Спутниковый модем

или Спутниковый модем спутниковый модем — это модем, используемый для передачи данных с использованием спутника связи в качестве ретранслятора . Основная функция спутникового модема — преобразование входного потока битов в радиосигнал и наоборот.

Существуют устройства, которые включают только демодулятор (и не имеют модулятора, что позволяет загружать данные только со спутника), которые также называются «спутниковыми модемами». Эти устройства используются при спутниковом доступе в Интернет (в этом случае загружаемые данные передаются через обычный модем PSTN или модем ADSL ).

Спутниковая связь

Основная статья: Спутниковая связь

Спутниковый модем – не единственное устройство, необходимое для установления канала связи. Другое оборудование, необходимое для создания спутниковой связи, включает спутниковые антенны и преобразователи частоты.

Данные, подлежащие передаче, передаются на модем с терминального оборудования (например, компьютера ). Модем обычно имеет выход промежуточной частоты (ПЧ) (то есть 50-200 МГц), однако иногда сигнал модулируется непосредственно в L-диапазон . частоту необходимо преобразовать с помощью повышающего преобразователя В большинстве случаев перед усилением и передачей .

Модулированный сигнал представляет собой последовательность символов , фрагментов данных, представленных соответствующим состоянием сигнала, например, битом или несколькими битами, в зависимости от модуляции используемой схемы . Восстановление тактовой частоты символов (синхронизация локального генератора тактовых импульсов символов с удаленным) является одной из важнейших задач демодулятора.

Аналогичным образом, сигнал, полученный со спутника, сначала преобразуется с понижением частоты (это делается с помощью малошумящего блочного преобразователя - LNB), затем демодулируется модемом и, наконец, обрабатывается терминальным оборудованием данных. LNB обычно питается от модема через сигнальный кабель напряжением 13 или 18 В постоянного тока .

Функции

Основными функциями спутникового модема являются модуляция и демодуляция. Стандарты спутниковой связи также определяют коды исправления ошибок и форматы кадров .

Популярные типы модуляции, используемые для спутниковой связи:

• Двоичная фазовая манипуляция ( BPSK );
• Квадратурная фазовая манипуляция ( QPSK );
• Смещенная квадратурная фазовая манипуляция ( OQPSK );
• 8ПСК ;
• Квадратурная амплитудная модуляция (QAM), особенно 16QAM.

Популярные спутниковые коды исправления ошибок включают в себя:

• Сверточные коды :
  • с длиной ограничения меньше 10, обычно декодируется с помощью алгоритма Витерби (см. декодер Витерби );
  • с длиной ограничения более 10, обычно декодируется с помощью алгоритма Фано (см. Последовательный декодер );
• Коды Рида – Соломона обычно объединяются со сверточными кодами с перемежением ;
• Новые модемы поддерживают улучшенные коды исправления ошибок ( турбокоды и коды LDPC ).

Форматы кадров, поддерживаемые различными спутниковыми модемами, включают:

• Структура бизнес-услуг Intelsat (IBS)
• Кадр промежуточной скорости передачи данных (IDR)
• Транспортный кадр MPEG-2 (используется в DVB )
• E1 и T1 Кадры

Высококачественные модемы также обладают некоторыми дополнительными функциями:

• Несколько интерфейсов данных (например, RS-232 , RS-422 , V.35 , G.703 , LVDS , Ethernet );
• Встроенный мониторинг и контроль удаленного конца (EDMAC), позволяющий управлять модемом удаленного конца;
• Автоматическое управление мощностью восходящей линии связи (AUPC), то есть регулировка выходной мощности для поддержания постоянного соотношения сигнал/шум на удаленном конце;
• удаления и вставки Функция для мультиплексированного потока, позволяющая заменять в нем некоторые каналы.

Внутренняя структура

Внутреннее устройство спутникового модема

Вероятно, лучший способ понять, как работает модем, — это взглянуть на его внутреннюю структуру. Блок-схема обычного спутникового модема показана на изображении.

Аналоговый тракт

После цифро-аналогового преобразования в передатчике сигнал проходит через восстанавливающий фильтр . Затем, при необходимости, выполняется преобразование частоты.

Целью аналогового тракта в приемнике является преобразование частоты сигнала, регулировка его мощности с помощью схемы автоматической регулировки усиления и получение его сложных составляющих огибающей.

Входной сигнал для аналогового тракта находится на промежуточной частоте , иногда в L-диапазоне , и в этом случае его необходимо преобразовать в ПЧ. Затем сигнал либо дискретизируется , либо обрабатывается четырехквадрантным умножителем, который создает комплексные компоненты огибающей ( I, Q ) путем умножения его на частоту гетеродина (см. Супергетеродинный приемник ).

Наконец, сигнал проходит через фильтр сглаживания и дискретизируется или ( оцифровывается ).

Модулятор и демодулятор

Цифровой модулятор преобразует цифровой поток в радиосигнал на промежуточной частоте (ПЧ). Модулятор обычно проще демодулятора, поскольку ему не нужно восстанавливать символьные и несущие частоты.

Демодулятор – одна из важнейших частей приемника. Точная структура демодулятора определяется типом модуляции . Однако фундаментальные концепции схожи. Более того, можно разработать демодулятор, способный обрабатывать сигналы с разными типами модуляции.

Цифровая демодуляция подразумевает, что тактовый сигнал символов (и, в большинстве случаев, генератор промежуточной частоты) на приемной стороне должен быть синхронен с таковым на передающей стороне. Это достигается за счет следующих двух цепей:

• схема восстановления синхронизации, определения границ символов;
• схема восстановления несущей, которая определяет фактическое значение каждого символа. Существуют типы модуляции (например, частотная манипуляция ), которые можно демодулировать без восстановления несущей, однако этот метод, известный как некогерентная демодуляция , обычно хуже.

В демодуляторе также имеются дополнительные компоненты, такие как межсимвольных помех эквалайзер .

Если аналоговый сигнал был оцифрован без четырехквадрантного умножителя, комплексную огибающую необходимо рассчитать с помощью цифрового комплексного микшера .

цифровая схема автоматической регулировки усиления Иногда в демодуляторе реализуется .

FEC-кодирование

Методы исправления ошибок необходимы для спутниковой связи, поскольку из-за ограниченной мощности спутника соотношение сигнал/шум в приемнике обычно довольно плохое. Коррекция ошибок работает путем добавления искусственной избыточности к потоку данных на передающей стороне и использования этой избыточности для исправления ошибок, вызванных шумом и помехами. Это выполняется кодером FEC. Кодер применяет к цифровому потоку код исправления ошибок, тем самым добавляя избыточность.

Декодер FEC декодирует код прямого исправления ошибок, используемый в сигнале. Например, стандарт цифрового видеовещания определяет составной код, состоящий из внутреннего сверточного кода (стандартный код НАСА, проколотый, со скоростями $1/2$, $2/3$, $3/4$, $5/6$, $7/8$), перемежение и внешний код Рида-Соломона (длина блока: 204 байт, информационный блок: 188 байт, можно корректировать до 8 байт в блоке).

Дифференциальное кодирование

Основная статья: Дифференциальное кодирование

Существует несколько типов модуляции (например, PSK и QAM ), которые имеют фазовую неоднозначность, то есть несущую можно восстановить разными способами. дифференциальное кодирование Для устранения этой неоднозначности используется .

При использовании дифференциального кодирования данные намеренно ставятся в зависимость не только от текущего символа , но и от предыдущего.

Скремблирование

Основная статья: Скремблер (рандомайзер)

Скремблирование — это метод, используемый для рандомизации потока данных для исключения длинных последовательностей, состоящих только из «0» и «1», и для обеспечения рассеивания энергии. Длинные последовательности, состоящие только из «0» и «1», создают трудности для схемы восстановления синхронизации. Скремблеры и дескремблеры обычно основаны на регистрах сдвига с линейной обратной связью .

Скремблер рандомизирует передаваемый поток данных. Дескремблер восстанавливает исходный поток из зашифрованного.

Скремблирование не следует путать с шифрованием, поскольку оно не защищает информацию от злоумышленников.

Мультиплексирование

Мультиплексор . преобразует несколько цифровых потоков в один поток Это часто называют «мультиплексированием».

В общем случае демультиплексор — это устройство, преобразующее один мультиплексированный поток данных в несколько. Спутниковые модемы не имеют большого количества выходов, поэтому здесь демультиплексор выполняет операцию сброса , позволяя модему выбирать каналы, которые будут передаваться на выход.

Демультиплексор достигает этой цели, поддерживая синхронизацию кадров .

Приложения

Спутниковый модем NS3000 модулирует и демодулирует данные и видеосигналы, передаваемые через спутник.

«IP-модем» (спутниковый модем), разработанный и изготовленный бельгийской компанией Newtec для SES со скоростью 2 Мбит/с. ASTRA2Connect европейской системы двустороннего спутникового Интернета

Спутниковые модемы часто используются для домашнего доступа в Интернет .

Существует два разных типа, каждый из которых использует цифрового видеовещания в качестве основы стандарт (DVB):

• Односторонние спутниковые модемы ( модемы DVB-IP ) используют обратный канал, не основанный на связи со спутником, например телефонный или кабельный .
• Двусторонние спутниковые модемы ( модемы DVB-RCS , также называемые астромодемами ) также используют обратный спутниковый канал; им не нужно другое соединение. DVB-RCS соответствует ETSI стандарту EN 301 790 .

Существуют также промышленные спутниковые модемы, предназначенные для обеспечения постоянной связи. Они используются, например, в сети Steel Shankar.

См. также

• Спутник связи
• Спутник сбора данных
• Яхсат
• Интелсат
• Спутниковый доступ в Интернет
• ВСАТ

Внешние ссылки

• Регламент радиосвязи МСЭ, раздел IV. Радиостанции и системы – статья 1.113, определение: спутниковая связь Международный союз электросвязи (ITU)
• Талал, М. (1997). Проектирование модема для цифровой спутниковой связи (PDF) (доктор философии). Университет Лафборо. uk.bl.ethos.362760.