Internetuppkoppling via satellit

Internetåtkomst via satellit är internetåtkomst som tillhandahålls via kommunikationssatelliter . Moderna satellitinternettjänster i konsumentklass tillhandahålls vanligtvis till enskilda användare genom geostationära satelliter som kan erbjuda relativt höga datahastigheter, med nyare satelliter som använder Ku - bandet för att uppnå nedströmsdatahastigheter upp till 506 Mbit/s . Dessutom utvecklas nya satellitinternetkonstellationer i låg omloppsbana om jorden för att möjliggöra internetåtkomst med låg latens från rymden.

Historia

Efter uppskjutningen av den första satelliten, Sputnik 1 , av Sovjetunionen i oktober 1957, lanserade USA framgångsrikt Explorer 1 -satelliten 1958. Den första kommersiella kommunikationssatelliten var Telstar 1 , byggd av Bell Labs och uppskjuten i juli 1962.

Idén om en geosynkron satellit – en som kunde kretsa runt jorden ovanför ekvatorn och förbli fixerad genom att följa jordens rotation – föreslogs först av Herman Potočnik 1928 och populariserades av science fiction-författaren Arthur C. Clarke i en artikel i Wireless World 1945. Den första satelliten som framgångsrikt nådde geostationär omloppsbana var Syncom3 , byggd av Hughes Aircraft för NASA och lanserades den 19 augusti 1963. Efterföljande generationer av kommunikationssatelliter med större kapacitet och förbättrade prestandaegenskaper antogs för användning i TV-leveranser, militära applikationer och telekommunikationsändamål. Efter uppfinningen av Internet och World Wide Web väckte geostationära satelliter intresse som ett potentiellt sätt att tillhandahålla Internetåtkomst.

En betydande möjligör för satellitlevererat Internet har varit att öppna upp Ka - bandet för satelliter. I december 1993 ansökte Hughes Aircraft Co. till Federal Communications Commission om en licens för att skjuta upp den första Ka -bandsatelliten , Spaceway . 1995 utfärdade FCC en uppmaning till fler Ka- bandsatellitapplikationer , vilket lockade ansökningar från 15 företag. Bland dessa var EchoStar , Lockheed Martin , GE-Americom , Motorola och KaStar Satellite, som senare blev WildBlue .

Bland framstående aspiranter i den tidiga satellitsektorn för internet var Teledesic , ett ambitiöst och slutligen misslyckat projekt som delvis finansierades av Microsoft och som slutade kosta mer än 9 miljarder dollar. Teledesics idé var att skapa en bredbandssatellitkonstellation av hundratals lågomloppssatelliter i Ka- bandsfrekvensen , vilket ger billig internetåtkomst med nedladdningshastigheter på upp till 720 Mbit/s . Projektet övergavs 2003. Teledesics misslyckande, i kombination med konkursansökan från satellitkommunikationsleverantörerna Iridium Communications Inc. och Globalstar , dämpade marknadsentusiasmen för utveckling av satellitinternet. Den första internetförberedda satelliten för konsumenter lanserades i september 2003.

2004, med lanseringen av Anik F2 , den första satelliten med hög genomströmning , togs en klass av nästa generations satelliter med förbättrad kapacitet och bandbredd i drift. På senare tid har satelliter med hög genomströmning som ViaSats ViaSat-1-satellit 2011 och HughesNets Jupiter 2012 uppnått ytterligare förbättringar, och höjt nedströms datahastigheter från 1–3 Mbit/s upp till 12–15 Mbit/s och längre. Internettjänster kopplade till dessa satelliter riktar sig till stor del till invånare på landsbygden som ett alternativ till Internettjänster via uppringd, ADSL eller klassiska FSS .

lanserades de första fyra satelliterna i O3b -konstellationen i medelhög jordomloppsbana (MEO) för att ge internetåtkomst till "andra tre miljarder" människor utan stabil internetåtkomst vid den tiden. Under de kommande sex åren anslöt sig ytterligare 16 satelliter till konstellationen, som nu ägs och drivs av SES .

Sedan 2014 har ett ökande antal företag meddelat att de arbetar med internetåtkomst med hjälp av satellitkonstellationer i låg omloppsbana om jorden . SpaceX , OneWeb och Amazon planerar alla att skjuta upp mer än 1000 satelliter vardera. OneWeb enbart samlade in 1,7 miljarder dollar i februari 2017 för projektet, och SpaceX samlade in över en miljard enbart under första halvåret 2019 för deras tjänst som heter Starlink och förväntade sig mer än 30 miljarder dollar i intäkter till 2025 från sin satellitkonstellation. Många planerade konstellationer använder laserkommunikation för inter-satellitlänkar för att effektivt skapa ett rymdbaserat internetstomme .

I september 2017 tillkännagav SES nästa generation av O3b-satelliter och tjänster, med namnet O3b mPOWER . Konstellationen av 11 MEO -satelliter kommer att leverera 10 terabits kapacitet globalt genom 30 000 spot beams för bredbandsinternettjänster. De två första O3b mPOWER-satelliterna lanserades i december 2022, med nio fler planerade för utplacering 2023-2024 och den första servicestarten förväntas under tredje kvartalet 2023.

Från och med 2017 har flygbolag som Delta och American introducerat satellitinternet som ett sätt att bekämpa begränsad bandbredd på flygplan och erbjuda passagerare användbara internethastigheter.

WildBlue parabolantenn för Internet på sidan av ett hus

Företag och marknad

Förenta staterna

Företag som tillhandahåller internettjänster för hemmet i USA inkluderar ViaSat , genom sitt varumärke Exede , EchoStar , genom dotterbolaget HughesNet och Starlink .

Storbritannien

I Storbritannien inkluderar företag som tillhandahåller tillgång till satellit via Internet Konnect, Broadband Everywhere och Freedomsat.

Fungera

Hur satellitinternet fungerar.

Satellitinternet förlitar sig generellt på tre primära komponenter: en satellit – historiskt i geostationär omloppsbana (eller GEO) men nu i allt större omloppsbana (LEO) eller Medium Earth orbit MEO) – ett antal markstationer kända som gateways som vidarebefordrar internetdata till och från satelliten via radiovågor ( mikrovåg ), och ytterligare markstationer för att betjäna varje abonnent, med en liten antenn och transceiver . Andra komponenter i ett satellit-internetsystem inkluderar ett modem i användaränden som länkar användarens nätverk med transceivern, och en centraliserad nätverksoperationscentral (NOC) för övervakning av hela systemet. Satelliten arbetar tillsammans med en bredbandsgateway och driver en Star-nätverkstopologi där all nätverkskommunikation passerar genom nätverkets navprocessor, som är i mitten av stjärnan. Med denna konfiguration är antalet markstationer som kan anslutas till navet praktiskt taget obegränsat.

Satellit

Marknadsförd som centrum för de nya bredbandssatellitnäten är en ny generation kraftfulla GEO-satelliter placerade 35 786 kilometer (22 236 mi) ovanför ekvatorn, som arbetar i Ka-bandsläge (18,3–30 GHz ) . Dessa nya specialbyggda satelliter är designade och optimerade för bredbandstillämpningar och använder många smala strålar som riktar sig mot ett mycket mindre område än de breda strålarna som användes av tidigare kommunikationssatelliter. Denna spot beam-teknik gör att satelliter kan återanvända tilldelad bandbredd flera gånger, vilket kan göra det möjligt för dem att uppnå mycket högre total kapacitet än konventionella bredstrålesatelliter. Punktstrålarna kan också öka prestanda och följdkapacitet genom att fokusera mer kraft och ökad mottagarkänslighet i definierade koncentrerade områden. Punktstrålar betecknas som en av två typer: abonnentfläckstrålar, som sänder till och från terminalen på abonnentsidan, och gateway-fläckstrålar, som sänder till/från en tjänsteleverantörs markstation. Observera att om du tar bort det snäva fotavtrycket från en spotbeam kan det försämra prestandan avsevärt. Spotbeams kan också omöjliggöra användningen av andra betydande nya teknologier, inklusive "Carrier in Carrier "-modulering.

Tillsammans med satellitens spot-beam-teknik har en böjd pipe- arkitektur traditionellt använts i nätverket där satelliten fungerar som en bro i rymden som förbinder två kommunikationspunkter på marken. Termen "böjt rör" används för att beskriva formen på datavägen mellan sändande och mottagande antenner, med satelliten placerad vid krökningspunkten. Enkelt uttryckt är satellitens roll i detta nätverksarrangemang att vidarebefordra signaler från slutanvändarens terminal till ISP:s gateways och tillbaka igen utan att bearbeta signalen på satelliten. Satelliten tar emot, förstärker och omdirigerar en bärvåg på en specifik radiofrekvens genom en signalväg som kallas en transponder.

Vissa satellitkonstellationer i LEO som Starlink och den föreslagna Telesat- konstellationen kommer att använda laserkommunikationsutrustning för optiska intersatellitlänkar med hög genomströmning. De sammankopplade satelliterna möjliggör direkt dirigering av användardata från satellit till satellit och skapar effektivt ett rymdbaserat optiskt mesh-nätverk som möjliggör sömlös nätverkshantering och kontinuitet i tjänsten.

Satelliten har sin egen uppsättning antenner för att ta emot kommunikationssignaler från jorden och för att sända signaler till sin målplats. Dessa antenner och transpondrar är en del av satellitens "nyttolast", som är designad för att ta emot och sända signaler till och från olika platser på jorden. Det som möjliggör denna sändning och mottagning i nyttolasttranspondrarna är ett repeater-undersystem (RF (radiofrekvens)-utrustning) som används för att ändra frekvenser, filtrera, separera, förstärka och gruppera signaler innan de dirigeras till deras destinationsadress på jorden. Satellitens mottagningsantenn med hög förstärkning skickar sända data till transpondern som filtrerar, översätter och förstärker dem och omdirigerar dem sedan till sändningsantennen ombord. Signalen dirigeras sedan till en specifik markplats genom en kanal som kallas bärvåg. Förutom nyttolasten kallas den andra huvudkomponenten i en kommunikationssatellit bussen, som omfattar all utrustning som krävs för att flytta satelliten på plats, försörja ström, reglera utrustningstemperaturer, tillhandahålla hälso- och spårningsinformation och utföra många andra operativa uppgifter.

Gateways

Tillsammans med dramatiska framsteg inom satellitteknologi under det senaste decenniet har markutrustning utvecklats på liknande sätt, gynnats av högre integrationsnivåer och ökad processorkraft, vilket utökar både kapacitets- och prestandagränser. Gateway – eller Gateway Earth Station (dess fullständiga namn) – kallas också för markstation, teleport eller nav . Termen används ibland för att bara beskriva antenndelen, eller så kan den hänvisa till hela systemet med alla tillhörande komponenter. Kort sagt tar gatewayen emot radiovågssignaler från satelliten på den sista etappen av retur- eller uppströmsnyttolasten, och bär begäran som kommer från slutanvändarens webbplats. Satellitmodemet vid gatewayplatsen demodulerar den inkommande signalen från utomhusantennen till IP-paket och skickar paketen till det lokala nätverket. Accessserver/gateways hanterar trafik som transporteras till/från Internet. När den initiala begäran har behandlats av gatewayens servrar, skickats till och returnerats från Internet, skickas den begärda informationen tillbaka som en framåt- eller nedströmsnyttolast till slutanvändaren via satelliten, som dirigerar signalen till abonnentterminalen. Varje gateway tillhandahåller anslutningen till Internet-stamnätet för de gateway-lober som den betjänar. Systemet av gateways som omfattar satellitjordsystemet tillhandahåller alla nätverkstjänster för satellit och motsvarande markbunden anslutning. Varje gateway tillhandahåller ett multitjänstaccessnät för abonnentterminalanslutningar till Internet. I det kontinentala USA, eftersom det är norr om ekvatorn, måste alla gateway- och abonnentantenner ha fri sikt över den södra himlen. På grund av satellitens geostationära omloppsbana kan gateway-antennen förbli riktad mot en fast position.

Antennfat och modem

För att den av kunden tillhandahållna utrustningen (dvs. PC och router) ska få tillgång till bredbandsatellitnätet måste kunden ha ytterligare fysiska komponenter installerade:

Utomhusenhet (ODU)

Längst ut på utomhusenheten finns vanligtvis en liten (2–3 fot, 60–90 cm diameter), reflekterande radioantenn av paraboltyp. VSAT-antennen måste också ha fri sikt mot himlen för att möjliggöra korrekt siktlinje (LOS) till satelliten. Det finns fyra fysiska karakteristiska inställningar som används för att säkerställa att antennen är korrekt konfigurerad vid satelliten, vilka är: azimut , elevation, polarisation och skew . Kombinationen av dessa inställningar ger utomhusenheten en LOS till den valda satelliten och möjliggör dataöverföring. Dessa parametrar ställs vanligtvis in vid den tidpunkt då utrustningen installeras, tillsammans med en stråltilldelning ( endast Ka-band) ; dessa steg måste alla vidtas innan den faktiska aktiveringen av tjänsten. Sändnings- och mottagningskomponenter är vanligtvis monterade vid antennens brännpunkt som tar emot/sänder data från/till satelliten. Huvuddelarna är:

  • Matning – Denna enhet är en del av VSAT-mottagnings- och sändningskedjan, som består av flera komponenter med olika funktioner, inklusive matarhornet på framsidan av enheten, som liknar en tratt och har till uppgift att fokusera satellitmikrovågssignalerna över diskreflektorns yta. Matarhornet både tar emot signaler som reflekteras från skålens yta och sänder utgående signaler tillbaka till satelliten.
  • Block upconverter (BUC) – Den här enheten sitter bakom matarhornet och kan vara en del av samma enhet, men en större (högre watt) BUC kan vara en separat del fäst vid antennens bas. Dess uppgift är att omvandla signalen från modemet till en högre frekvens och förstärka den innan den reflekteras från parabolen och mot satelliten.
  • Low-noise block downconverter (LNB) – Detta är terminalens mottagande element. LNB:s uppgift är att förstärka den mottagna satellitradiosignalen som studsar från skålen och filtrera bort bruset, vilket är vilken signal som helst som inte bär giltig information. LNB:n skickar den förstärkta, filtrerade signalen till satellitmodemet där användaren befinner sig.

Inomhusenhet (IDU)

Satellitmodemet fungerar som ett gränssnitt mellan utomhusenheten och kundtillhandahållen utrustning (dvs. PC, router) och styr satellitsändning och mottagning . Från den sändande enheten (dator, router, etc.) tar den emot en inmatad bitström och omvandlar eller modulerar den till radiovågor, vilket vänder den ordningen för inkommande sändningar, vilket kallas demodulering . Det ger två typer av anslutningar:

  • Koaxialkabel (COAX) anslutning till satellitantennen. Kabeln som bär elektromagnetiska satellitsignaler mellan modemet och antennen är i allmänhet begränsad till att vara högst 150 fot lång.
  • Ethernet- anslutning till datorn, transporterar kundens datapaket till och från innehållsservrarna på Internet.

Satellitmodem av konsumentkvalitet använder vanligtvis antingen DOCSIS- eller WiMAX -telekommunikationsstandarden för att kommunicera med den tilldelade gatewayen.

Utmaningar och begränsningar

Signallatens

Latens (vanligen kallad "pingtid") är fördröjningen mellan att begära data och mottagandet av ett svar, eller i fallet med envägskommunikation, mellan det faktiska ögonblicket för en signals sändning och den tidpunkt då den tas emot vid dess destination.

En radiosignal tar cirka 120 millisekunder att nå en geostationär satellit och sedan 120 millisekunder att nå markstationen, alltså nästan 1/4 av en sekund totalt. Normalt, under perfekta förhållanden, står fysiken som är involverad i satellitkommunikation för ungefär 550 millisekunders fördröjning tur och retur.

Den längre fördröjningen är den primära skillnaden mellan ett vanligt markbaserat nätverk och ett geostationärt satellitbaserat nätverk. Rundturslatensen för ett geostationärt satellitkommunikationsnätverk kan vara mer än 12 gånger högre än för ett markbaserat nätverk.

Satellitlatens kan vara skadligt för särskilt tidskänsliga applikationer som onlinespel (även om det bara allvarligt påverkar sådana som first-person shooters medan många MMOGs kan fungera bra över satellitinternet), men IPTV är vanligtvis en simplexoperation (en överföring) och latens är inte en kritisk faktor för videoöverföring.

Effekterna av denna fördröjning kan mildras genom att använda datakomprimering, TCP-acceleration och HTTP-förhämtning.

Geostationära banor

En geostationär bana (eller geostationär jordbana/GEO) är en geosynkron bana direkt ovanför jordens ekvator (0° latitud), med en period lika med jordens rotationsperiod och en orbital excentricitet på ungefär noll (dvs en "cirkulär bana") . Ett föremål i en geostationär bana verkar orörlig, på en fast position på himlen, för markobservatörer. Launchers placerar ofta kommunikationssatelliter och vädersatelliter i geostationära omloppsbanor, så att satellitantennerna som kommunicerar med dem inte behöver röra sig för att spåra dem, utan kan peka permanent på den position på himlen där satelliterna vistas. På grund av den konstanta 0°-latituden och cirkulariteten hos geostationära banor, skiljer sig satelliter i GEO i position endast genom longitud.

Jämfört med markbaserad kommunikation upplever all geostationär satellitkommunikation högre latens på grund av att signalen måste färdas 35 786 km (22 236 mi) till en satellit i geostationär omloppsbana och tillbaka till jorden igen. Även vid ljusets hastighet (cirka 300 000 km/s eller 186 000 miles per sekund) kan denna fördröjning verka betydande. Om alla andra signaleringsförseningar kunde elimineras, tar det fortfarande en radiosignal cirka 250 millisekunder (ms), eller cirka en kvarts sekund, att färdas till satelliten och tillbaka till marken. Den absolut minsta totala mängden fördröjning varierar beroende på att satelliten stannar på ett ställe på himlen, medan markbaserade användare kan vara direkt under (med en tur och retur latens på 239,6 ms), eller långt borta från planeten nära planeten. horisont (med en tur och retur latens på 279,0 ms).

För ett Internetpaket fördubblas den fördröjningen innan ett svar tas emot. Det är det teoretiska minimumet. Att ta hänsyn till andra normala fördröjningar från nätverkskällor ger en typisk enkelriktad anslutningslatens på 500–700 ms från användaren till Internetleverantören, eller cirka 1 000–1 400 ms latens för den totala tur och returtiden (RTT) tillbaka till användaren. Detta är mer än de flesta uppringda användare upplever med en total latens på 150–200 ms, och mycket högre än den typiska latens på 15–40 ms som användare av andra höghastighetsinternettjänster, som kabel eller VDSL , upplever .

För geostationära satelliter finns det inget sätt att eliminera latens, men problemet kan mildras något i internetkommunikation med TCP-accelerationsfunktioner som förkortar den skenbara tur och returtiden (RTT) per paket genom att dela ("spoofing") återkopplingsslingan mellan avsändare och mottagare. Vissa accelerationsfunktioner finns ofta i den senaste teknikutvecklingen inbäddad i satellitinternetutrustning.

Latens påverkar också initieringen av säkra Internetanslutningar som SSL som kräver utbyte av många databitar mellan webbserver och webbklient. Även om dessa bitar av data är små, producerar de många rundresorna som är involverade i handskakningen långa förseningar jämfört med andra former av internetuppkoppling, vilket dokumenterades av Stephen T. Cobb i en rapport från 2011 publicerad av Rural Mobile and Broadband Alliance. Denna irritation sträcker sig till att mata in och redigera data med hjälp av vissa Software as a Service- eller SaaS -applikationer såväl som i andra former av onlinearbete.

Funktioner som live interaktiv åtkomst till en avlägsen dator – som virtuella privata nätverk kan påverkas av den höga latensen. Många TCP-protokoll har inte utformats för att fungera i miljöer med hög latens.

Medium och låg jordbana

Satellitkonstellationer för Medium Earth orbit (MEO) och Low Earth orbit (LEO) har inte så långa fördröjningar, eftersom satelliterna är närmare marken. Till exempel:

  • De nuvarande LEO-konstellationerna av Globalstar- och Iridium -satelliterna har förseningar på mindre än 40 ms tur och retur, men deras genomströmning är mindre än bredband med 64 kbit/s per kanal. Konstellationen Globalstar kretsar 1 420 km över jorden och Iridium kretsar på 670 km höjd.
  • O3b - konstellationen kretsar vid 8 062 km, med RTT-latens på cirka 125 ms. Nätverket är också designat för mycket högre genomströmning med länkar långt över 1 Gbit/s (Gigabits per sekund). Den kommande O3b mPOWER -konstellationen delar samma omloppsbana och kommer att leverera från 50 Mbps till flera gigabits per sekund till en enda användare.
  • Starlink - satelliterna kretsar på 550 km höjd, med en genomsnittlig RTT-latens på 45 ms 2021. Latensen för Starlink-nätverket är 1,8 ms till 22,8 ms mer än latensen för markbundna nät enligt en mätningsstudie utförd i Metro Vancouver-området .

Till skillnad från geostationära satelliter, stannar inte LEO- och MEO-satelliter i en fast position på himlen och från lägre höjd kan de "se" ett mindre område av jorden, och därför kräver kontinuerlig utbredd åtkomst en konstellation av många satelliter (låg-jorden) banor som behöver fler satelliter än medelstora jordbanor) med komplex konstellationshantering för att växla dataöverföring mellan satelliter och behålla anslutningen till en kund, och spårning av markstationerna.

MEO-satelliter kräver högre kraftöverföringar än LEO för att uppnå samma signalstyrka vid markstationen, men deras högre höjd ger också mindre orbital överbeläggning, och deras långsammare omloppshastighet minskar både Dopplerskifte och storleken och komplexiteten på konstellationen som krävs.

Spårning av de rörliga satelliterna utförs vanligtvis på ett av tre sätt, med hjälp av:

  • mer diffusa eller helt rundstrålande markantenner som kan kommunicera med en eller flera satelliter som är synliga på himlen samtidigt, men med betydligt högre sändningseffekt än fasta geostationära parabolantenner (på grund av den lägre förstärkningen), och med mycket sämre signal-till -brusförhållanden för att ta emot signalen
  • motoriserade antennfästen med högförstärkning, smalstrålande antenner som spårar individuella satelliter
  • fasstyrda array- antenner som kan styra strålen elektroniskt, tillsammans med mjukvara som kan förutsäga vägen för varje satellit i konstellationen.

I maj 2022 använde den kazakstanska mobilnätsoperatören Kcell och satellitägaren och operatören SES SES :s O3b MEO - satellitkonstellation för att visa att MEO-satelliter kunde användas för att tillhandahålla höghastighetsmobilt internet till avlägsna regioner i Kazakstan för tillförlitliga videosamtal, konferenser och streaming och webbsurfning med fem gånger lägre latens än på den befintliga plattformen baserad på geostationära satelliter.

Ultralätta atmosfäriska flygplan som satelliter

Ett föreslaget alternativ till reläsatelliter är ett flygplan för specialändamål med höghöjdsplattformsstationer, som skulle flyga längs en cirkulär bana ovanför en fast markplats, som fungerar under autonom datorkontroll på en höjd av cirka 20 000 meter.

Till exempel planerade United States Defense Advanced Research Projects Agency Vulture-projektet ett ultralätt flygplan som kunde hålla stationer över ett fast område under en period på upp till fem år, och som kunde tillhandahålla både kontinuerlig övervakning av marktillgångar och service kommunikationsnätverk med extremt låg latens. Det här projektet avbröts [ av vem? ] 2012 innan den togs i drift. [ citat behövs ]

Batterier ombord skulle laddas under dagsljus genom solpaneler som täckte vingarna och skulle ge ström till planet under natten. Markbaserade satellit-internetskålar skulle vidarebefordra signaler till och från flygplanet, vilket resulterade i en kraftigt reducerad tur och retur signalfördröjning på endast 0,25 millisekunder. Planen skulle potentiellt kunna köra under långa perioder utan att tanka. Flera sådana system som involverar olika typer av flygplan har föreslagits tidigare.

Interferens

En hopfällbar Bigpond satellit internet parabol

Satellitkommunikationen påverkas av fukt och olika former av nederbörd (som regn eller snö) i signalvägen mellan slutanvändare eller markstationer och den satellit som används. Denna interferens med signalen är känd som rain fade . Effekterna är mindre uttalade på de lägre frekvensbanden 'L' och 'C', men kan bli ganska allvarliga på de högre frekvensbanden 'Ku' och 'Ka'. För satellitinternettjänster i tropiska områden med kraftigt regn är det populärt att använda C-bandet (4/6 GHz) med en cirkulär polarisationssatellit. Satellitkommunikation på Ka- bandet (19/29 GHz) kan använda speciella tekniker som stora regnmarginaler , adaptiv upplänkseffektkontroll och reducerade bithastigheter under nederbörd.

Regnmarginaler är de extra kommunikationslänkkraven som krävs för att ta hänsyn till signalförsämringar på grund av fukt och nederbörd, och är av akut betydelse för alla system som arbetar vid frekvenser över 10 GHz.

Mängden tid under vilken tjänsten går förlorad kan reduceras genom att öka storleken på satellitkommunikationsskålen för att samla mer av satellitsignalen på nedlänken och även för att ge en starkare signal på upplänken. Med andra ord är att öka antennförstärkningen genom användning av en större parabolisk reflektor ett sätt att öka den totala kanalförstärkningen och följaktligen signal-brusförhållandet (S/N), vilket möjliggör större signalförlust på grund av regn. tona utan att S/N-förhållandet sjunker under dess lägsta tröskelvärde för framgångsrik kommunikation.

Moderna parabolantenner av konsumentkvalitet tenderar att vara ganska små, vilket minskar regnmarginalen eller ökar den erforderliga nedlänkseffekten och kostnaden för satelliten. Det är dock ofta mer ekonomiskt att bygga en dyrare satellit och mindre, billigare konsumentantenner än att öka storleken på konsumentantennerna för att minska satellitkostnaden.

Stora kommersiella tallrikar med 3,7 m till 13 m diameter kan användas för att uppnå ökade regnmarginaler och även för att minska kostnaden per bit genom att möjliggöra effektivare moduleringskoder. Alternativt kan antenner med större bländare kräva mindre ström från satelliten för att uppnå acceptabel prestanda. Satelliter använder vanligtvis solcellsenergi , så det finns ingen kostnad för själva energin, men en kraftfullare satellit kommer att kräva större, kraftfullare solpaneler och elektronik, ofta inklusive en större sändarantenn. De större satellitkomponenterna ökar inte bara materialkostnaderna utan ökar också vikten på satelliten, och i allmänhet är kostnaden för att skjuta upp en satellit i en omloppsbana direkt proportionell mot dess vikt. (Dessutom, eftersom satellituppskjutningsfordon [dvs. raketer] har specifika laststorleksgränser, kan för att göra delar av satelliten större kräva antingen mer komplexa vikmekanismer för delar av satelliten som solpaneler och högförstärkningsantenner, eller uppgradering till en mer dyr bärraket som klarar en större nyttolast.)

Modulerade bärare kan förändras dynamiskt som svar på regnproblem eller andra länknedsättningar med hjälp av en process som kallas adaptiv kodning och modulering, eller "ACM". ACM tillåter att bithastigheterna ökas avsevärt under normala förhållanden med klar himmel, vilket ökar antalet bitar per Hz som sänds, och därmed minskar den totala kostnaden per bit. Adaptiv kodning kräver någon form av retur- eller återkopplingskanal som kan vara via alla tillgängliga medel, satellit eller markbunden.

Synlinje

Fresnel zon. D är avståndet mellan sändaren och mottagaren, r är radien för Fresnel-zonen.

Två objekt sägs vara inom siktlinjen om en rät linje mellan objekten kan kopplas ihop utan störningar, till exempel ett berg. Ett föremål bortom horisonten är under siktlinjen och kan därför vara svårt att kommunicera med.

Normalt krävs en helt fri sikt mellan parabolen och satelliten för att systemet ska fungera optimalt. Förutom att signalen är känslig för absorption och spridning av fukt, påverkas signalen på liknande sätt av närvaron av träd och annan vegetation i signalens väg. När radiofrekvensen minskar, till under 900 MHz, ökar penetrationen genom vegetation, men de flesta satellitkommunikationer fungerar över 2 GHz vilket gör dem känsliga för även mindre hinder som trädlövverk. En diskinstallation på vintern måste ta hänsyn till växtens lövverk som kommer att dyka upp på våren och sommaren.

Fresnel zon

Även om det finns en direkt siktlinje mellan den sändande och mottagande antennen, kan reflektioner från föremål nära signalbanan minska den skenbara signaleffekten genom fasavbrott. Huruvida och hur mycket signal som går förlorad från en reflektion bestäms av objektets placering i antennernas Fresnel-zon .

Tvåvägskommunikation endast med satellit

Baksidan av ett satellitmodem , med koaxialanslutningar för både inkommande och utgående signaler, och en Ethernet- port för anslutning

Hem- eller konsumentkvalitet tvåvägs satellitinternettjänst innebär både att skicka och ta emot data från en fjärrterminal med mycket liten aperture (VSAT) via satellit till en nav för telekommunikationsport (teleport), som sedan vidarebefordrar data via det markbundna Internet. Parabolantennen på varje plats måste vara exakt riktad för att undvika störningar med andra satelliter. På varje VSAT-plats måste upplänksfrekvensen, bithastigheten och effekten ställas in korrekt, under kontroll av tjänsteleverantörens nav.

Det finns flera typer av tvåvägs satellitinternettjänster, inklusive tidsdelad multipelåtkomst (TDMA) och enkanal per operatör (SCPC). Tvåvägssystem kan vara enkla VSAT- terminaler med en 60–100 cm skål och uteffekt på endast några watt avsedda för konsumenter och småföretag eller större system som ger mer bandbredd. Sådana system marknadsförs ofta som "satellitbredband" och kan kosta två till tre gånger så mycket per månad som landbaserade system som ADSL . Modemen som krävs för denna tjänst är ofta proprietära, men vissa är kompatibla med flera olika leverantörer . De är också dyra och kostar i intervallet 600 till 2000 USD.

Den tvåvägs "iLNB" som används på SES Broadband .

Den tvåvägs "iLNB" som används på SES Broadband- terminalskålen har en sändare och en enkelpolarisk mottagnings-LNB, båda arbetar i Ku - bandet . Priserna för SES bredbandsmodem varierar från €299 till €350. Dessa typer av system är i allmänhet olämpliga för användning på fordon i rörelse, även om vissa tallrikar kan monteras på en automatisk panorerings- och tiltmekanism för att kontinuerligt justera om skålen - men dessa är dyrare. Tekniken för SES Broadband levererades av ett belgiskt företag som heter Newtec.

Bandbredd

Konsumentsatellit-internetkunder sträcker sig från enskilda hemanvändare med en PC till stora externa företagswebbplatser med flera hundra datorer.

Hemanvändare tenderar att använda delad satellitkapacitet för att minska kostnaderna, samtidigt som de tillåter höga toppbithastigheter när trängsel saknas. Det finns vanligtvis restriktiva tidsbaserade bandbreddstillägg så att varje användare får sin beskärda del, enligt deras betalning. När en användare överskrider sin tillåtelse kan företaget sakta ner sin åtkomst, nedprioritera sin trafik eller ta betalt för den överskjutande bandbredden som används. För konsumentsatellitinternet kan ersättningen vanligtvis variera från 200 MB per dag till 25 GB per månad. En delad nedladdningsoperatör kan ha en bithastighet på 1 till 40 Mbit/s och delas av upp till 100 till 4 000 slutanvändare.

Upplänksriktningen för kunder med delade användare är normalt tidsdelad multipelåtkomst (TDMA), vilket innebär sändning av tillfälliga korta paketskurar mellan andra användare (liknande hur en mobiltelefon delar ett mobiltorn).

Varje fjärrplats kan också vara utrustad med ett telefonmodem; anslutningarna för detta är som med en konventionell uppringd internetleverantör. Tvåvägssatellitsystem kan ibland använda modemkanalen i båda riktningarna för data där latens är viktigare än bandbredd, och satellitkanalen reserveras för nedladdningsdata där bandbredd är viktigare än latens, till exempel för filöverföringar .

År 2006 sponsrade Europeiska kommissionen UNIC-projektet som syftade till att utveckla en vetenskaplig testbädd för distribution av nya interaktiva bredbands-TV-centrerade tjänster som levereras via tvåvägssatelliter till låg kostnad till faktiska slutanvändare i Hem. UNIC-arkitekturen använder DVB-S2 -standarden för nedlänk och DVB-RCS- standarden för upplänk.

Normala VSAT-rätter (1,2–2,4 m diameter) används ofta för VoIP-telefontjänster. Ett röstsamtal skickas med hjälp av paket via satellit och Internet. Med hjälp av kodnings- och komprimeringstekniker är bithastigheten som behövs per samtal endast 10,8 kbit/s åt varje håll.

Bärbar satellit Internet

Bärbart satellitmodem

Bärbart satellit-internetmodem och -antenn utplacerade med Röda Korset i Sydsudan 2014.

Dessa kommer vanligtvis i form av en fristående platt rektangulär låda som måste peka i satellitens allmänna riktning – till skillnad från VSAT behöver justeringen inte vara särskilt exakt och modemen har inbyggda signalstyrkemätare för att hjälpa användaren att justera enheten korrekt. Modemen har vanliga kontakter som Ethernet eller Universal Serial Bus (USB). Vissa har också en integrerad Bluetooth- sändare och fungerar som satellittelefon. Modemen tenderar också att ha sina egna batterier så att de kan anslutas till en bärbar dator utan att batteriet laddas ur. Det vanligaste systemet är INMARSATs BGAN — dessa terminaler är ungefär lika stora som en portfölj och har nästan symmetriska anslutningshastigheter på cirka 350–500 kbit/s . Mindre modem finns som de som erbjuds av Thuraya men ansluter endast med 444 kbit/s i ett begränsat täckningsområde. INMARSAT erbjuder nu IsatHub, ett satellitmodem i pocketstorlek i bokstorlek som fungerar tillsammans med användarens mobiltelefoner och andra enheter. Kostnaden har sänkts till $3 per MB och själva enheten är till försäljning för cirka $1300.

Att använda ett sådant modem är extremt dyrt—dataöverföring kostar mellan $5 och $7 per megabyte . Modemen i sig är också dyra och kostar vanligtvis mellan $1 000 och $5 000.

Internet via satellittelefon

I många år [ när? ] satellittelefoner har kunnat ansluta till Internet. Bandbredden varierar från cirka 2400 bit/s för Iridium nätverkssatelliter och ACeS- baserade telefoner till 15 kbit/s uppströms och 60 kbit/s nedströms för Thuraya -telefoner. Globalstar tillhandahåller också internetåtkomst med 9600 bit/s – som Iridium och ACeS krävs en uppringd anslutning och faktureras per minut, men både Globalstar och Iridium planerar att lansera nya satelliter som erbjuder alltid-på-datatjänster till högre priser. Med Thuraya-telefoner är 9 600 bit/s uppringd anslutning också möjlig, 60 kbit/s-tjänsten är alltid på och användaren faktureras för överförd data (cirka $5 per megabyte ) . Telefonerna kan anslutas till en bärbar dator eller annan dator med ett USB- eller RS-232- gränssnitt. På grund av de låga bandbredderna är det extremt långsamt att surfa på nätet med en sådan anslutning, men användbart för att skicka e-post, Secure Shell -data och använda andra protokoll med låg bandbredd. Eftersom satellittelefoner tenderar att ha rundstrålande antenner krävs ingen justering så länge det finns en siktlinje mellan telefonen och satelliten.

Envägsmottagning, med marksändning

Envägs markbunden retur satellitinternetsystem används med konventionell uppringd Internetåtkomst , med utgående ( uppströms ) data som färdas genom ett telefonmodem , men nedströms data som sänds via satellit till en högre hastighet. I USA krävs en FCC-licens endast för upplänksstationen; ingen licens krävs för användarna.

En annan typ av 1-vägs satellitinternetsystem använder General Packet Radio Service (GPRS) för bakkanalen. Genom att använda standard GPRS eller Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE), reduceras kostnaderna för högre effektiva priser om uppladdningsvolymen är mycket låg, och även för att denna tjänst inte debiteras per gång utan debiteras per uppladdad volym. GPRS som retur förbättrar mobiliteten när tjänsten tillhandahålls av en satellit som sänder i fältet 100-200 kW. [ citat behövs ] Genom att använda en 33 cm bred parabolantenn, en bärbar dator och en vanlig GPRS-utrustad GSM-telefon kan användare få mobilt satellitbredband.

Systemkomponenter

Sändningsstationen har två komponenter, bestående av en höghastighetsanslutning till Internet för att betjäna många kunder samtidigt, och satellitupplänken för att sända efterfrågad data till kunderna. Internetleverantörens routrar ansluter till proxyservrar som kan upprätthålla bandbreddsgränser och garantier för kvaliteten på tjänsten (QoS) för varje kunds trafik.

Ofta används icke-standardiserade IP-stackar för att åtgärda latens- och asymmetriproblemen för satellitanslutningen. Precis som med envägsmottagningssystem är data som skickas över satellitlänken i allmänhet också krypterade, eftersom de annars skulle vara tillgängliga för alla med en satellitmottagare.

Många IP-över-satellitimplementeringar använder parade proxyservrar vid båda ändpunkterna så att viss kommunikation mellan klienter och servrar inte behöver acceptera latensen som är inneboende i en satellitanslutning. Av liknande skäl finns det speciella virtuella privata nätverk (VPN) implementeringar designade för användning över satellitlänkar eftersom standard VPN-programvara inte kan hantera långa paketrestider.

Uppladdningshastigheterna begränsas av användarens uppringda modem, medan nedladdningshastigheterna kan vara mycket snabba jämfört med uppringda, genom att endast använda modemet som kontrollkanal för paketbekräftelse.

Latensen är fortfarande hög, även om den är lägre än fullt tvåvägs geostationärt satellitinternet, eftersom endast hälften av datavägen går via satellit, medan den andra hälften går via den markbundna kanalen.

Envägssändning, endast ta emot

Envägsutsändning av satellitbaserade Internet-system används för sändningsbaserad data-, ljud- och videodistribution via Internet Protocol ( IP) . I USA krävs en FCC-licens ( Federal Communications Commission ) endast för upplänksstationen och ingen licens krävs för användare. Observera att de flesta internetprotokoll inte fungerar korrekt över enkelriktad åtkomst, eftersom de kräver en returkanal. Internetinnehåll som webbsidor kan dock fortfarande distribueras över ett enkelriktat system genom att "skjuta ut" dem till lokal lagring på slutanvändarwebbplatser, även om full interaktivitet inte är möjlig. Detta är ungefär som TV- eller radioinnehåll som erbjuder litet användargränssnitt.

Sändningsmekanismen kan innefatta komprimering och felkorrigering för att säkerställa att envägssändningen tas emot korrekt. Data kan också sändas om med jämna mellanrum, så att mottagare som inte tidigare lyckats har ytterligare chanser att försöka ladda ner igen.

Data kan också krypteras, så att även om vem som helst kan ta emot data, kan bara vissa destinationer faktiskt avkoda och använda sändningsdata. Auktoriserade användare behöver bara ha antingen en kort dekrypteringsnyckel eller en automatisk rullande kodenhet som använder sin egen mycket exakta oberoende tidsmekanism för att dekryptera data.

Systemets hårdvarukomponenter

I likhet med enkelriktad markbunden retur kan satellitinternetåtkomst innefatta gränssnitt till det allmänna telefonnätet för squawk box-applikationer. En internetanslutning krävs inte, men många applikationer inkluderar en File Transfer Protocol) för att köa data för sändning.

Systemprogramvarukomponenter

De flesta enkelriktade sändningsapplikationer kräver anpassad programmering på fjärrplatserna. Programvaran på fjärrplatsen måste filtrera, lagra, presentera ett urvalsgränssnitt för och visa data. Programvaran vid den sändande stationen måste tillhandahålla åtkomstkontroll, prioritering i kö, sändning och inkapsling av data.

Tjänster

Nya kommersiella tjänster inom detta område inkluderar:

Effektiviteten ökar

2013 års FCC-rapport citerar ett stort steg i satellitprestanda

I sin rapport som släpptes i februari 2013 noterade Federal Communications Commission betydande framsteg i prestanda för satellitinternet. FCC:s Measuring Broadband America-rapport rankade också de stora internetleverantörerna efter hur nära de kom att leverera på annonserade hastigheter. I denna kategori toppade satellitinternet listan, med 90 % av abonnenterna som såg hastigheter på 140 % eller bättre än vad som annonserades.

Minska satellitlatens

En stor del av avmattningen förknippad med satellitinternet är att för varje begäran måste många tur och retur genomföras innan någon användbar data kan tas emot av begäranden. Särskilda IP-stackar och proxyservrar kan också minska latensen genom att minska antalet tur-och-returturer, eller förenkla och minska längden på protokollhuvuden. Optimeringstekniker inkluderar TCP-acceleration , HTTP- förhämtning och DNS- cache bland många andra. Se Space Communications Protocol Specifications (SCPS), utvecklad av NASA och allmänt antagen av kommersiell och militär utrustning och mjukvaruleverantörer på marknaden.

Satelliter uppskjutna

WINDS - satelliten lanserades den 23 februari 2008. WINDS-satelliten används för att tillhandahålla bredbandstjänster på Internet till Japan och platser i Asien-Stillahavsområdet. Satelliten ger en maxhastighet på 155 Mbit/s ner och 6 Mbit/s upp till bostäder med en 45 cm bländarantenn och en 1,2 Gbit/s-anslutning till företag med en 5-meters antenn. Den har nått slutet av sin förväntade designlivslängd.

SkyTerra-1 lanserades i mitten av november 2010, vilket ger Nordamerika, medan Hylas-1 lanserades i november 2010, riktad mot Europa.

lanserades Eutelsats KA-SAT . Den täcker den europeiska kontinenten med 80 punktstrålar – fokuserade signaler som täcker ett område några hundra kilometer över Europa och Medelhavet. Spot beams gör att frekvenser effektivt kan återanvändas i flera regioner utan störningar. Resultatet är ökad kapacitet. Var och en av punktstrålarna har en total kapacitet på 900 Mbit/s och hela satelliten kommer att ha en kapacitet på 70 Gbit/s.

ViaSat-1 lanserades den 19 oktober 2011 från Baikonur, Kazakstan, och erbjuder 140 Gbit/s total genomströmningskapacitet, genom Internettjänsten Exede . Passagerare ombord på JetBlue Airways kan använda denna tjänst sedan 2015. Tjänsten har även utökats till United Airlines , American Airlines , Scandinavian Airlines , Virgin America och Qantas .

EchoStar XVII- satelliten lanserades den 5 juli 2012 av Arianespace och placerades i dess permanenta geosynkrona omloppsspår på 107,1° västlig longitud, för att betjäna HughesNet . Denna Ka bandssatellit har över 100 Gbit/s genomströmningskapacitet.

Sedan 2013 har O3b-satellitkonstellationen anspråk på en fördröjning från början till slut på 238 ms för datatjänster.

Under 2015 och 2016 lanserade den australiensiska regeringen två satelliter för att tillhandahålla internet till regionala australiensare och invånare i yttre territorier, som Norfolk Island och Christmas Island .

Låg jordomloppsbana

I mars 2022 har cirka 2300 satelliter sänts upp för Starlink och 400 för OneWeb-satellitkonstellationen . SpaceX rapporterade 250 000 användare av sitt Starlink-system.

I oceanografi och i seismologi

Satellitkommunikation används för dataöverföring, fjärrinstrumentdiagnostik , för fysiska satellit- och oceanografiska mätningar från havsytan (t.ex. havsytans temperatur och havsytans höjd ) till havsbotten och för seismologiska analyser.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Satellite_Internet_access&oldid=1143358671 "