Всё о проекте «Спутниковый интернет Starlink». Часть 25. EPFD или «административно-физическая гиря» на ногах SpaceX

Предлагаю ознакомиться с ранее размещенными материалами по проекту Starlink (SL):
‣ Часть 20. Внутреннее устройство терминала SL ‣ Часть 21. SL и проблемы поляризаци ‣ Часть 22. Проблемы электромагнитной совместимости c другими спутниками. ‣ Часть 23. Промежуточные итоги аукциона RDOF ‣ Часть 24. Лазерные Каналы -2

Когда читаешь восторженные комменты о будущем победном шествии StarLink по планете, о том как там почти по мановению ока и взмаху руки Илона Маска появятся межспутниковые каналы, или для SpaceX пересмотрят национальные законы по получению прав на частоты, или как технологическая сложность абонентского терминала StarLink вместе с его ценой рухнет до уровня велосипеда с китайской фабрики, остается только вздохнуть… А ведь это еще не все ограничения и барьеры, которые окружают инженеров StarLink и значительно усложняют их работу.

Сегодня затронем тему — EPFD или Equivalent Power Flux Density (эквивалентная плотность потока мощности). Это еще один параметр, суровая необходимость соблюдать который уже принесла проблемы и ограничения для инженеров StarLink и похоже еще принесет…
Вот документ МСЭ описывающий, что это и как считать.

Передатчик на борту спутника посылает сигнал в сторону Земли, и чем сильнее этот сигнал, тем меньше нам нужна площадь антенны внизу, или при том же размере антенны мы можем иметь большее соотношение сигнал/шум и передать больше бит в одном Герце.

Для того, чтобы сигналы от разных источников на одной частоте не мешали друг другу МСЭ ввело лимиты, которые должны соблюдать все владельцы радиоэлектронных средств (в данном случае операторы спутников).

Все развитие ИСЗ на геостационаре шло по пути того, как бы постараться приблизиться к этому лимиту, так как даже мощность 100 Вт передатчика на геостационарном спутнике на расстоянии 36000 км при минимальном угле диаграммы направленности антенны позволял к этому лимиту только немного подойти, а минимальный диаметр зоны освещения на Земле, который удавалось создать, примерно равен 36000 км х 0,01 = 360 км. И весь сигнал «размазывается» по этой площади.

А теперь посмотрим на StarLink: высота всего 550 км (то есть в 65 раз меньше), и диаметр зоны при 1 градусе будет всего около 6 км. Используя тот же передатчик на спутнике, StarLink могли бы иметь в десятки раз более мощный сигнал (по сути разница — это 65², то есть почти в 40000 раз).

Но тут все упирается в нормы по EPFD, которые SpaceX обязан соблюдать, и все на чем он может сэкономить — это на мощности передатчика (габариты, цена и энергопотребление), но это все копейки по сравнению с потерянными возможностями вместо модуляции 8PSK которая имеется сейчас и соответствующих ей 3 бита/Герц, можно было бы использовать 64QAM и получить 6 бит/Гц для полосы в 240 МГц. Это была бы скорость 1,4 Гигабита! Просто фантастика для абонента…

Если Вы посмотрите на Заявку SpaceX в FCC (Federal Communication Comission), то чуть ли не половина ее технической части — это расчеты и диаграммы, доказывающие FCC, что StarLink не выходит за пределы лимита EPFD (красная линия), принятыми FCC для США. Вот пример такого рисунка:



Если бы не эти жесткие лимиты, то StarLink мог бы уменьшить размер терминала или дать абоненту существенно большие скорости и иметь значительно больше абонентов в одной соте.

При этом уход StarLink с первоначальных 1100 км (на которое FCC и дал разрешение в 2018 году) на 550 км только усугубил проблему, сигнал спутника стал на Земле еще мощнее, и вокруг этого сейчас ведется настоящая рубка в FCC (противники SpaceX пытаются доказать, что SpaceX нарушает лимит мощности по EPFD).

Сейчас появился интересный документ, в котором говорится о том, что в своих расчетах SpaceX якобы исходит из того, что участок на Земле получает сигнал только от одного спутника, в то время как на самом деле, имея группировку в 4000+ спутников (при том, что каждый ИСЗ имеет зону видимости на Земле диаметром в 1900 км), на один участок Земли будут светить 2 и более ИСЗ. И тогда приемники спутникового телевидения компании DISH могут столкнуться с проблемами.



И в принципе бизнес логика это и предусматривает – если у Вас рядом есть полупустая зона и зона с многими абонентами, почему на загруженную зону не направить второй и третий луч с других ИСЗ? Или абонент имеет препятствие на линии на основной ИСЗ для этой зоны, почему его не переключить на другой ИСЗ?

Чем это кончится не известно, дебаты в FCC продолжаются. На кону вопрос о переводе всех 4408 ИСЗ StarLink с высоты 1100 км на 550 км, на что уже все ориентировано в SpaceX. Возможно FCC одобрит его, но выдвинет новые ограничения для StarLink.

А между тем на орбиту отправилось уже 1147 ИСЗ из разрешенных FCC 1584 для фазы 1, (если же считать в плоскостях то сделаны запуски в 57 из 72), а конца обсуждению заявки SpaceX от 17 апреля 2020 года о снижении высоты для всех ИСЗ не видно. Напомню, что первую заявку SpaceX ФСС рассматривал более 2 лет (а в 2016-2018 годах к SpaceX и его планам относились не так серьезно и с не таким противодействием от практически всех спутниковых операторов).

Так что в реализации планов Илона Маска на расширение и увеличение скорости для абонентов в этом и следующем году могут быть задержки.