Un modem satelit este un dispozitiv pentru transmiterea de date pe un canal radio folosind sateliți artificiali Pământului pentru a transmite un semnal radio. Pe lângă funcțiile de modulare-demodulare a semnalului, acesta poate îndeplini funcțiile unui router IP , multiplexor , gateway de voce . Un modem satelit funcționează ca parte a unei stații terestre prin satelit , care include modemul în sine și echipamente radio - o antenă , amplificatoare de recepție și transmisie , cabluri și așa mai departe.
Modemurile prin satelit sunt folosite pentru a organiza canalele de transmisie a datelor între echipamentele de la sol de diferite tipuri conectate la acestea - calculatoare , rețele de calculatoare , centrale telefonice digitale , dispozitive APCS și așa mai departe. Ca parte a stației terestre, un modem satelit interacționează cu echipamentele de transmisie a datelor și cu echipamentele de radiofrecvență instalate pe o antenă de satelit [1] . Modemurile satelit moderne implementează, de asemenea , rutarea traficului și alte funcții de serviciu [2] . Uneori, „modemurile prin satelit” sunt numite echipamente care primesc date doar prin intermediul unui canal satelit [3] (vezi harta DVB-S / S2 ).
Modemul satelit interacționează cu echipamentele externe prin interfețe standard de transfer de date. Acesta poate fi unul sau mai multe porturi Ethernet , diverse porturi seriale etc. În timpul transmisiei, datele primite de la una sau mai multe surse sunt trimise către multiplexorul ( router ) încorporat, care formează un singur flux din acestea, destinat transmiterii către un canal prin satelit.
După formarea fluxului de date, acesta intră în scrambler , unde este reversibil „amestecat” pentru a elimina secvențe lungi de uni sau zerouri succesive și apoi supus codării diferențiale , necesar pentru a rezolva ambiguitățile care apar în metodele de modulația semnalului adoptată în comunicațiile digitale prin satelit .
Deoarece datele pot fi pierdute și distorsionate în timpul transmisiei prin intermediul unui canal prin satelit , corectarea erorilor înainte (FEC) este utilizată pentru a asigura fiabilitatea necesară a transmiterii informațiilor . În același timp, redundanța este introdusă în fluxul de date, ceea ce face posibilă recuperarea informațiilor pierdute la capătul de recepție folosind diferite coduri de corecție .
Fluxul rezultat este alimentat către modulator , care generează un semnal radio într-un interval dat. Acest semnal este trimis la un amplificator de transmisie (BUC) pentru transmitere către satelit.
Semnalul de la amplificatorul de recepție (LNB) ajunge la demodulatorul modemului satelit și totul se întâmplă în ordine inversă.
În modul punct-la-punct ( SCPC , Single Channel per Carrier), este organizat un canal pentru fiecare operator. Modemul folosește exclusiv banda de frecvență alocată pentru a transmite informații. Chiar dacă informațiile nu sunt transmise în acest moment, niciun alt dispozitiv nu poate folosi această bandă de frecvență. Pentru schimbul bidirecțional (recepție și transmisie), trebuie să alocați două benzi de frecvență (nu neapărat aceeași lățime - adică vitezele de recepție și transmisie pot diferi). Modemul SCPC comunică cu un alt modem SCPC. Dacă doriți să organizați mai multe direcții de comunicare, atunci fiecare dintre ele necesită instalarea unei perechi de modemuri SCPC. Vitezele de recepție și transmitere a modemurilor SCPC pot varia foarte mult (de la sute de kilobiți/s la zeci și sute de megabiți/s), în funcție de banda de satelit utilizată, energia canalului satelit și metodele de modulare [5] .
Modemurile SCPC pot implementa modul „reutilizare a frecvenței” (nume de marcă - „CnC” sau „carrier-in-carrier” [6] , PCMA - Paired Carrier Multiple Access [7] și altele), care permite schimbul de date în două sensuri într-o bandă de frecvență. Acest lucru economisește resursa de frecvență necesară, dar necesită o creștere a puterii semnalului și impune restricții suplimentare privind utilizarea frecvenței și a resursei de energie a satelitului de comunicații [8] . Modul de reutilizare a frecvenței poate fi o opțiune suplimentară pentru modelele de modem de bază [6] sau implementat folosind un dispozitiv separat conectat între modem și echipamentul de radiofrecvență de pe antenă [7] .
În modul punct-la-multipunct ( MCPC , Multiply Channels per Carrier), mai multe canale de comunicație sunt transmise pe un singur purtător utilizând time multiplexing (TDM) [9] . În modul MCPC-SCPC, datele de la centru sunt transmise printr-un canal prin satelit în bandă largă către toate punctele de la distanță, iar canalele dedicate SCPC sunt utilizate pentru canalele de întoarcere de la punctele îndepărtate către centru. În același timp, este necesar un singur modulator (un modem care funcționează în modul de transmisie) pentru a transmite informații de la centru către toate punctele îndepărtate. Pentru a primi date de la punctele îndepărtate din centru, este încă necesar un demodulator (modem în modul de recepție) pentru fiecare punct. Dacă datele „din centru” către stațiile la distanță nu sunt transmise în mod constant la viteza maximă, atunci lățimea de bandă a canalului MCPC poate fi mai mică decât suma necesară pentru toate stațiile, adică resursa de frecvență este salvată datorită „reutilizării” acesteia. . Debitul legăturii directe (de la centru la stații) nu este constant pentru fiecare stație, este posibilă redistribuirea lățimii de bandă și apariția variațiilor de întârziere la transmiterea datelor către mai multe stații în același timp. Un modem care suportă modul de transmisie MCPC trebuie să aibă mijloace eficiente de gestionare a lățimii de bandă și de a asigura calitatea serviciului stațiilor individuale [10] .
Modul MCPC-SCPC poate fi utilizat în rețele private cu un număr mic de stații, pentru o rețea de stații de raportare care necesită lățime de bandă garantată și variație redusă a întârzierii pentru a transmite informații dintr-un punct la distanță, în același timp, o lățime de bandă comună redusă. canalul poate fi folosit pentru a le transmite informații.capacitate și cu cerințe de calitate mai scăzute [11] .
Într-o rețea cu topologie în stea ( stea engleză ) este utilizată o stație terestră centrală (CZS, hub englezesc , gateway ), cu care interacționează toate stațiile de abonat [12] . Transmisia între stațiile de abonat este posibilă doar prin cea centrală (în „două hop”). Transmiterea datelor de la stația centrală către abonații din rețeaua „stea” are loc printr-un singur canal, comun tuturor, direct ( link forward în engleză , uplink ) de lățime de bandă mare (zeci și sute de Mbps). Fiecare stație primește de la acest canal doar datele care îi sunt adresate (similar cu modul MCPC, se folosește multiplexarea în timp). Pentru a transmite date de la abonați la stația centrală, se folosesc canale inverse ( de exemplu, canal de retur ) cu o lățime de bandă mai mică (unități de Mbit/s), în timp ce aceeași bandă de frecvență poate fi folosită de multe stații de abonat. Rețelele Star sunt utilizate în cazurile în care trebuie să conectați mai multe puncte la distanță la un singur centru - sediul central al unei companii, un furnizor de internet. Numărul de posturi de abonat deservite de o stație centrală poate ajunge la câteva mii și zeci de mii. Astăzi, rețelele de satelit cu o astfel de topologie sunt cele mai comune și cea mai mare parte a modemurilor satelit sunt produse pentru acestea [13] .
Stațiile de abonat din rețeaua stea sunt instalații relativ ieftine, cu antene mici , transmițătoare de putere redusă și modemuri satelit ieftine în comparație cu alte tipuri. Pentru stațiile de abonat, se folosesc și denumirile „stație terestră mică” (LES, VSAT) sau „stație terestră terminală” (TZS).
Controlul accesului la stație (alocarea unei resurse de timp sau de frecvență pentru transmisie) este efectuat de către stația centrală pe baza vitezei solicitate de fiecare abonat și a capacității totale a canalului. Întârzierile în rețelele stea sunt de obicei mai mari decât pentru modemurile SCPC, în plus, ele, ca și rata de transfer de date disponibilă abonatului în orice moment, pot varia semnificativ în timp, în funcție de sarcina curentă a rețelei.
Echipamentul de la sol este conectat la stațiile rețelei stele printr-o interfață Ethernet , pentru transferul de date, de regulă, se utilizează protocolul IP , uneori modul punte de rețea .
Mai multe stații de satelit pot lucra între ele „într-un singur salt” în rețele cu topologie complet mesh (numite și Mesh [14] sau Hubless [15] ). Într-o astfel de rețea, o bandă de frecvență este împărțită între mai multe stații folosind mai multe protocoale de acces, de obicei TDMA sau MF-TDMA.
Una dintre stațiile din rețea joacă rolul de master , care determină care dintre celelalte stații poate transmite date în prezent. Întârzierile și ratele de transmisie în rețelele mesh pot varia semnificativ în funcție de utilizarea generală a lățimii de bandă, la fel ca în rețelele stea.
Toate stațiile unei rețele complet integrate ar trebui să furnizeze aproximativ aceeași energie pentru recepție și transmisie. Cu cât capacitățile energetice ale stațiilor sunt mai mari, cu atât rata posibilă de transfer de informații este mai mare, vitezele maxime sunt de câțiva megabiți/s. În egală măsură, rețelele mesh folosesc antene mai mari și transmițătoare mai puternice decât stațiile de abonat bazate pe stele.
Echipamentul de la sol este, de asemenea, conectat la stațiile unei rețele mesh printr-o interfață Ethernet , folosind protocolul IP sau modul de punte de rețea .
De regulă, un modem satelit poate funcționa în oricare dintre modurile [16] . Cele mai comune sunt modemurile pentru funcționarea ca terminale de abonat ale rețelei „stea”. Majoritatea producătorilor de echipamente terestre prin satelit sunt reprezentați în acest segment. Producătorii de terminale de abonat oferă și echipamente pentru stațiile centrale, iar echipamentele de la diferiți producători din această clasă, de regulă, sunt incompatibile. Pentru organizarea canalelor închiriate, sunt produse modemuri SCPC (suportând de obicei modul MCPC/SCPC), funcționând într-o gamă largă de viteze în ambele sensuri și oferind o gamă largă de interfețe pentru echipamentele terminale.
Există și modemuri satelit care suportă mai multe moduri de funcționare (stea, mesh, punct-la-punct și chiar funcționează ca stație centrală a rețelei) [2] . Cu astfel de modemuri, este posibil să se organizeze o rețea cu topologie hibridă. De exemplu, același modem în momente diferite poate funcționa cu stația centrală prin canalul TDMA, partajându-l cu alte stații din rețea, sau prin canalul SCPC, ocupându-l exclusiv. De asemenea, este posibilă funcționarea simultană a modemului de abonat cu stația centrală a rețelei stea și cu alte modemuri ale acestei rețele folosind tehnologia mesh.
Pentru comunicațiile prin satelit se folosesc benzi radio cu frecvențe de unități și zeci de gigaherți ( C , X , Ku , Ka ). Transmiterea unor astfel de frecvențe radio prin cablu coaxial are ca rezultat o atenuare mare a semnalului. Pentru a putea localiza modemul satelit la o distanță semnificativă (de obicei zeci de metri) față de antenă, semnalul de la acesta este transmis printr-un cablu coaxial la frecvențe mai mici [17] . Modemul satelit primește și transmite un semnal la o frecvență intermediară în intervalul 1-2 GHz (banda L ), iar conversia în domeniul de operare al comunicațiilor prin satelit este efectuată de convertoarele de frecvență instalate pe antenă (deseori integrate cu recepție ). și amplificatoare de transmisie ). Utilizarea frecvențelor benzii L în căile de recepție și transmisie este în general acceptată, ceea ce asigură compatibilitatea cu diverse echipamente RF de pe antene. Cu toate acestea, există și alte opțiuni. Pentru modemurile SCPC s-au folosit frecvențe intermediare de 70 și 140 MHz [18] [1] , modemurile unor producători folosesc o frecvență nestandard pentru transmisie și funcționează doar cu emițătoare special realizate pentru acestea [19] [20] .
Pentru conectarea cablurilor coaxiale la modemurile satelit se folosesc conectori de tip F (cu o impedanță caracteristică de 75 ohmi) sau de tip N (50 ohmi). Uneori există conectori SMA .
Pentru a transmite date digitale pe un canal radio prin satelit, se folosește codarea cu deplasare de fază (PSK) sau codificare cu deplasare de fază de amplitudine (APSK), uneori este utilizată codificarea cu deplasare în amplitudine în cuadratura (QAM) [21] . Pentru recuperarea erorii de redirecționare (FEC) care apare la transmiterea informațiilor printr-un canal de satelit zgomotos, sunt utilizate diferite coduri de corecție .
Modemurile SCPC folosesc codare DVB-S , DVB-S2 sau turbo cu modulații (în funcție de lățimea de bandă și energia canalului) de la QPSK la 32APSK sau 32QAM. Canalul direct al rețelelor stelare utilizează standardul DVB-S2. În modemurile satelit moderne, standardul DVB-S2X [2] este implementat activ .
În canalele de întoarcere ale rețelelor stelare și ale rețelelor mesh (fără hub) complet conectate, unde puterea stațiilor este scăzută, modulațiile QPSK și 8PSK sunt utilizate cu coduri de corecție LDPC sau coduri turbo . Pentru condiții care necesită imunitate ridicată la zgomot, poate fi utilizată modulația BPSK [21] .
Pentru fiecare combinație de coduri de modulație și corecție (denumite împreună „cod mod” sau design de cod de semnal, CCM), se determină nivelul minim al raportului semnal-zgomot la care informațiile pot fi recepționate cu o fiabilitate acceptabilă ( Bit Error Rata, BER ). Cu cât indicii de modulație utilizați (numărul de biți de informație transmiși într-un pachet) și redundanța codului de corecție sunt mai mari, cu atât pot fi obținute rate de transfer de informații mai mari în aceeași bandă de frecvență alocată, dar cu atât semnalul către raportul de zgomot este necesar pentru recepția datelor. Această relație este descrisă de teorema lui Shannon .
În practică, pentru a determina probabilitatea de eroare, nu se operează cu un raport semnal-zgomot (SNR) „pur”, ci cu caracteristici precum raportul purtător-zgomot (C/N) sau înrudite . la C/N și ratele de informare Eb /N0 (energie pe 1 bit de informație primită la densitatea spectrală a zgomotului) și Es/N0 (energie pe 1 simbol la densitatea spectrală a zgomotului) [22] . Raportul C/N depinde de câștigul antenei și de condițiile din partea de recepție, de energia satelitului și EIRP și de condițiile de pe partea de transmisie. Alegerea codării și modulării, permițând utilizarea cât mai eficientă a resursei satelit alocate, este o sarcină complexă cu mai multe criterii [8] . În sistemele moderne de comunicații prin satelit, este utilizată în mod activ tehnica de codificare adaptivă și modulare , care face parte din standardul DVB-S2 și vă permite să schimbați în mod dinamic codurile de modificare utilizate în funcție de parametrii canalului radio [2] .
| Conexiune prin satelit | |
|---|---|
| Articole principale | |
| Echipamente | |
| Standarde și protocoale | |
| Operatori de transmisie prin satelit |
|
| Operatori și servicii de comunicații prin satelit | |
| Producția de sateliți de comunicații | |