Et satellitmodem er en enhed til at transmittere data over en radiokanal ved hjælp af kunstige jordsatellitter til at videresende et radiosignal. Ud over funktionerne til modulering-demodulation af signalet kan det udføre funktionerne i en IP-router , multiplexer , stemmegateway . Et satellitmodem fungerer som en del af en satellitjordstation , som omfatter selve modemet og radioudstyr - en antenne , modtage- og sendeforstærkere , kabler og så videre.
Satellitmodemmer bruges til at organisere datatransmissionskanaler mellem jordudstyr af forskellige typer forbundet til dem - computere , computernetværk , digitale telefoncentraler , APCS-enheder og så videre. Som en del af jordstationen interagerer et satellitmodem med datatransmissionsudstyr og med radiofrekvensudstyr installeret på en parabol [1] . Moderne satellitmodemmer implementerer også trafikdirigering og andre servicefunktioner [2] . Nogle gange kaldes "satellitmodem" udstyr, der kun modtager data via en satellitkanal [3] (se DVB-S / S2-kort ).
Satellitmodemet interagerer med eksternt udstyr via standard dataoverførselsgrænseflader. Dette kan være en eller flere Ethernet -porte , forskellige serielle porte osv. Under transmission sendes data modtaget fra en eller flere kilder til den indbyggede multiplexer ( router ), som danner en enkelt strøm fra dem, beregnet til transmission til en satellit kanal.
Efter dannelsen af datastrømmen går den ind i scrambleren , hvor den reversibelt "blandes" for at eliminere lange sekvenser af successive enere eller nuller og derefter udsættes for differentiel kodning , der er nødvendig for at løse de uklarheder, der opstår i metoderne til signalmodulation vedtaget i digital satellitkommunikation .
Da data kan gå tabt og forvrænges under transmission via en satellitkanal , bruges forward error correction (FEC) til at sikre den nødvendige pålidelighed af informationstransmission . Samtidig indføres redundans i datastrømmen, som gør det muligt at gendanne information tabt i den modtagende ende ved hjælp af forskellige korrektionskoder .
Den resulterende strøm føres til modulatoren , som genererer et radiosignal i et givet område. Dette signal sendes til en sendeforstærker (BUC) til transmission til satellitten.
Signalet fra den modtagende forstærker (LNB) går til satellitmodemdemodulatoren og alt sker i omvendt rækkefølge.
I punkt-til-punkt- tilstand ( SCPC , Single Channel per Carrier) organiseres en kanal per bærer. Modemmet bruger udelukkende det tildelte frekvensbånd til at transmittere information. Selvom information ikke transmitteres i øjeblikket, kan ingen anden enhed bruge dette frekvensbånd. For to-vejs udveksling (modtagelse og transmission) skal du tildele to frekvensbånd (ikke nødvendigvis den samme bredde - det vil sige, at modtage- og transmissionshastighederne kan variere). SCPC-modemmet kommunikerer med et andet SCPC-modem. Hvis du vil organisere flere kommunikationsretninger, kræver hver af dem installation af et par SCPC-modemmer. Hastigheden for at modtage og sende SCPC-modem kan variere meget (fra hundredevis af kilobit/s til titusinder og hundreder af megabit/s), afhængigt af det anvendte satellitbånd, satellitkanalenergi og moduleringsmetoder [5] .
SCPC-modemmer kan implementere "frekvensgenbrugstilstanden" (varenavne - "CnC" eller "carrier-in-carrier" [6] , PCMA - Paired Carrier Multiple Access [7] og andre), som giver mulighed for tovejs dataudveksling i ét frekvensbånd. Dette sparer den nødvendige frekvensressource, men kræver en forøgelse af signaleffekten og pålægger yderligere begrænsninger for brugen af kommunikationssatellittens frekvens og energiressource [8] . Frekvensgenbrugstilstanden kan være en ekstra mulighed for basismodemmodeller [6] eller implementeret ved hjælp af en separat enhed forbundet mellem modemmet og radiofrekvensudstyret på antennen [7] .
I punkt-til-multipunkt- tilstanden ( MCPC , Multiply Channels per Carrier) transmitteres flere kommunikationskanaler på en enkelt bærer ved hjælp af tidsmultipleksing (TDM) [9] . I MCPC-SCPC-tilstanden transmitteres data fra centret via én bredbåndssatellitkanal til alle fjernpunkter, og dedikerede SCPC-kanaler bruges til returkanaler fra fjerntliggende punkter til centret. Samtidig kræves der kun én modulator (et modem, der fungerer i transmissionstilstand) for at transmittere information fra centrum til alle fjerntliggende punkter. For at modtage data fra fjerntliggende punkter i midten kræves der stadig en demodulator (modem i modtagetilstand) for hvert punkt. Hvis data "fra centrum" til fjernstationer ikke konstant transmitteres ved maksimal hastighed, kan MCPC-kanalens båndbredde være mindre end summen, der kræves for alle stationer, det vil sige, at frekvensressourcen gemmes på grund af dens "genbrug" . Gennemløbet af den direkte forbindelse (fra centrum til stationerne) er ikke konstant for hver station, det er muligt at omfordele båndbredden og forekomsten af forsinkelsesvariationer, når der sendes data til flere stationer på samme tid. Et modem, der understøtter MCPC-transmissionstilstanden, skal have effektive midler til båndbreddestyring og levere servicekvalitet til individuelle stationer [10] .
MCPC-SCPC-tilstanden kan bruges i private netværk med et lille antal stationer, til et netværk af rapporteringsstationer, der kræver garanteret båndbredde og lav forsinkelsesvariation for at transmittere information fra et fjerntliggende punkt, på samme tid, en fælles lavbåndbredde kanal kan bruges til at overføre information til dem, evne og med lavere kvalitetskrav [11] .
I et stjernetopologinetværk ( engelsk stjerne ) bruges én central jordstation (CZS, engelsk hub, gateway ), som alle abonnentstationer interagerer med [12] . Transmission mellem abonnentstationer er kun mulig gennem den centrale (i "to hop"). Datatransmission fra centralstationen til abonnenter i "stjerne"-netværket sker gennem én, fælles for alle, direkte kanal ( engelsk forward link, uplink ) med høj båndbredde (ti-og hundredvis af Mbps). Hver station modtager fra denne kanal kun de data, der er adresseret til den (i lighed med MCPC-tilstanden bruges tidsmultipleksing). For at transmittere data fra abonnenter til centralstationen bruges omvendte kanaler ( eng. returkanal ) med en lavere båndbredde (enheder på Mbit/s), mens det samme frekvensbånd kan bruges af mange abonnentstationer. Stjernetværk bruges i tilfælde, hvor du skal forbinde mange fjernpunkter til et enkelt center - hovedkontoret for en virksomhed, en internetudbyder. Antallet af abonnentstationer, der betjenes af en centralstation, kan nå op på flere tusinde og titusinder. I dag er satellitnetværk med en sådan topologi de mest almindelige, og hovedparten af satellitmodemmer produceres til dem [13] .
Abonnentstationer i stjernenettet er relativt billige installationer med små antenner , laveffektsendere og billige satellitmodem sammenlignet med andre typer. For abonnentstationer bruges også navnene "lille jordstation" (LES, VSAT) eller "terminaljordstation" (TZS).
Stationsadgangskontrol (tildeling af en tids- eller frekvensressource til transmission) udføres af centralstationen baseret på den hastighed, som hver abonnent anmoder om, og den samlede kanalkapacitet. Forsinkelser i stjernenetværk er normalt højere end for SCPC-modemmer, derudover kan de, ligesom den dataoverførselshastighed, der er tilgængelig for abonnenten på ethvert givet tidspunkt, variere betydeligt over tid, afhængigt af den aktuelle netværksbelastning.
Jordudstyr er forbundet til stationerne i stjernenetværket via et Ethernet -interface, til dataoverførsel bruges som regel IP -protokollen , nogle gange netværksbrotilstanden .
Flere satellitstationer kan arbejde med hinanden "i ét hop" i netværk af fuldt maskede topologi (også kaldet Mesh [14] eller Hubless [15] ). I et sådant netværk er ét frekvensbånd opdelt mellem mange stationer, der bruger flere adgangsprotokoller, typisk TDMA eller MF-TDMA.
En af stationerne i netværket spiller rollen som master , som bestemmer, hvilken af de andre stationer, der i øjeblikket kan sende data. Forsinkelser og transmissionshastigheder i mesh-netværk kan variere betydeligt afhængigt af det samlede båndbreddeforbrug, ligesom i stjernenetværk.
Alle stationer i et fuldt masket netværk bør levere omtrent den samme energi til modtagelse og transmission. Jo højere energikapacitet stationerne har, jo højere er den mulige informationsoverførselshastighed, de maksimale hastigheder er flere megabit/s. Alt andet lige bruger mesh-netværk større antenner og kraftigere sendere end stjernebaserede abonnentstationer.
Jordudstyr er også forbundet til stationerne i et masket netværk via et Ethernet - interface ved hjælp af IP -protokollen eller netværksbrotilstand .
Som regel kan et satellitmodem fungere i en hvilken som helst af tilstandene [16] . De mest almindelige er modemer til drift som abonnentterminaler i "stjerne"-netværket. De fleste producenter af jordbaseret satellitudstyr er repræsenteret i dette segment. Producenter af abonnentterminaler tilbyder også udstyr til centralstationer, og udstyr fra forskellige producenter i denne klasse er som regel inkompatibelt. For at organisere lejede kanaler produceres SCPC-modemmer (som sædvanligvis understøtter MCPC/SCPC-tilstand), der fungerer i en bred vifte af hastigheder i begge retninger og tilbyder en bred vifte af grænseflader til terminaludstyr.
Der er også satellitmodemmer, der understøtter flere driftsformer (stjerne, mesh, punkt-til-punkt og endda fungerer som en central station i netværket) [2] . Med sådanne modemer er det muligt at organisere et hybridtopologinetværk. For eksempel kan det samme modem på forskellige tidspunkter arbejde med centralstationen via TDMA-kanalen, dele den med andre netværksstationer eller via SCPC-kanalen, der udelukkende optager den. Samtidig drift af abonnentmodemmet med centralstationen i stjernenetværket og med andre modemer i dette netværk ved hjælp af mesh-teknologi er også mulig.
Til satellitkommunikation bruges radiobånd med frekvenser på enheder og titusinder af gigahertz ( C , X , Ku , Ka ). Transmissionen af sådanne radiofrekvenser over koaksialkabel resulterer i stor signaldæmpning. For at kunne lokalisere satellitmodemet i en betydelig (normalt titusvis af meters) afstand fra antennen, transmitteres signalet fra den via et koaksialkabel ved lavere frekvenser [17] . Satellitmodemet modtager og transmitterer et signal ved en mellemfrekvens i området 1-2 GHz ( L-bånd ), og konvertering til driftsområdet for satellitkommunikation udføres af frekvensomformere installeret på antennen (ofte integreret med modtagelsen ) og sende forstærkere ). Brugen af L-bånds frekvenser i modtage- og sendevejene er generelt accepteret, hvilket sikrer kompatibilitet med forskelligt RF-udstyr på antenner. Der er dog også andre muligheder. Til SCPC-modemmer blev der brugt mellemfrekvenser på 70 og 140 MHz [18] [1] , modemer fra nogle producenter bruger en ikke-standard frekvens til transmission og arbejder kun med sendere specielt lavet til dem [19] [20] .
Til tilslutning af koaksialkabler på satellitmodem anvendes type F -stik (med en karakteristisk impedans på 75 ohm) eller type N (50 ohm). Nogle gange er der SMA -stik .
For at transmittere digitale data over en satellitradiokanal bruges faseskiftnøgle (PSK) eller amplitude-faseskiftnøgle (APSK), nogle gange bruges kvadraturamplitudeskiftnøgle (QAM) [21] . Til fremadrettet fejlgendannelse (FEC), der opstår ved transmission af information gennem en støjende satellitkanal, bruges forskellige korrektionskoder .
SCPC-modemmer bruger DVB-S , DVB-S2 eller turbokodning med modulationer (afhængigt af båndbredde og kanalenergi) fra QPSK til 32APSK eller 32QAM. Den direkte kanal af stjernenetværk bruger DVB-S2-standarden. I moderne satellitmodemmer implementeres DVB-S2X [2] standarden aktivt .
I returkanalerne for stjernenetværk og fuldt tilsluttede mesh-netværk (hubløse), hvor kraften på stationerne er lav, bruges QPSK- og 8PSK-modulationer med LDPC -korrektionskoder eller turbokoder . Til tilstande, der kræver høj støjimmunitet, kan BPSK-modulation [21] bruges .
For hver kombination af modulering og korrektionskode (tilsammen benævnt en "modkode" eller signalkodedesign, CCM) bestemmes minimumsniveauet af signal-til-støj-forhold , ved hvilket information kan modtages med acceptabel pålidelighed ( bitfejl Rate, BER ). Jo højere de anvendte modulationsindekser (antallet af informationsbit transmitteret i en pakke) og redundansen af korrektionskoden, jo højere informationsoverførselshastigheder kan opnås i det samme tildelte frekvensbånd, men jo større er signal-til- støjforhold er påkrævet til datamodtagelse. Dette forhold er beskrevet af Shannons sætning .
I praksis, for at bestemme fejlsandsynligheden, opererer man ikke med et "rent" signal-til-støj-forhold (SNR), men med sådanne karakteristika som bærer-til-støj-forholdet (C/N) eller relateret til C/N og informationshastighedsforhold Eb/N0 (energi pr. 1 bit modtaget information til støjspektraltæthed) og Es/N0 (energi pr. 1 symbol til støjspektraltæthed) [22] . C/N-forholdet afhænger af antenneforstærkningen og forholdene på modtagesiden, satellitenergi og EIRP og forholdene på sendesiden. Valget af kodning og modulering, der muliggør den mest effektive udnyttelse af den tildelte satellitressource, er en kompleks opgave med flere kriterier [8] . I moderne satellitkommunikationssystemer bruges den adaptive kodnings- og moduleringsteknik aktivt , som er en del af DVB-S2-standarden, og giver dig mulighed for dynamisk at ændre de anvendte modkoder afhængigt af parametrene for radiokanalen [2] .
| Satellitforbindelse | |
|---|---|
| Hovedartikler | |
| Udstyr | |
| Standarder og protokoller | |
| Operatører af satellitudsendelser |
|
| Kommunikationssatellitoperatører og -tjenester | |
| Produktion af kommunikationssatellitter | |