní.

Vysílací mechanismus může zahrnovat kompresi a opravu chyb, aby se zajistilo správné přijetí jednosměrného vysílání. Data mohou být také pravidelně opakovaně vysílána, takže příjemci, kteří dříve neuspěli, budou mít další šance zkusit znovu stáhnout.

Data mohou být také šifrována, takže zatímco kdokoli může data přijímat, pouze určitá místa určení mohou skutečně dekódovat a používat vysílaná data. Oprávnění uživatelé musí mít pouze krátký dešifrovací klíč nebo zařízení s automatickým pohyblivým kódem, které k dešifrování dat používá vlastní vysoce přesný nezávislý mechanismus časování.

Hardwarové součásti systému

Podobně jako u jednosměrného pozemního návratu může satelitní satelitní přístup k internetu zahrnovat rozhraní pro veřejnou komutovanou telefonní síť pro aplikace squawk box. Připojení k internetu není vyžadováno, ale mnoho aplikací obsahuje server FTP ( File Transfer Protocol ) pro zařazování dat do fronty pro vysílání.

Součásti systémového softwaru

Většina jednosměrných vysílacích aplikací vyžaduje vlastní programování na vzdálených místech. Software na vzdáleném místě musí data filtrovat, ukládat, zobrazovat výběrové rozhraní a zobrazovat je. Software na vysílací stanici musí zajišťovat řízení přístupu, prioritní fronty, odesílání a zapouzdření dat.

Služby

Rozvíjející se komerční služby v této oblasti zahrnují:

• Outernet - technologie konstelace satelitů

Zvyšuje se účinnost

Zpráva FCC z roku 2013 uvádí velký skok ve výkonu satelitů

Federální komunikační komise ve své zprávě vydané v únoru 2013 zaznamenala významný pokrok ve výkonu satelitního internetu. Zpráva FCC o měření širokopásmové Ameriky také zařadila hlavní poskytovatele internetových služeb podle toho, jak blízko se k poskytování inzerovaných rychlostí dostali. V této kategorii se na prvním místě umístil satelitní internet, přičemž 90% předplatitelů vidělo rychlosti 140% nebo lepší, než bylo inzerováno.

Snížení latence satelitu

Velká část zpomalení spojeného se satelitním internetem spočívá v tom, že pro každý požadavek musí být dokončeno mnoho zpátečních cest, než může žadatel přijmout jakákoli užitečná data. Speciální IP zásobníky a proxy mohou také snížit latenci snížením počtu zpátečních cest nebo zjednodušením a snížením délky záhlaví protokolů. Mezi optimalizační technologie patří mimo jiné akcelerace TCP , předběžné načítání HTTP a ukládání do mezipaměti DNS . Viz standard Space Communications Protocol Specifications (SCPS), vyvinutý NASA a široce přijatý komerčními a vojenskými zařízeními a poskytovateli softwaru v tržním prostoru.

Satelity vypuštěny

WINDS družice byla vypuštěna 23. února 2008. větrů družice slouží k poskytování širokopásmových internetových služeb do Japonska a místech po celém asijsko-pacifickém regionu. Satelit poskytuje maximální rychlost 155 Mbit/s dolů a 6 Mbit/s až do rezidencí s anténou s otvorem 45 cm a připojením 1,2 Gbit/s podnikům s 5metrovou anténou. Dosáhla konce své životnosti.

SkyTerra-1 byla spuštěna v polovině listopadu 2010 a poskytuje Severní Ameriku, zatímco Hylas-1 byl spuštěn v listopadu 2010 a zaměřil se na Evropu.

26. prosince 2010 byla spuštěna společnost Eutelsat KA-SAT . Pokrývá evropský kontinent pomocí 80 bodových paprsků - zaměřených signálů, které pokrývají oblast několik set kilometrů po celé Evropě a Středomoří. Bodové paprsky umožňují efektivní opětovné použití frekvencí ve více oblastech bez rušení. Výsledkem je zvýšená kapacita. Každý z bodových paprsků má celkovou kapacitu 900 Mbit/s a celý satelit bude mít kapacitu 70 Gbit/s.

ViaSat-1 , komunikační satelit s nejvyšší kapacitou na světě, byl vypuštěn 19. října 2011 z Bajkonuru v Kazachstánu a nabízí celkovou kapacitu 140 Gbit/s prostřednictvím internetové služby Exede . Cestující na palubě JetBlue Airways mohou tuto službu využívat od roku 2015. Služba byla rozšířena také na United Airlines , American Airlines , Scandinavian Airlines , Virgin America a Qantas .

EchoStar XVII družice byla vypuštěna 5. července 2012 od Arianespace a byl uveden do trvalého geostacionární oběžné drážky 107.1 ° západní délky, servis HughesNet . Toto K odstupňovat satelit má více než 100 Gbit / s z průtokové kapacitě.

Od roku 2013 satelitní souhvězdí O3b pro datové služby požaduje latenci mezi dvěma koncovými body 238 ms.

V letech 2015 a 2016 vypustila australská vláda dva satelity, které poskytly internet regionálním Australanům a obyvatelům vnějších území, jako je Norfolk Island a Christmas Island .

Nízká oběžná dráha Země

V září 2020 bylo vypuštěno přibližně 700 satelitů pro Starlink a 74 pro satelitní konstelaci OneWeb . Starlink zahájil svoji soukromou beta fázi.

V oceánografii a v seismologii

Satelitní komunikace se používá k přenosu dat, vzdálené diagnostice přístrojů , k fyzickým satelitním a oceánografickým měřením z hladiny moře (např. Teplota povrchu moře a výška hladiny moře ) na dno oceánu a pro seismologické analýzy.

Viz také

Reference

externí odkazy

• Úsilí o standardizaci systémů satelitních systémů ViaSat/TIA