Ett satellitmodem är en enhet för att överföra data över en radiokanal med hjälp av konstgjorda jordsatelliter för att vidarebefordra en radiosignal. Förutom funktionerna för modulering-demodulering av signalen, kan den utföra funktionerna hos en IP-router , multiplexer , röstgateway . Ett satellitmodem fungerar som en del av en satellitjordstation , som inkluderar själva modemet och radioutrustning - en antenn , mottagnings- och sändningsförstärkare , kablar och så vidare .
Satellitmodem används för att organisera dataöverföringskanaler mellan markutrustning av olika slag som är anslutna till dem - datorer , datornätverk , digitala telefonväxlar , APCS-enheter och så vidare. Som en del av jordstationen interagerar ett satellitmodem med dataöverföringsutrustning och med radiofrekvensutrustning installerad på en parabolantenn [1] . Moderna satellitmodem implementerar också trafikdirigering och andra servicefunktioner [2] . Ibland kallas "satellitmodem" för utrustning som endast tar emot data via en satellitkanal [3] (se DVB-S / S2-karta ).
Satellitmodemet interagerar med extern utrustning via standardgränssnitt för dataöverföring. Detta kan vara en eller flera Ethernet- portar , olika serieportar , etc. Under överföring skickas data som tas emot från en eller flera källor till den inbyggda multiplexern ( routern ), som bildar en enda ström från dem, avsedd för överföring till en satellitkanal.
Efter bildandet av dataströmmen går den in i scramblern , där den "blandas" reversibelt för att eliminera långa sekvenser av på varandra följande ettor eller nollor och sedan utsätts för differentiell kodning , nödvändig för att lösa de oklarheter som uppstår i metoderna för signalmodulering som används i digital satellitkommunikation .
Eftersom data kan gå förlorade och förvrängas under överföring via en satellitkanal , används forward error correction (FEC) för att säkerställa den erforderliga tillförlitligheten av informationsöverföringen . Samtidigt införs redundans i dataströmmen, vilket gör det möjligt att återskapa information som förlorats i mottagarsidan med hjälp av olika korrigeringskoder .
Den resulterande strömmen matas till modulatorn , som genererar en radiosignal inom ett givet område. Denna signal skickas till en sändningsförstärkare (BUC) för överföring till satelliten.
Signalen från den mottagande förstärkaren (LNB) går till satellitmodemdemodulatorn och allt sker i omvänd ordning.
I punkt-till-punkt- läge ( SCPC , Single Channel per Carrier) är en kanal per bärare organiserad. Modemet använder uteslutande det tilldelade frekvensbandet för att överföra information. Även om information inte sänds för tillfället kan ingen annan enhet använda detta frekvensband. För tvåvägsväxling (mottagning och sändning) måste du allokera två frekvensband (inte nödvändigtvis samma bredd - det vill säga mottagnings- och överföringshastigheterna kan skilja sig åt). SCPC-modemet kommunicerar med ett annat SCPC-modem. Om du vill organisera flera kommunikationsriktningar, kräver var och en av dem installation av ett par SCPC-modem. Hastigheterna för att ta emot och sända SCPC-modem kan variera kraftigt (från hundratals kilobit/s till tiotals och hundratals megabit/s), beroende på satellitbandet som används, satellitkanalens energi och moduleringsmetoder [5] .
SCPC-modem kan implementera läget "frekvensåteranvändning" (varumärken - "CnC" eller "carrier-in-carrier" [6] , PCMA - Paired Carrier Multiple Access [7] och andra), vilket möjliggör tvåvägsdatautbyte i ett frekvensband. Detta sparar den erforderliga frekvensresursen, men kräver en ökning av signaleffekten och medför ytterligare restriktioner för användningen av kommunikationssatellitens frekvens- och energiresurs [8] . Frekvensåteranvändningsläget kan vara ett extra alternativ för grundläggande modemmodeller [6] eller implementeras med en separat enhet ansluten mellan modemet och radiofrekvensutrustningen på antennen [7] .
I punkt-till-multipunkt- läget ( MCPC , Multiply Channels per Carrier) sänds flera kommunikationskanaler på en enda bärare med hjälp av tidsmultiplexering (TDM) [9] . I MCPC-SCPC-läget sänds data från centralen via en bredbandssatellitkanal till alla avlägsna punkter, och dedikerade SCPC-kanaler används för returkanaler från avlägsna punkter till centrum. Samtidigt krävs endast en modulator (ett modem som arbetar i överföringsläge) för att överföra information från centrum till alla avlägsna punkter. För att ta emot data från avlägsna punkter i mitten krävs fortfarande en demodulator (modem i mottagningsläge) för varje punkt. Om data "från mitten" till fjärrstationer inte ständigt sänds med maximal hastighet, kan MCPC-kanalens bandbredd vara mindre än summan som krävs för alla stationer, det vill säga frekvensresursen sparas på grund av dess "återanvändning" . Genomströmningen av direktlänken (från centrum till stationerna) är inte konstant för varje station, det är möjligt att omfördela bandbredden och förekomsten av fördröjningsvariationer vid sändning av data till flera stationer samtidigt. Ett modem som stöder MCPC-överföringsläget måste ha effektiva medel för bandbreddshantering och tillhandahålla servicekvalitet till enskilda stationer [10] .
MCPC-SCPC-läget kan användas i privata nätverk med ett litet antal stationer, för ett nätverk av rapporteringsstationer som kräver garanterad bandbredd och låg fördröjningsvariation för att sända information från en avlägsen punkt, samtidigt en vanlig lågbandbredd kanal kan användas för att överföra information till dem, förmåga och med lägre kvalitetskrav [11] .
I ett stjärntopologinätverk ( engelsk stjärna ) används en central jordstation (CZS, engelsk nav, gateway ) med vilken alla abonnentstationer interagerar [12] . Sändning mellan abonnentstationer är endast möjlig genom den centrala (i "två hopp"). Dataöverföring från centralstationen till abonnenter i "stjärnnätet" sker genom en, gemensam för alla, direktkanal ( engelsk framåtlänk, upplänk ) med hög bandbredd (tiotals och hundratals Mbps). Varje station tar emot från denna kanal endast de data som är adresserade till den (liknande MCPC-moden används tidsmultiplexering). För att överföra data från abonnenter till centralstationen används omvända kanaler ( eng. returkanal ) med lägre bandbredd (enheter på Mbit/s), medan samma frekvensband kan användas av många abonnentstationer. Star-nätverk används i de fall där du behöver ansluta många fjärranslutna punkter till ett enda center - huvudkontoret för ett företag, en internetleverantör. Antalet abonnentstationer som betjänas av en centralstation kan uppgå till flera tusen och tiotusentals. Idag är satellitnätverk med en sådan topologi de vanligaste och huvuddelen av satellitmodem produceras för dem [13] .
Abonnentstationer i stjärnnätet är relativt billiga installationer med små antenner , lågeffektsändare och billiga satellitmodem jämfört med andra typer. För abonnentstationer används även namnen "liten jordstation" (LES, VSAT) eller "terminaljordstation" (TZS).
Stationsåtkomstkontroll (tilldelning av en tids- eller frekvensresurs för överföring) utförs av centralstationen baserat på den hastighet som begärs av varje abonnent och den totala kanalkapaciteten. Förseningar i stjärnnät är vanligtvis högre än för SCPC-modem, dessutom kan de, liksom dataöverföringshastigheten som är tillgänglig för abonnenten vid varje givet ögonblick, variera avsevärt över tiden, beroende på den aktuella nätverksbelastningen.
Jordutrustning är ansluten till stjärnnätverkets stationer via ett Ethernet- gränssnitt, för dataöverföring används som regel IP- protokollet , ibland nätverksbryggläget .
Flera satellitstationer kan arbeta med varandra "i ett hopp" i nätverk av helt maskad topologi (även kallad Mesh [14] eller Hubless [15] ). I ett sådant nätverk är ett frekvensband uppdelat mellan många stationer som använder multipla accessprotokoll, typiskt TDMA eller MF-TDMA.
En av stationerna i nätverket spelar rollen som master , som bestämmer vilken av de andra stationerna som för närvarande kan sända data. Fördröjningar och överföringshastigheter i mesh-nätverk kan variera avsevärt beroende på den totala bandbreddsanvändningen, precis som i stjärnnätverk.
Alla stationer i ett helmaskigt nät bör ge ungefär samma energi för mottagning och sändning. Ju högre energikapacitet stationerna har, desto högre är den möjliga informationsöverföringshastigheten, de maximala hastigheterna är flera megabit/s. Allt annat lika använder mesh-nätverk större antenner och kraftfullare sändare än stjärnbaserade abonnentstationer.
Jordutrustning är också ansluten till stationerna i ett mesh-nätverk via ett Ethernet- gränssnitt , med hjälp av IP- protokollet eller nätverksbryggläget .
Som regel kan ett satellitmodem fungera i vilket som helst av lägena [16] . De vanligaste är modem för att fungera som abonnentterminaler i "stjärnnätet". De flesta tillverkare av markbunden satellitutrustning är representerade i detta segment. Tillverkare av abonnentterminaler erbjuder också utrustning för centralstationer, och utrustning från olika tillverkare i denna klass är som regel inkompatibel. För att organisera hyrda kanaler produceras SCPC-modem (som vanligtvis stöder MCPC/SCPC-läge), som fungerar i ett brett spektrum av hastigheter i båda riktningarna och erbjuder ett brett utbud av gränssnitt för terminalutrustning.
Det finns också satellitmodem som stöder flera funktionslägen (stjärna, mesh, punkt-till-punkt och till och med fungerar som en centralstation i nätverket) [2] . Med sådana modem är det möjligt att organisera ett hybridtopologinätverk. Till exempel kan samma modem vid olika tidpunkter arbeta med centralstationen via TDMA-kanalen, dela den med andra nätverksstationer, eller via SCPC-kanalen, exklusivt uppta den. Samtidig drift av abonnentmodemet med centralstationen i stjärnnätverket och med andra modem i detta nätverk med hjälp av mesh-teknik är också möjlig.
För satellitkommunikation används radioband med frekvenser av enheter och tiotals gigahertz ( C , X , Ku , Ka ). Sändningen av sådana radiofrekvenser över koaxialkabel resulterar i stor signaldämpning. För att kunna lokalisera satellitmodemet på ett betydande (vanligtvis tiotals meter) avstånd från antennen sänds signalen från den via en koaxialkabel vid lägre frekvenser [17] . Satellitmodemet tar emot och sänder en signal vid en mellanfrekvens i intervallet 1-2 GHz ( L-band ), och omvandlingen till satellitkommunikationens driftsområde utförs av frekvensomvandlare installerade på antennen (ofta integrerade med mottagning ) och sändningsförstärkare ) . Användningen av L-bandsfrekvenser i mottagnings- och sändningsvägarna är allmänt accepterade, vilket säkerställer kompatibilitet med olika RF-utrustning på antenner. Det finns dock andra alternativ också. För SCPC-modem användes mellanfrekvenser på 70 och 140 MHz [18] [1] , modem från vissa tillverkare använder en icke-standardiserad frekvens för överföring och fungerar endast med sändare speciellt framtagna för dem [19] [20] .
För att ansluta koaxialkablar på satellitmodem används typ F -kontakter (med en karakteristisk impedans på 75 ohm) eller typ N (50 ohm). Ibland finns det SMA -kontakter .
För att sända digitala data över en satellitradiokanal används phase shift keying (PSK) eller amplitud-phase shift keying (APSK), ibland används kvadratur amplitud shift keying (QAM) [21] . För forward error recovery (FEC) som uppstår när information överförs via en brusig satellitkanal används olika korrigeringskoder .
SCPC-modem använder DVB-S , DVB-S2 eller turbokodning med moduleringar (beroende på bandbredd och kanalenergi) från QPSK till 32APSK eller 32QAM. Direktkanalen för stjärnnätverk använder DVB-S2-standarden. I moderna satellitmodem implementeras DVB-S2X [2] -standarden aktivt .
I returkanalerna för stjärnnät och helt anslutna mesh (hubless) nätverk, där kraften på stationerna är låg, används QPSK- och 8PSK-modulationer med LDPC- korrigeringskoder eller turbokoder . För tillstånd som kräver hög brusimmunitet kan BPSK-modulering [21] användas .
För varje kombination av modulering och korrigeringskod (tillsammans kallad "modkod" eller signalkoddesign, CCM), bestäms den lägsta nivån av signal-brusförhållande vid vilken information kan tas emot med acceptabel tillförlitlighet ( Bit Error Rate, BER ). Ju högre modulationsindex som används (antalet informationsbitar som sänds i ett paket) och redundansen hos korrigeringskoden, desto högre kan informationsöverföringshastigheterna erhållas i samma tilldelade frekvensband, men desto större signal-till- brusförhållande krävs för datamottagning. Detta förhållande beskrivs av Shannons teorem .
I praktiken, för att bestämma felsannolikheten, arbetar man inte med ett "rent" signal-brus-förhållande (SNR), utan med sådana egenskaper som bärvåg-till-brus-förhållandet (C/N) eller relaterade till C/N och informationshastighetsförhållanden Eb/NO (energi per 1 bit mottagen information till brusspektral densitet) och Es/N0 (energi per 1 symbol till brusspektral densitet) [22] . C/N-förhållandet beror på antennförstärkningen och förhållanden på mottagningssidan, satellitenergi och EIRP och förhållanden på sändningssidan. Valet av kodning och modulering, som möjliggör den mest effektiva användningen av den tilldelade satellitresursen, är en komplex uppgift med flera kriterier [8] . I moderna satellitkommunikationssystem används den adaptiva kodnings- och moduleringstekniken aktivt , som är en del av DVB-S2-standarden, och låter dig dynamiskt ändra modkoderna som används beroende på parametrarna för radiokanalen [2] .
| Satellitanslutning | |
|---|---|
| Huvudartiklar | |
| Utrustning | |
| Standarder och protokoll | |
| Operatörer för satellitsändningar |
|
| Kommunikationssatellitoperatörer och tjänster |
|
| Produktion av kommunikationssatelliter | |