Questão:
Um smartphone poderia realmente transmitir para satélites em um sistema de internet baseado no espaço?
LocalFluff
2016-11-27 19:35:50 UTC
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Os sistemas de internet baseados no espaço, como o recentemente proposto pela SpaceX e pelo Google, usam satélites para se comunicarem diretamente com os usuários finais, sem usar estações terrestres celulares. Mas quanta energia um dispositivo de consumo como um smartphone precisa para enviar dados de mais de 1.000 km? Não seria necessário uma antena externa separada e um amplificador, reduzindo a mobilidade?

Isso, ou uma antena gigante na extremidade receptora.
Tem certeza que é dito que os sistemas SpaceX e Google fornecerão * internet diretamente para smartphones? Bidirecionalmente? Diretamente entre satélites e smartphones em caminhos de 1200 a 1600 km? * Você pode mostrar um link confiável para alguém que está dizendo isso? Isso parece um desafio. Foi dito que funcionaria em ambientes fechados ou apenas ao ar livre com uma visão clara do céu?
Os planos da SpaceX teriam os satélites se comunicando com estações do tamanho de uma caixa de pizza, de acordo com Elon Musk em https://youtu.be/hJD0MMP4nkM?t=50m
@DaanMichiels que parece certo. Um phased array eletronicamente orientável caberia facilmente em uma caixa de pizza nesses comprimentos de onda, e essa tecnologia está amadurecendo e provavelmente terá uma implementação de baixo custo com o tempo, possivelmente até em um formato de pizza pessoal. Obrigado pelo link!
As antenas @AaronM não ajudam com uma relação sinal / ruído fraca. Antenas grandes são boas, porque permitem que você tenha uma resolução espacial muito mais estreita (ignorando mais ruído). Isso significa que você pode apontar a antena com mais precisão, mas o corolário é que, se você não apontar a antena com mais precisão, ela bloqueará o sinal. Portanto, sem estações terrestres, você não pode usar uma antena gigante.
@Aron, claro, as antenas podem ajudar em uma relação sinal / ruído fraca! Se o ruído for dominado pelo front-end do receptor, um sinal mais forte de uma antena maior ajudará. Se o ruído vier do céu como uma fonte estendida, uma antena maior pode (dependendo dos detalhes) produzir um feixe de recepção mais estreito, aumentando também o sinal para o ruído.
@uhoh Acho que você está concordando com meu ponto. Você NÃO PODE usar um "feixe de recepção" mais estreito quando não tiver uma estação base. Porque antenas gigantes funcionam porque você pode apontá-las. Mas você só quer apontar um satélite para algo que não está se movendo. Além disso, os sats LEO irão dificultar o rastreamento de QUALQUER COISA. Meu ponto é que as antenas grandes não são mágicas.
@Aron OK, essa última frase está bem - "antenas grandes não são mágicas." Mas agora e especialmente no futuro próximo os arrays em fase eletronicamente serão eletronicamente orientáveis ​​e não proibitivamente caros. Já é possível ir até a loja e comprar um roteador pessoal WiFi de 5 GHz com direção de feixe eletrônico. Embora os receptores de banda larga ainda precisem de antenas por enquanto, se você estiver usando uma banda de frequência bastante estreita, um conjunto plano pode ser controlado eletronicamente sob controle do computador.
@uhoh Amém para aberturas sintéticas / MIMO!
Você tem certeza? Mesmo uma antena parabólica de 1 metro perfeitamente precisa não captará o que uma antena parabólica de 50 metros.
@AaronM No seu próprio estilo. Você não pode assistir a América inteira com o Telescópio Espacial Hubble.
Trzy respostas:
asdfex
2016-11-27 21:57:55 UTC
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Embora os requisitos de energia sejam maiores do que para o serviço GSM regular, eles não são tão altos quanto se possa imaginar. Os telefones por satélite atuais usam aparelhos do tamanho dos telefones móveis da era de 2.000 e são capazes de transmitir 15 kBit / s para satélites geossíncronos (o sistema Thuraya). Esses satélites estão mais de 30 vezes mais distantes da Terra do que o sistema SpaceX planejado. Portanto, a potência recebida é cerca de 1000 vezes mais fraca.

Comparado com, por exemplo Iridium, a rede de satélites planejada tem a vantagem de um número muito maior de satélites (4000 contra 66), o que permite o uso de antenas altamente direcionais com ganho muito melhor, até no próprio telefone.

Para transferência de dados em alta velocidade uma antena maior será necessária, mas serviços de menor largura de banda estão bem ao alcance de smartphones, embora com um design ligeiramente alterado para abrigar uma antena maior. Não tenho números precisos, mas uma largura de banda bem acima de 100 kBit / s parece bem possível ao se comunicar com um satélite no LEO.

Implícita aqui está a necessidade de estar ao ar livre com uma linha de visão clara para o satélite em movimento, não é? E essa também não é uma antena interna típica de smartphone - tem um tamanho bastante substancial. Consulte https://i.stack.imgur.com/HTI1R.jpg e https://i.stack.imgur.com/rTEdR.jpg por exemplo. Então, você está realmente falando de um smartphone, parado ao ar livre na chuva, com uma antena externa especializada - certo?
À medida que a frequência aumenta e o comprimento de onda diminui, uma antena menor terá o mesmo ganho * referenciado a um dipolo de meio comprimento de onda *, mas isso não significa que coletará a mesma potência - a área de coleta efetiva de um dipolo de referência, é claro, escalas com comprimento de onda ao quadrado. Em algum ponto, você não pode diminuir o tamanho da antena, não importa quão pequeno seja o comprimento de onda. Pense em receber sinais ópticos de satélites - não se usa um dipolo submícron, usa-se um telescópio de dezenas de centímetros ou muito mais para coletar energia suficiente.
Iridium usa 1,6 GHz, SpaceX quer usar 10-12 GHz. Pode ser possível implementar um phasing array de antenas para um sinal altamente direcional em uma barra de 1 cm de altura ao longo da parte superior de um dispositivo semelhante a um smartphone.
OK, agora ele mudou para um * dispositivo parecido com um smartphone * que se traduz em inglês como "Caro, aparelho especializado". Embora algum ganho venha com a direcionalidade, para arranjos de antenas maiores que um comprimento de onda, uma área de coleta total grande o suficiente ainda é importante. Além de ter uma abertura sintética do tamanho de um continente, o Square Kilometer Array (SKA) ainda possui um quilômetro quadrado de área real do prato para sensibilidade. Esse tipo de especulação deve ser apoiado por matemática real.
Marcus Müller
2016-11-27 21:57:09 UTC
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Presumivelmente, sim, ter um telefone inteligente via satélite é possível sem inovação tecnológica fundamental.

Existem telefones móveis via satélite que não são maiores do que os telefones celulares do final dos anos 90 / início dos anos 2000. Procure telefones Iridium ou Thuraya.

e olhe os tamanhos de suas antenas
Old_Fossil
2016-11-28 09:47:01 UTC
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Se for um satélite geossíncrono, não será um problema. O próprio satélite transmitirá com potência suficiente para se conectar ao smartphone. O satélite teria um ganho alto o suficiente para receber o smartphone. Qualquer telefone dentro da área do satélite se conectaria facilmente. Isso ocorre porque o caminho do sinal é direto para cima e, como resultado, o sinal não teria e obstruções terrestres ou problemas de propagação do sinal bloqueando o sinal. O transponder dos satélites faria o link para a companhia telefônica.

Um satélite em órbita terrestre baixa (LEO) não seria viável para qualquer serviço de telefonia celular devido à natureza elíptica da órbita. Estaria sujeito a ser utilizável apenas por 6 a 10 minutos durante cada passagem aérea. O satélite levaria 90 minutos a mais ou a menos para completar a órbita da Terra. A órbita dos satélites não mudaria. No entanto, uma vez que está orbitando o planeta Terra, que está girando de leste a oeste 90 minutos depois, o satélite estaria 15 graus a oeste de você e não estaria acima por horas, senão dias. Além disso, devido à órbita elíptica, a velocidade à medida que passa muda. Isso faz com que algo conhecido como Doppler Shift, como resultado, tanto os smartphones quanto os satélites teriam que ajustar constantemente suas frequências para permanecer em contato.

Doppler Shift é o efeito que se ouve quando se está próximo a uma ferrovia enquanto um trem que passa apita. À medida que se aproxima, o tom fica mais alto, à sua frente o tom real e, à medida que passa, a frequência diminui.

Isso tudo está ao contrário. A constelação Iridium LEO já está totalmente funcional (embora seja muito cara) e usa um pacote de antena de posição fixa no lado da superfície. (Ou é omnidirecional ou se orienta internamente e provavelmente eletronicamente.) Mas a Internet via satélite GEO requer absolutamente uma antena pontiaguda de tamanho considerável. Você não vai conseguir isso em um smartphone, mais obviamente porque as áreas dos pratos usados ​​são maiores do que os telefones em duas ordens de magnitude.
Compensar o deslocamento Doppler é trivial - muito mais fácil do que compensar a atenuação do quadrado inverso da distância extra para a órbita geossíncrona ou o fato de que, para grande parte da parte de alta tecnologia do mundo, os satélites geossíncronos estão horizonte.
1 satélite LEO não funcionaria para telefone celular. No entanto, a configuração do Iridium é diferente. Existem mais de 60 satélites interligados que transferem a chamada para o próximo satélite que estiver ao alcance. Cada satélite orbita a Terra a 780 km acima da superfície a cada 100,6 minutos,


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