航空航天港

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

返回列表
楼主: cmj9808
收起左侧

[专题专项] SpaceX的低轨卫星互联网星座

  [复制链接]
topzdx 发表于 2016-11-20 21:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 topzdx 于 2016-11-20 21:34 编辑

查了下网上相关相控阵卫通论文,动中通 是目前研究热点。天线大小可达到40cm,飞机上利用激光陀螺开环控制相控阵精度也够用(无人机?)
---
转点原理(两篇文章综合的)

   相控阵天线的基本原理是MCU接收到包含通信方向的控制信息后,根据算法计算出各个移相器的相移量,然后通过天线控制器来控制馈电网络完成移相过程。由于移相能够补偿同一信号到达各个不同阵元而产生的时间差,所以此时天线阵的输出同相叠加达到最大。一旦信号方向发生变化,只要通过调整移相器的相移量就可使天线阵波束的最大指向做相应的变化,从而实现波束扫描和跟踪。
    相控阵天线有 线阵天线 和 平面相控阵天线。相控阵天线的关键器件是移相器和天线辐射单元。移相器分连续式移相器和数字式移相器两种。连续式移相器的移相值可在0°~360°范围内连续变化,数字式移相器的移相值是离散的,只能是360×(1/2)^n的整数倍。阵列尺寸由波束宽度最窄时的宽度值和副瓣电平决定。相位分布主要根据波束要求而定。由于单元方向图和阻抗的限制,通常平面相控阵最大扫描范围为±60°的圆锥。
    电扫的缺点就是随着波束的偏转角度增大天线辐射的有效面积急剧减小。因此有些相控阵天线机械和电扫是结合使用的。

不知美国中继卫星是否用的相控阵天线,这种应用较接近SPX的点式通讯(区别在于轨道高度差的太多)。广电卫星主要是面式。
由于中继卫星需要高速率传输数据,而且本身位于35800千米高空的静止轨道,为保证通信质量,卫星天线的波束宽度极其狭窄。以美国的数据中继卫星为例,Ku/Ka波段波束宽仅为0.28度,为了有效跟踪中低轨道用户卫星,自动跟踪精度高达0.06度。
topzdx 发表于 2016-11-20 21:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 topzdx 于 2016-11-20 21:39 编辑

转张微波波段表


转自百度知道
雷达波段代表的是发射的电磁波频率(波长)范围,非相控阵单雷达条件下,高频(短波长)的波段一般定位更准确,但作用范围短;低频(长波)的波段作用范围远,发现目标距离大。
  S波段雷达一般作为中距离的警戒雷达和跟踪雷达。
  X波段雷达一般作为短距离的火控雷达。

  迄今为止对雷达波段的定义有两种截然不同的方式。较老的一种源于二战期间,它基于波长对雷达波段进行划分。它的定义规则如下:
  最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm,这一波段被定义为L波段(英语Long的字头),后来这一波段的中心波长变为22cm。
  当波长为10cm的电磁波被使用后,其波段被定义为S波段(英语Short的字头,意为比原有波长短的电磁波)。
  在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后,3cm波长的电磁波被称为X波段,因为X代表座标上的某点。
  为了结合X波段和S波段的优点,逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达,该波段被称为C波段(C即Compromise,英语“结合”一词的字头)。
  在英国人之后,德国人也开始独立开发自己的雷达,他们选择1.5cm作为自己雷达的中心波长。这一波长的电磁波就被称为K波段(K = Kurtz,德语中“短”的字头)。
  “不幸”的是,德国人以其日尔曼民族特有的“精确性”选择的波长可以被水蒸气强烈吸收。结果这一波段的雷达不能在雨中和有雾的天气使用。战后设计的雷达为了避免这一吸收峰,通常使用比K波段波长略长(Ka,即英语K-above的缩写,意为在K波段之上)和略短(Ku,即英语K-under的缩写,意为在K波段之下)的波段。
  最后,由于最早的雷达使用的是米波,这一波段被称为P波段(P为Previous的缩写,即英语“以往”的字头)。

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册会员

x
cruelworm 发表于 2016-11-21 00:17 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
按照上面网友提出的各种应用,累加起来,根本支撑不了一个4000颗卫星的市场啊。300多万用户,买4000颗卫星,哪怕是800颗,这个通信费用还是太高了
cruelworm 发表于 2016-11-21 00:27 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
另外,一个4g基站总带宽也就几十g,距离不过几百米,这个在几百公里外的单个卫星能达到20g?相当怀疑
joki 发表于 2016-11-21 10:03 | 显示全部楼层
snowtiger 发表于 2016-11-18 17:04
心理战&网络战利器啊,翻墙必备

难不成Musk想吃军费、财政饭不成,那也得看特朗普愿不愿意当这个冤大头。没人上钩如何维持项目经济运转。
另外,其实你想一想心理战有多大用,如果没有墙,就会思想动摇吗? 拆了墙攻出去,谁动摇还不一定呢。
 楼主| cmj9808 发表于 2016-11-21 12:10 | 显示全部楼层
卫星上装有5个光学通讯组件用于星箭数据交换,为什么是奇数个?

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册会员

x
topzdx 发表于 2016-11-21 15:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 topzdx 于 2016-11-22 09:44 编辑
cruelworm 发表于 2016-11-21 00:17
按照上面网友提出的各种应用,累加起来,根本支撑不了一个4000颗卫星的市场啊。300多万用户,买4000颗卫星 ...

300多万用户是估算的较高带宽(同时在线)用户量,要是上网聊天,发个非实时视频 、语音,Email,购物等应用,系统容量可以有10倍用户同时在线。而且人不是一直上网的,比如睡觉、运动、吃饭什么的。系统总人数还会更大。(估算几千万到近1亿的量级)

    如果非洲某些地区不能人手一部手机,将来说不定会有插卡手机(优盘一样的SIM卡),每人只要有一个卡,全村集资有一两部卫星手机就行了,全村人都是(在线热度不高的)用户...
topzdx 发表于 2016-11-21 15:41 | 显示全部楼层
cruelworm 发表于 2016-11-21 00:27
另外,一个4g基站总带宽也就几十g,距离不过几百米,这个在几百公里外的单个卫星能达到20g?相当怀疑

    数据带宽和频率关系很大。看下双频路由,2.4G 的 450M 差不多到顶了,指标较高的路由, 大部分都是 5G 的带宽。
    Ku波段的频率是4G的3倍。

    基站的天线设计是全向的,能量四散。卫通的天线广播的是宽波束,数据通信的是窄波束,能量集中程度没有可比性。

  2010年一位名为Pietrosemoli的科学家带领他的研究小组共同创造的最新世界记录。他们利用价值60美元的Linksys无线路由器,成功地接收到了来自382公里外的速度为3Mbps的数据流。而此前的世界纪录为310公里。
    超过一百公里无线网络的信号就已会被地表挡住,怎么能传输到三百多公里呢?这是由于他们是在委内瑞拉境内的安第斯山脉中挑选了两个山头,分别位于委内瑞拉南部梅里达州和中部瓜理科州。而这两个山头的高度正好可以跨过地表的曲面。 对于SPX的jWIFI星座来说,没有什么地球曲率问题,只要发射功率比家用的WIFI大就可以了。(当然天线的设计,调试有很多门道,一般要和有多年经验的通讯公司合作,不知SPX会否想招一两个大牛内部搞定)

家用 WIFI的全向天线一般也就室内十几米,室外百米量级。
topzdx 发表于 2016-11-21 15:48 | 显示全部楼层
cruelworm 发表于 2016-11-21 00:27
另外,一个4g基站总带宽也就几十g,距离不过几百米,这个在几百公里外的单个卫星能达到20g?相当怀疑

2010年8月28日消息,意大利无线爱好者团体C.I.S.A.R近日创造了一项新的Wi-Fi传输记录,他们使用mini-PCI模块和35dBi的抛物面碟形天线,在5GHz频率下传输了304公里。802.11a的Wi-Fi信号由撒丁岛传送至意大利中部的阿米塔山(Amiata),到达速率为5Mbps。

C.I.S.A.R分别在撒丁岛,和海拔1740米的阿米塔山架设了天线,两点间的传送取得了上述记录。此次传送演示的设备由Ubiquiti赞助,该公司也对自己的产品技术大加夸耀。

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册会员

x
topzdx 发表于 2016-11-21 15:58 | 显示全部楼层
璇瑢子 发表于 2016-11-18 03:21
对美国广大农村还是挺有用的。。

还有就是公交车旅游大巴乃至远程客机提供网络,可能会比4G靠谱一点

等 谷歌、特斯拉 的无人驾驶过关后,车上没有驾驶员了,人在车上想睡就睡,想上网就上网。马一龙 自产一批(或是批发一堆?)相控阵天线每辆车上配一个(动中通),体育大赛的实况就不会在路上错过了......
topzdx 发表于 2016-11-21 18:52 | 显示全部楼层
关于无线电窗口:

  无线电波在地面站与卫星之间传播时,必须穿过大气层,因而会受到电离层中自由电子和离子的吸收,以及对流层中 水蒸气分子等的吸收和散射,从而存在损耗。
频率在100 MHz以下时,宇宙噪声会迅速增加,因此,100 MHz以下频段通常不用于空间通信。在0.3 GHz~10 GHz频段,大气损耗最小,称此频段为“无线电窗口”。30GHz附近,称为“半透明无线电窗口”。
    选择卫星通信频段常需考虑这些“窗口”,如1 GHz~10 GHz最为适宜。在此“窗口”中的C频段就是开发应用较早的卫星通信频段。对于4 GHz~6 GHz频段,因频率较低,降雨损耗不严重,在系统设计时通常留5 dB~6 dB的功率损耗余量。
    与C频段相比,Ku频段的电波传播易受暴雨、浓云、密雾的影响。对11 GHz~14 GHz频段,由于降雨损耗较大,一般要有10 dB左右的功率损耗余量。但此频段具有不需要与地面微波通信协调、卫星EIRP基本不受限制、同等工作条件下天线口径较小及天线波束窄等优点,也得到了较广泛的应用。
    在Ka频段,降雨的影响也比较严重,但它包含了一个“半透明无线电窗口”,得到越来越多研究和开发。
yezishu 发表于 2016-11-21 21:09 | 显示全部楼层
cruelworm 发表于 2016-11-21 00:27
另外,一个4g基站总带宽也就几十g,距离不过几百米,这个在几百公里外的单个卫星能达到20g?相当怀疑

现在ka波段的同步通信卫星在三万五千公里之外,拿来上网的总带宽都是100Gbps级别的。
一千两百公里LEO轨道的信号强度大差不多九百倍,搞20g不是什么大问题...

另外,即使是4g基站,实验的时候也搞出过野外几十公里覆盖,上个外接天线就很不一样了....
joki 发表于 2016-11-22 16:35 | 显示全部楼层
topzdx 发表于 2016-11-21 15:58
等 谷歌、特斯拉 的无人驾驶过关后,车上没有驾驶员了,人在车上想睡就睡,想上网就上网。马一龙 自产一 ...

这倒是,可以作为特斯拉高配网络套装。。。
 楼主| cmj9808 发表于 2016-11-23 20:14 | 显示全部楼层
cmj9808 发表于 2016-11-21 12:10
卫星上装有5个光学通讯组件用于星箭数据交换,为什么是奇数个?

一个脑洞大开的想法。多出来的第五个光学窗口是朝向太空的,SpX的这个系统在为地球上的用户提供网络的同时,也是一个分布式的深空网DSN,与SpX计划中的火星飞船和火星殖民地进行光学通讯,并把殖民者整合进现有的网络之中。
liyue1997b 发表于 2016-11-24 11:14 | 显示全部楼层
cruelworm 发表于 2016-11-21 00:17
按照上面网友提出的各种应用,累加起来,根本支撑不了一个4000颗卫星的市场啊。300多万用户,买4000颗卫星 ...

马一龙这个搞起来,需求绝对是有的
    a. 所有的飞机,都可以通过这个提供上网服务,一个锅,全飞机人浏览网页没问题
    b. 所有轮船,同上
    c. 海岛
    d. 低人口密度地区(手机基站不合算)
    e. 发达程度低的国家(电信设备不完善,但其中的富人还是有上网需求,通过网吧模式也可以分摊成本)
    f.  高档小汽车、旅游巴士
    g. 军事用途
hkhtg090201 发表于 2016-11-25 15:21 | 显示全部楼层
本帖最后由 hkhtg090201 于 2016-11-25 15:29 编辑

这是个关于 接收天线(碟) 的问题吗,E文,太麻烦。
http://tmfassociates.com/blog/2016/11/22/what-about-the-dish/
 楼主| cmj9808 发表于 2016-11-25 18:49 | 显示全部楼层
hkhtg090201 发表于 2016-11-25 15:21
这是个关于 接收天线(碟) 的问题吗,E文,太麻烦。
http://tmfassociates.com/blog/2016/11/22/what-abo ...

是的,不过作者搞混了,FCC公开的技术文件上写明是FSS相关,所以带宽是地面站的天线而非个人终端,不能和Oneweb的终端直接比较。
Flying_Pencil 发表于 2016-11-29 19:05 | 显示全部楼层
hkhtg090201 发表于 2016-11-25 15:21
这是个关于 接收天线(碟) 的问题吗,E文,太麻烦。
http://tmfassociates.com/blog/2016/11/22/what-abo ...

近段时间各种媒体都在报道SpaceX向FCC申请建造4,425颗LEO卫星星座的事情,但迄今SpaceX还未为该计划给出详细、有说服力的解释和分析,其向FCC提交的技术和法律文档中缺乏许多重要内容。

比如,SpaceX给FCC的申请中没有谈及用户终端的天线尺寸,但从其向FCC 保证“SpaceX卫星星座下的地球站采用窄波束天线,天线将具有很强的方向性,支持强大的边带抑制”可以推断,其设计的用户终端天线口径应该比较大,终端的造价应该不会低。

更重要的是,其递交的技术文档(Schedule S)中阐述,每颗SpaceX卫星有8个Ku-band用户下行波束,每个波束的带宽为250MHz,因此每颗卫星共有2GHz的用户下行带宽;此2GHz带宽按设计需要支持17-23Gbps的下行容量,这意味SpaceX要求用户下行链路的Bit/Hz效率为8.5~11.5bps/Hz,这只有较大口径的天线才能做得到。

做个比较,OneWeb的每颗卫星有4GHz的用户波束下行带宽,经业内专家分析,在OneWeb星座下30cm口径的天线能获得0.55bps/Hz的下行效率(70cm的天线能获得2.73bps/Hz),OneWeb是每颗卫星两倍于SpaceX的下行带宽,但只获得一半的通信容量。

这是因为OneWeb计划采用小口径、低成本(因此效率偏低)终端用于在发展中国家开展基站回传应用,或者是为农村地区的家庭和小型企业提供互联网接入服务。相比之下,SpaceX似乎倾向于采用口径较大、价格较高的用户终端,似乎举动有点象O3b,要用10万美元或更高价格的终端天线、用数百Mbps的容量将大型游轮(甚至太平洋上的一个岛屿)连接到互联网。这被O3b证明的好市场,是否能给投资达100亿美金的SpaceX星座带来足够的收入,目前很难让人看清楚。

与OneWeb相比,SpaceX试图通过采用高度聚焦的关口站波束、用户波束来提高效率。其技术文档(Technical Annex 1-13)阐述一个用户下行波束的覆盖区域为“一个直径为45公里的六边形单元”,一颗卫星只有8个用户下行波束,因此一颗卫星的覆盖区域很有限。一个45公里直径的六边形面积为1315平方公里(如果是直径为45公里的一个圆,其面积为1590平方公里)。就说一个单元面积为1590平方公里,美国大陆800万平方公里的国土面积需要5,000多个这样的单元来覆盖。而SpaceX在技术附件(Technical Annex 2-7)中又说到,即使整个星座完全部署,也只有340颗卫星能覆盖仰角不少于40度的地方,这意味着将来即使星座完全部署,任何时刻也只有大约一半的美国国土被星座覆盖;在初期1,600颗卫星部署的时候,只有约30%的美国国土能被覆盖到。

总之,如上面分析,除非使用较大口径、价格较高的终端天线,否则SpaceX每颗卫星无法实现“高容量”,要达到“全球覆盖”也不可信。如果相控阵天线不能做得很小,用户终端的“低成本”和“易用性”不可能实现。

另外,SpaceX的每颗卫星重386公斤,要部署整个星座的成本也不会低。发射低轨道卫星、载重量为54.4吨的猎鹰重型火箭成本为9千万美元,而总共4,425颗卫星至少需要32次猎鹰重型火箭的发射(如果每个火箭不能搭载140颗卫星,则需要更多次的火箭发射),这需要28亿美元或更多的经费。

SpaceX设计使用可控窄波束目的之一似乎是为了支持FCC的干扰避免要求“使用任何可以协调的手段来实现频谱共享,以避免干扰事件;或者在无法达成协议的情况下进行频率分隔”,SpaceX实际上是OneWeb出难题,因为OneWeb要提供连续的广域覆盖(而不是定向服务),因此OneWeb可能被迫停用部分频谱,从而损失一半通信容量。

OneWeb据报道在融资方面取得继续进展,所以Elon Musk对其竞争对手出招就不足为奇。由于上面提到的星座设计问题,以及SpaceX积压已久的卫星发射等其它更为紧迫、急待处理的事件,令人怀疑SpaceX是否真的已为投资数十亿美元的星座做过科学的系统设计和商业规划。

评分

参与人数 1火箭 +1 收起 理由
hkhtg090201 + 1 感谢科普,受益非浅!

查看全部评分

回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

hooyimhome 发表于 2016-11-29 21:26 | 显示全部楼层
Flying_Pencil 发表于 2016-11-29 19:05
近段时间各种媒体都在报道SpaceX向FCC申请建造4,425颗LEO卫星星座的事情,但迄今SpaceX还未为该计划给出 ...

有理有据,本坛应有的水平!
感谢科普!
dwy 发表于 2016-11-29 21:47 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
Flying_Pencil 发表于 2016-11-29 19:05
近段时间各种媒体都在报道SpaceX向FCC申请建造4,425颗LEO卫星星座的事情,但迄今SpaceX还未为该计划给出 ...

你是说马一龙这件事考虑不周,很难有效益?老马还指望这个项目挣钱给登火筹集经费呢,就这么不靠谱吗,不是说他们分析过吗?shotwell都说分析了,如果不能采用小口径容易安装的终端,就无法和现有服务商竞争,不是说明他们有解决办法了吗,拭目以待,看看到底是什么样的解决方法,是否能降到他们期望的程度。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则

QQ|申请友链|旗下论坛|小黑屋|手机版|航空航天港 ( 豫ICP备12024513号 )

GMT+8, 2017-11-20 14:00 , Processed in 0.426850 second(s), 21 queries , Gzip On.

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表