Calcular ventana de comunicaciones para LEO

Gracias por la aclaración. Tu problema tiene dos partes. 1) ¿Cuál es la relación espacial entre la estación terrestre y el satélite y 2) dada una relación espacial entre dos radios, qué tan 'buena' es la conexión entre ellos.

Problema 1: tomar la ruta fácil y eficiente

La relación espacial entre un satélite y un receptor se puede calcular a mano (una tarea común en las clases aeroespaciales y otra discusión en sí misma), pero la forma más rápida de encontrar ventanas de cobertura satelital es usar una computadora. Hay mucho software gratuito disponible que puede hacer esto, pero recomendaré la versión gratuita de STK. Esto es lo que puede hacer con la versión gratuita, y aquí es donde puede descargarla.

Problema 2: Ángulo de elevación

El sistema podría diseñarse de varias maneras. Los datos a menudo se dividen en paquetes, que se pueden transmitir individualmente. El satélite necesita saber qué paquetes ha recibido correctamente la estación terrestre y viceversa. La recepción exitosa de un paquete se reconoce con una transmisión 'ACK'. Para el enlace descendente, se le puede ordenar al satélite que transmita un paquete repetidamente hasta que se reciba con éxito, y luego se le puede ordenar que transmita el siguiente paquete. Para enviar datos de enlace ascendente, la estación terrestre transmitiría un comando o paquete y esperaría un ACK, luego transmitiría otro paquete. Estos métodos son independientes del ángulo de comunicación y la pérdida de trayecto. Simplemente comienza cuando el satélite se acerca a la ventana.

Problema 3: Relación de la SNR y la pérdida de trayecto con el ángulo de elevación

Primero, Poder. Free Space Path Loss (FSPL) se utiliza junto con la ecuación de transmisión de Friss para calcular la potencia de la señal en la entrada del receptor (no la antena del receptor, el receptor real). Dada la ubicación de las radios y cierta información sobre los receptores, esto es sencillo. Se pueden incluir efectos atmosféricos y de otro tipo si desea un modelo más realista (avíseme si tiene curiosidad).

A continuación, Ruido. El ruido es un poco complicado ya que involucra el ruido real del transmisor y el receptor, así como el ruido externo. Ignoremos el ruido externo y observemos el ruido térmico. El ruido eléctrico a menudo se mide en temperatura porque la energía térmica se traduce en movimiento de electrones, que es ruido eléctrico. La densidad de potencia de ruido (potencia de ruido por unidad de ancho de banda) se encuentra como$N_0=kT$donde$N_0$es en vatios,$k$es la constante de Boltzmann en joules/kelvin, y$T$es la temperatura de ruido del sistema receptor en kelvin. Una simple aproximación de$T$en la Tierra es 290 K. (Esto ignora algunas cosas, pero es un buen primer intento).

La densidad espectral de potencia de ruido se encuentra como$\frac{E_b}{N_0}=\frac{S/R}{N_0}=\frac{S}{kTR}$(no en dB) donde$S$es la potencia de la señal, y$R$es la tasa de bits. Esta es la energía por bit sobre la densidad de ruido, o la SNR por bit. Definir esto en términos de bits nos ayudará a relacionarlo con la tasa de datos. Más,$SNR = \frac{S}{R}=\frac{E_bR}{N_0B}$donde$B$es el ancho de banda de la señal. Cambiar su codificación dará diferentes relaciones entre el ruido y la tasa de error de bit.

aumentar la SNR requerirá aumentar la potencia transmitida

Recuerde que disminuir el ruido del sistema también aumentará la SNR.

Reflexión final: tasa de datos

El teorema de Shannon-Hartley define la tasa de información máxima posible sobre cualquier canal (AWGN).$I<B \log_2{\left(1+\frac{S}{N}\right)}$.

Ahora puede relacionar el ángulo de elevación con la pérdida de trayectoria, la SNR e incluso la tasa máxima de datos. ¡Viva!

No estoy seguro de entender, pero voy a tratar de explicar. Soy ingeniero astronáutico, así que explicaré esto en mecánica orbital en lugar de electrónica. ¡Espero eso ayude!

Básicamente, en mecánica orbital asumimos que puedes comunicarte con tu satélite entre el momento en que ingresa al horizonte de G/S y el momento en que lo deja. Conoces tu altitud y el radio de la Tierra para que puedas evaluar el ángulo central relacionado con tu órbita usando cálculos trigonométricos básicos. Entonces puedes calcular tu período en esa altitud. Ahora ya sabes tu tiempo de comunicación.

Para un análisis más detallado, el tiempo de comunicación depende de la capacidad de actitud del satélite. También debe realizar un análisis orbital para saber qué satélite pasa directamente por encima de GS o en ángulo, y cuándo pasará por encima de GS.

Buena suerte.