¿Podría un teléfono inteligente realmente transmitir a los satélites en un sistema de Internet basado en el espacio?

Se dice que los sistemas de Internet basados ​​en el espacio, como el propuesto recientemente por SpaceX y Google, utilizan satélites para comunicarse directamente con los usuarios finales, sin utilizar estaciones terrestres celulares. Pero, ¿cuánta energía necesitaría un dispositivo de consumo como un teléfono inteligente para enviar datos a más de 1000 km? ¿No se requeriría una antena exterior y un amplificador separados de todos modos, reduciendo la movilidad?

Eso, o una antena gigante en el extremo receptor.
¿Está seguro de que se dice que los sistemas SpaceX y Google proporcionarán Internet directamente a los teléfonos inteligentes? ¿Bidireccionalmente? ¿Directamente entre satélites y teléfonos inteligentes en trayectos de 1200 a 1600 km? ¿Puedes mostrar un enlace creíble a alguien que diga esto? Esto suena desafiante. ¿Se dijo que funcionaría en interiores, o solo en exteriores con una vista despejada del cielo?
Los planes de SpaceX harían que los satélites se comuniquen con estaciones del tamaño de una caja de pizza, según Elon Musk en youtu.be/hJD0MMP4nkM?t=50m
@DaanMichiels eso suena bien. Una matriz en fase orientable electrónicamente cabría fácilmente en una caja de pizza en estas longitudes de onda, y esta tecnología está madurando y probablemente tendrá una implementación de bajo costo con el tiempo, posiblemente incluso en un factor de forma de pizza personal. Gracias por el enlace!
Las antenas @AaronM no ayudan con una relación señal/ruido débil. Las antenas grandes son buenas porque te permiten tener una resolución espacial mucho más ajustada (ignorando más ruido). Eso significa que puede apuntar la antena con mayor precisión, pero el corolario es que si no apunta la antena con mayor precisión, la antena bloqueará la señal. Ergo, sin estaciones terrestres, no puedes usar una antena gigante.
¡@Aron, por supuesto, las antenas pueden ayudar a una relación señal / ruido débil! Si el ruido está dominado por el front-end del receptor, entonces ayuda una señal más fuerte de una antena más grande. Si el ruido proviene del cielo como una fuente extendida, entonces una antena más grande puede (dependiendo de los detalles) producir un haz de recepción más angosto, aumentando también la relación señal-ruido.
@uhoh, creo que estás de acuerdo con mi punto. NO PUEDE usar un "haz de recepción" más angosto cuando no tiene una estación base. Porque las antenas gigantes funcionan porque puedes apuntarlas. Pero solo quieres apuntar un satélite a algo que no se mueve. Además, los satélites LEO dificultarán el seguimiento de CUALQUIER COSA. Mi punto era que las antenas grandes no son mágicas.
@Aron OK, la última oración está bien: "las antenas grandes no son mágicas". Pero ahora, y especialmente en un futuro cercano, los arreglos en fase electrónica serán dirigibles electrónicamente y no serán prohibitivamente costosos. Uno ya puede ir a la tienda y comprar un enrutador personal WiFi de 5 GHz con dirección de haz electrónico. Si bien los receptores de banda ancha aún pueden necesitar platos por ahora, si está utilizando una banda de frecuencia bastante estrecha, una matriz plana puede dirigirse electrónicamente bajo el control de la computadora sin problemas.
@uhoh ¡Amén a las aperturas sintéticas/MIMO!
¿Está seguro? Incluso una antena parabólica de 1 metro perfectamente precisa no captará lo que una antena parabólica de 50 metros captará.
@AaronM En tu propio estilo. No se puede ver toda América con el Telescopio Espacial Hubble.

Respuestas (3)

Si bien los requisitos de energía son más altos que para el servicio GSM normal, no son tan altos como podría pensarse. Los teléfonos satelitales actuales utilizan dispositivos del tamaño de los teléfonos móviles de la era 2000 y pueden transmitir 15 kBit/s a satélites geosíncronos (el sistema Thuraya). Estos satélites están más de 30 veces más lejos de la Tierra que el sistema SpaceX planificado. Por lo tanto, la potencia recibida es unas 1000 veces más débil.

En comparación con, por ejemplo, Iridium, la red satelital planificada tiene la ventaja de una cantidad mucho mayor de satélites (4000 en comparación con 66), lo que permite el uso de antenas altamente direccionales con una ganancia mucho mejor, incluso en el propio teléfono.

Para la transferencia de datos a alta velocidad, se requerirá una antena más grande, pero los servicios de menor ancho de banda están al alcance de los teléfonos inteligentes, aunque con un diseño ligeramente modificado para albergar una antena más grande. No tengo números precisos, pero un ancho de banda muy superior a 100 kBit/s parece muy posible cuando se comunica con un satélite en LEO.

Aquí está implícita la necesidad de estar al aire libre con una línea de visión clara del satélite en movimiento, ¿no es así? Y esa tampoco es una antena interna típica de un teléfono inteligente: tiene un tamaño bastante considerable. Consulte i.stack.imgur.com/HTI1R.jpg e i.stack.imgur.com/rTEdR.jpg, por ejemplo. Así que realmente estás hablando de un teléfono inteligente, parado al aire libre bajo la lluvia, con una antena externa especializada, ¿verdad?
A medida que aumenta la frecuencia y disminuye la longitud de onda, una antena más pequeña tendrá la misma ganancia con referencia a un dipolo de media longitud de onda , pero eso no significa que recolectará la misma potencia; el área de recolección efectiva de un dipolo de referencia, por supuesto, se escala con la longitud de onda. al cuadrado En algún momento, no puede reducir el tamaño de la antena sin importar cuán pequeña sea la longitud de onda. Piense en recibir señales ópticas de los satélites: uno no usa un dipolo submicrónico, uno usa un telescopio de decenas de centímetros o mucho más para recolectar suficiente energía.
Iridium usa 1,6 GHz, SpaceX quiere usar 10-12 GHz. Podría ser posible implementar una matriz de fase de antenas para una señal altamente direccional en una barra de 1 cm de alto a lo largo de la parte superior de un dispositivo similar a un teléfono inteligente.
Bien, ahora se cambió a un dispositivo similar a un teléfono inteligente que se traduce en inglés como "Teléfono especializado y costoso". Si bien cierta ganancia viene con la direccionalidad, para conjuntos de antenas más grandes que una longitud de onda, un área de recolección total lo suficientemente grande sigue siendo importante. Además de tener una apertura sintética del tamaño de un continente, el Square Kilometre Array (SKA) todavía cuenta con un kilómetro cuadrado de área de plato real para la sensibilidad. Este tipo de especulación debe respaldarse con matemáticas reales.

Presumiblemente, sí, tener un teléfono inteligente satelital es posible sin una innovación tecnológica fundamental.

Hay teléfonos móviles por satélite que no son más grandes que los teléfonos móviles de finales de los 90 y principios de los 2000. Busque teléfonos Iridium o Thuraya.

y mira los tamaños de sus antenas

Si se trata de un satélite geosíncrono, no sería un problema. El satélite en sí transmitiría con suficiente potencia para conectarse con el teléfono inteligente. El satélite tendría una ganancia lo suficientemente alta como para recibir el teléfono inteligente. Cualquier teléfono dentro de la huella del satélite se conectaría fácilmente. Esto se debe a que la ruta de la señal es directamente hacia arriba y, como resultado, la señal no tendría obstrucciones terrestres ni problemas de propagación de la señal que bloquearan la señal. El transpondedor de satélites conectaría el enlace con la compañía telefónica.

Un satélite de órbita terrestre baja (LEO) no sería factible para ningún servicio de telefonía celular debido a la naturaleza elíptica de la órbita. Sería propenso a ser utilizable solo durante 6-10 minutos durante cada pasada por encima de la cabeza. El satélite tardaría entonces 90 minutos más o menos en completar una órbita alrededor de la Tierra. La órbita de los satélites no cambiaría. Sin embargo, dado que está orbitando el planeta Tierra, que está girando de este a oeste, 90 minutos más tarde, el satélite estaría 15 grados al oeste de usted y no estaría sobre su cabeza durante horas, si no días. Además, debido a la órbita elíptica, la velocidad a medida que pasa cambia. Esto provoca algo conocido como Doppler Shift como resultado de que tanto los teléfonos inteligentes como los satélites tendrían que ajustar constantemente sus frecuencias para permanecer en contacto.

El cambio Doppler es el efecto que uno escucha cuando se para al lado de una vía férrea cuando un tren que pasa hace sonar el silbato. A medida que se acerca, el tono es más alto, frente a usted el tono real, y a medida que pasa, la frecuencia cae en tono.

Todo esto es al revés. La constelación Iridium LEO ya es completamente funcional (aunque bastante costosa) y utiliza un paquete de antena de posición fija en el lado de la superficie. (O es omnidireccional o se dirige internamente y probablemente electrónicamente). Pero Internet satelital GEO requiere absolutamente un plato apuntado con precisión y de un tamaño considerable. No obtendrá eso en un teléfono inteligente, obviamente porque las áreas de antena utilizadas son más grandes que los teléfonos en dos órdenes de magnitud.
Compensar el cambio Doppler es trivial, mucho más fácil que compensar la atenuación del cuadrado inverso de la distancia adicional a la órbita geosíncrona o el hecho de que, en gran parte de la parte del mundo de alta tecnología, los satélites geosíncronos están bajos en el horizonte.
1 satélite LEO no funcionaría para teléfono celular. Sin embargo, la configuración de Iridium es diferente. Hay más de 60 satélites conectados entre sí que pasan la llamada al próximo satélite que entre en el rango. Cada satélite orbita la tierra a 780 km sobre la superficie cada 100,6 minutos,
¿Podría un teléfono inteligente realmente transmitir a los satélites en un sistema de Internet basado en el espacio?
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