Recientemente me encontré con una empresa llamada ASTS que afirma que podrá lanzar satélites LEO con la capacidad de hablar con teléfonos móviles normales. Inicialmente descarté sus afirmaciones, pensando que sus afirmaciones eran un poco absurdas. Después de todo, si fue posible, ¿por qué nadie lo ha hecho todavía?
Sin embargo, después de investigarlo un poco más, las afirmaciones ya no sonaban tan extravagantes. Encontré esta publicación: ¿Cómo calcular la tasa de datos de la Voyager 1? y al menos en términos de intensidad de la señal, ¡parece factible! Usando la ecuación de presupuesto de enlace en esa publicación:
Sumando todo esto, obtenemos , que se convierte en .
-98,10 dBm no parece una buena señal para el satélite, pero parece utilizable. Wikipedia afirma que -100dB es la "potencia de señal recibida mínima de la red inalámbrica (802.11 variantes)" y otras fuentes califican cualquier cosa por encima de -110 dBm en redes LTE como regular o deficiente.
Y bien Eso es lo más lejos que llegué a los cálculos y me encontré con problemas con la siguiente parte de la respuesta de uhoh sobre el cálculo de la tasa de datos.
Al recibir la señal, el límite de la velocidad de datos es la relación entre la potencia de la señal recibida y la potencia de ruido total (recibida más el sistema).
¿Qué significa la potencia de ruido total (recibida más el sistema)? ¿Significa esto que, dada la sensibilidad del satélite, puede captar dos señales de la misma frecuencia a cientos de kilómetros de la superficie terrestre? Teniendo en cuenta que esas señales normalmente no verían otras, ¿hace esto imposible que el satélite distinga entre una señal destinada al satélite y docenas de otras destinadas a llegar a una torre celular? ¿Es eso ruido recibido o ruido del sistema?
la potencia equivalente de ruido será de aproximadamente dónde es la constante de Boltzmann.
que diablos es ? De un comentario debajo de esa publicación parece que es el ancho de banda, pero ¿cómo decidió el OP un número arbitrario de 1kHz? ¿Puedo elegir cualquier número que quiera para el ancho de banda y seguir conectándolo en esta ecuación?
hasta que obtenga algo que sea más grande que 10dB después de restarlo de −128.1dBW? ¿Cómo convierto el ancho de banda en bits por segundo? Además, ¿alguien sabe cuál es un buen valor que puedo usar para la temperatura de un satélite en el espacio?
Pero sí, creo que la primera parte de mi pregunta es si esta tecnología es escalable (ya que siento que habría mucho ruido de los teléfonos que no quieren hablar con los satélites), y la segunda es determinar cómo rápido la conexión de enlace ascendente va a ser.
Si alguien puede ayudar sería genial, gracias! Me encantaría ver que esta tecnología funcione. Sería increíble tener siempre una señal cuando conduces por la carretera o cuando realizas actividades más remotas, como caminatas.
¡Gracias por las respuestas actuales! Por lo que he recopilado hasta ahora:
Q1. ¿Podrá el satélite lidiar con el ruido y la interferencia de otros teléfonos o estaciones base mientras está en órbita?
Parece que sí. La formación de haces y los haces puntuales de la eliminación progresiva mantendrán las áreas de celdas individuales alejadas de las torres de telefonía terrestre.
Q2. ¿Cuál sería la velocidad de datos del enlace ascendente?
Siguiendo la respuesta de la publicación de @Ng Ph, asumiendo que no hay interferencia:
Presupuesto de enlace:
Señal a ruido (dB):
Reste uno de SNR ya que las redes LTE modernas siguen el límite de Shannon dentro de 1dB
Señal a ruido (lineal):
La ecuación de Shannon espera SNR en términos lineales, por lo que debemos convertir de dB
Capacidad del canal:
Por lo tanto, parece que una posible velocidad de transferencia de enlace ascendente podría ser , dadas las suposiciones anteriores.
**** Suponiendo que hice los cálculos correctamente: ¿es posible que los satélites LEO detecten una señal utilizable de teléfonos móviles normales en tierra?
¿Qué diablos es Δ𝑓?
Lo has adivinado bien: es el ancho de banda que ocupa la señal. Está determinado por el sistema con el que está tratando. Tomemos LTE (el estándar utilizado por nuestros teléfonos inteligentes, también conocido como 4G) como ejemplo. El estándar estipula que su dispositivo debe soportar varios anchos de banda de CANAL: 1.4,3,5,10,15,20 MHz. Para derivar el ancho de banda ocupado respectivo (Δ𝑓 en el presupuesto de enlace de uhoh), debe restar la banda de protección (generalmente x% del ancho de banda del canal). 10% es un buen valor de regla general para las bandas de protección. Como ejemplo numérico, si tiene un canal de 5 MHz, entonces su señal ocupa un Δ𝑓 de 4,5 MHz.
Para un cálculo más detallado de LTE, puede leer este tutorial
¿Cómo convierto el ancho de banda en bits por segundo?
Necesita saber la "eficiencia del espectro" de su enlace de transmisión. Tiene como unidad bits/segundo/Hz. Entonces, tasa de bits = Δ𝑓 x (eficiencia del espectro). Si su sistema tiene una eficiencia, digamos 5 bits/segundo/Hz, entonces con un ancho de banda de 4,5 MHz obtendrá 4,5x5 = 22,5 Mbps.
Necesita conocer su relación señal-ruido (S/N), porque Shannon nos enseñó que existe un límite para la eficiencia del espectro, dada una S/N. Las transmisiones digitales de última generación (como LTE) siguen este límite de Shannon hasta aproximadamente 1 dB. Por lo tanto, suponga que su enlace-presupuesto da un S/N. Luego reste 1 dB de ese valor y aplique el límite de Shannon:
para obtener la eficiencia de espectro alcanzable (C/B), como regla general.
¿Qué significa la potencia de ruido total (recibida más el sistema)?
El ruido que recibe la antena (todo en la frecuencia que no es la señal deseada, desde otros transmisores hasta las tormentas eléctricas y el Sol), más el ruido generado dentro del propio receptor (todos los amplificadores son imperfectos y agregan algo de ruido; todas las resistencias generan ruido térmico; otros componentes electrónicos (especialmente los digitales) dentro del receptor pueden crear ruido; y cualquier tipo de no linealidad en la ruta de recepción puede provocar que señales de frecuencias completamente diferentes se mezclen con su señal).
¿Significa esto que, dada la sensibilidad del satélite, puede captar dos señales de la misma frecuencia a cientos de kilómetros de la superficie terrestre?
Tal vez, eso depende de la ganancia de la antena. Una mayor ganancia significa un ancho de haz más estrecho (las antenas no generan energía de la nada, simplemente concentran la energía de forma más o menos estricta).
Teniendo en cuenta que esas señales normalmente no verían otras, ¿hace esto imposible que el satélite distinga entre una señal destinada al satélite y docenas de otras destinadas a llegar a una torre celular?
Tal vez. Los teléfonos celulares tienen formas matemáticas inteligentes (CDMA) para minimizar la interferencia entre diferentes dispositivos que usan la misma frecuencia, pero en realidad no están diseñados para este escenario. Tal vez la respuesta esté en obtener una asignación de frecuencia en una de las bandas admitidas que no utilizan los operadores terrestres en un país determinado . Esto sería ridículamente caro, pero también lo es el espacio.
¿Es eso ruido recibido o ruido del sistema?
Eso sería ruido recibido.
Pero sí, creo que la primera parte de mi pregunta es si esta tecnología es escalable.
En la superficie, realmente no lo parece ... la alta ganancia requiere un ancho de haz estrecho, evitar el problema de interferencia que menciona requiere un ancho de haz estrecho, pero
A) LEO no es geoestacionario. Un satélite a 500 km se desplaza por el cielo en el transcurso de 10 o 20 minutos. ¿Cómo encuentra el sistema a los usuarios que lo desean, les apunta el rayo y lo mantiene ahí?
B) ¿Cuántos de estos haces puntuales puede generar un satélite? O dicho de otra manera, ¿cuántos de estos satélites necesita para garantizar una cobertura continua para todos los usuarios, dado (nuevamente) que los satélites se mueven rápidamente por el cielo, por lo que los visibles desde un punto dado están cambiando constantemente?
Me parece exagerado, aunque estoy seguro de que su objetivo es convencer a los inversores de que tienen buenas respuestas a esas preguntas.
¿Qué significa la potencia de ruido total (recibida más el sistema)?
Por lo general, significa todo lo que no es la señal que desea. El ruido puede provenir de la interferencia de otros transmisores de radio, otros dispositivos electrónicos y ruido térmico dentro del propio sistema receptor.
Un sistema basado en satélite tiene algunas ventajas potenciales en comparación con las torres terrestres:
Área de recepción
Una antena de alta ganancia limita el área desde la que se recibe la interferencia. Mirando hacia abajo desde arriba, hay una cantidad limitada de dispositivos dentro de esa área, especialmente en áreas rurales. La ganancia de antena de 40 dBi significa que el área de recepción es 10⁴ veces más pequeña que una esfera completa. Con una ganancia de 40 dBi y una órbita de 500 km, da un círculo con un radio de 10 km:
r = √(4π R² G / π) = √(4π (500km)² 10⁻⁴ / π) = 10 km
En comparación, las torres terrestres tienen un patrón de recepción y transmisión horizontal que a menudo se extiende hasta el horizonte. Para una torre de 50 metros de altura, sería un sector que se extiende 25 km en un ángulo típico de unos 45 grados.
Con estas estimaciones las áreas resultan aproximadamente iguales. Existe un beneficio adicional en el sentido de que las torres terrestres que transmiten horizontalmente se perturban entre sí mucho más de lo que perturban a un satélite.
Refrigeración del receptor
La potencia del ruido térmico crece linealmente con la temperatura absoluta. Los receptores refrigerados se utilizan a menudo en las comunicaciones espaciales para reducir la cantidad de ruido.
No pude encontrar información sobre si estos satélites en particular emplearán receptores refrigerados, pero al estar en el espacio podrían hacerlo. Con el aislamiento al vacío, la potencia de refrigeración necesaria es pequeña y, al principio, los radiadores dirigidos adecuadamente podrían enfriarse bastante. No es una tarea fácil, pero, por otro lado, la refrigeración de los satélites siempre es un problema que requiere un diseño cuidadoso.
El ruido del sistema no se puede sumar directamente al otro ruido de interferencia porque es estadísticamente independiente. En cambio, el mayor de los dos domina: si el nivel de ruido del sistema está 3 dB por debajo de la interferencia recibida, solo agrega 0,5 dB al ruido recibido.
Es probable que la interferencia recibida ya domine en las torres terrestres, pero la interferencia recibida potencialmente más baja en un satélite podría requerir un ruido del sistema similarmente más bajo para obtener el beneficio completo.
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