Satelitní modem - Satellite modem
Satelitní modem nebo satmodem je modem používá ke stanovení datových přenosů pomocí komunikační družici jako relé . Hlavní funkcí satelitního modemu je transformovat vstupní bitový tok na rádiový signál a naopak.
Některá zařízení, která obsahují pouze demodulátor (a žádný modulátor, což umožňuje pouze stahování dat pomocí satelitu), jsou také označována jako „satelitní modemy“. Tato zařízení se používají v satelitním přístupu k internetu (v tomto případě jsou nahraná data přenášena prostřednictvím konvenčního PSTN modemu nebo ADSL modemu).
Satelitní odkaz
Satelitní modem není jediným zařízením potřebným k vytvoření komunikačního kanálu. Mezi další zařízení, která jsou nezbytná pro vytvoření satelitního spojení, patří satelitní antény a frekvenční měniče.
Přenášená data jsou přenášena do modemu z koncového datového zařízení (např. Z počítače ). Modem má obvykle střední frekvence (IF), výstup (to znamená, že 50 až 200 MHz), avšak někdy je signál modulován přímo do L pásma . Ve většině případů musí být frekvence před zesílením a přenosem převedena pomocí upconvertoru .
Modulovaný signál je sekvence symbolů , kusů dat reprezentovaných odpovídajícím stavem signálu, např. Bit nebo několik bitů, v závislosti na použitém modulačním schématu. Obnovení hodin symbolů (vytvoření synchronního generátoru místních hodin symbolů se vzdáleným) je jedním z nejdůležitějších úkolů demodulátoru.
Podobně signál přijatý ze satelitu je nejprve downconvertován (to je provedeno nízkošumovým blokovým převodníkem - LNB), poté demodulován modemem a nakonec zpracován koncovým datovým zařízením. LNB je obvykle napájeno modemem prostřednictvím signálního kabelu s 13 nebo 18 V DC .
Funkce
Hlavní funkce satelitního modemu jsou modulace a demodulace. Standardy satelitní komunikace také definují kódy pro opravu chyb a formáty rámování .
Populární typy modulace používané pro satelitní komunikaci:
- Klíčování binárního fázového posunu ( BPSK );
- Kvadraturní klíčování s fázovým posunem ( QPSK );
- Ofsetové kvadraturní klíčování s fázovým posunem ( OQPSK );
- 8 PSK ;
- Kvadraturní amplitudová modulace (QAM), zejména 16QAM.
Mezi oblíbené kódy pro opravu chyb satelitu patří:
-
Konvoluční kódy :
- s délkou omezení menší než 10, obvykle dekódováno pomocí Viterbiho algoritmu (viz Viterbiho dekodér );
- s délkou omezení více než 10, obvykle dekódováno pomocí Fano algoritmu (viz Sekvenční dekodér );
- Reed -Solomonovy kódy obvykle zřetězené s konvolučními kódy s prokládáním ;
- Nové modemy podporují vynikající kódy pro opravu chyb ( turbo kódy a kódy LDPC ).
Mezi formáty rámců, které podporují různé satelitní modemy, patří:
- Rámování služeb Intelsat Business Service (IBS)
- Rámec intermediální datové rychlosti (IDR)
- Transportní rámování MPEG-2 (používá se v DVB )
- Rámování E1 a T1
Špičkové modemy také obsahují některé další funkce:
- Více datových rozhraní (jako RS-232 , RS-422 , V.35 , G.703 , LVDS , Ethernet );
- Integrovaný monitor a řízení vzdáleného konce (EDMAC), umožňující ovládat modem vzdáleného konce;
- Automatic Uplink Power Control (AUPC), tj. Úprava výstupního výkonu pro udržení konstantního poměru signálu k šumu na vzdáleném konci;
- Funkce Drop and Insert pro multiplexovaný stream, která v něm umožňuje nahradit některé kanály.
Vnitřní struktura
Pravděpodobně nejlepší způsob, jak porozumět fungování modemu, je podívat se na jeho vnitřní strukturu. Na obrázku je zobrazen blokový diagram generického satelitního modemu. Téměř všechny díly jsou volitelné.
Analogový trakt
Po převodu digitálního signálu na analogový ve vysílači signál prochází rekonstrukčním filtrem . Poté se jeho frekvence v případě potřeby převede.
Účelem analogového traktu v přijímači je převést frekvenci signálu, upravit jeho výkon pomocí obvodu automatického řízení zisku a získat jeho složité obálkové komponenty.
Vstupní signál pro analogový trakt je na mezifrekvenci nebo v pásmu L , v druhém případě musí být nejprve převeden na IF. Poté je signál buď vzorkován nebo zpracován čtyřkvadrantovým multiplikátorem, který produkuje komplexní obálkové složky ( I, Q ) prostřednictvím jeho vynásobení heterodynovou frekvencí (viz superheterodynový přijímač ).
Nakonec signál prochází filtrem proti vyhlazování a je vzorkován nebo ( digitalizován ).
Modulátor a demodulátor
Digitální modulátor transformuje digitální proud na rádiový signál na střední frekvenci (IF). Modulátor je obecně mnohem jednodušší zařízení než demodulátor, protože nemusí obnovovat frekvence symbolů a nosných.
Demodulátor je jednou z nejdůležitějších částí přijímače. Přesná struktura demodulátoru je definována typem modulace . Základní pojmy jsou však podobné. Kromě toho je možné vyvinout demodulátor, který dokáže zpracovávat signály s různými typy modulace.
Digitální demodulace znamená, že symbolové hodiny (a ve většině případů mezifrekvenční generátor) na přijímací straně musí být synchronní s hodinami na vysílací straně. Toho je dosaženo následujícími dvěma obvody:
- načasování obnovovacího obvodu, určení hranic symbolů;
- obvod obnovy nosiče, který určuje skutečný význam každého symbolu. Existují typy modulace (jako klíčování s frekvenčním posunem ), které lze demodulovat bez obnovy nosné. () Tato metoda, známá jako nekoherentní demodulace , je však obecně horší.
V demodulátoru jsou také další komponenty, jako je intersymbolový interferenční ekvalizér .
Pokud byl analogový signál digitalizován bez multiplikátoru se čtyřmi kvadranty, musí být komplexní obálka vypočítána pomocí digitálního komplexního směšovače .
Někdy je v demodulátoru implementován obvod digitálního automatického řízení zisku .
Kódování FEC
Techniky korekce chyb jsou pro satelitní komunikaci zásadní, protože vzhledem k omezenému výkonu satelitu je poměr signálu k šumu v přijímači obvykle spíše špatný. Oprava chyb funguje tak, že do datového toku na vysílací straně přidá umělou redundanci a tuto redundanci použije k opravě chyb způsobených šumem a rušením.
FEC kodér aplikuje chybové korekce kód do digitálního toku, přidá nadbytečnost.
FEC dekodér dekóduje vpřed opravu chyb kód, který je použit v specifický signál. Například, Digital Video Broadcasting norma definuje zřetězený kód se skládá z vnitřního konvolučního (standardní kód NASA, defekt, přičemž míra , , , , ), prokládání a vnější Reed-Solomon kód (délka bloku: 204 bytů, informační blok: 188 bajtů , může v bloku opravit až 8 bajtů).
Diferenciální kódování
Existuje několik typů modulace (například PSK a QAM ), které mají fázovou nejednoznačnost, to znamená, že nosič lze obnovit různými způsoby. K vyřešení této nejednoznačnosti se používá diferenciální kódování .
Když se použije diferenciální kódování, data jsou záměrně vytvořena tak, aby závisela nejen na aktuálním symbolu , ale také na předchozím.
Míchání
Scrambling je technika používaná k randomizaci datového toku k eliminaci dlouhých sekvencí pouze „0“ a „1“ a k zajištění rozptýlení energie. Dlouhé sekvence „pouze 0“ a „1“ vytvářejí potíže pro načasování obvodu obnovy. Scramblery a descramblery jsou obvykle založeny na posuvných registrech s lineární zpětnou vazbou .
Míchačka randomizuje datový tok, který má být přenášen. Descrambler obnoví původní stream z kódovaného.
Šifrování by nemělo být zaměňováno se šifrováním, protože nechrání informace před vetřelci.
Multiplexování
Multiplexer transformuje několik digitálních streamů do jednoho proudu. Toto je často označováno jako „muxování“.
Demultiplexor je obecně zařízení, které transformuje jeden multiplexovaný datový proud na několik. Satelitní modemy nemají mnoho výstupů, takže demultiplexor zde provádí operaci přetažení , což umožňuje modemu vybrat kanály, které budou přeneseny na výstup.
Demultiplexer dosahuje tohoto cíle udržováním synchronizace rámců .
Aplikace
Satelitní modemy se často používají pro domácí přístup k internetu .
Existují dva různé typy, oba využívající jako základ standard Digital Video Broadcasting (DVB):
- Jednosměrné satmodemy ( DVB-IP modemy) používají zpětný kanál, který není založen na komunikaci se satelitem, jako je telefon nebo kabel .
- Obousměrné satmodemy ( DVB-RCS modemy, také nazývané astromodemy ) využívají také satelitní zpětný kanál; další připojení nepotřebují. DVB-RCS je standardem ETSI EN 301790 .
Existují také průmyslové satelitní modemy, které mají zajistit trvalé spojení. Používají se například v síti Steel shankar.