Введение

Спутниковый модем — это модем, используемый для организации передачи данных через коммуникационный спутник в качестве ретранслятора. Основная функция спутникового модема — преобразование входящего битового потока в радиосигнал и обратно. Некоторые устройства включают только демодулятор (и не содержат модулятора, что позволяет только принимать данные со спутника), и их также называют "спутниковыми модемами". Эти устройства применяются для спутникового доступа в Интернет (в этом случае отправляемые данные передаются через обычный PSTN-модем или ADSL-модем).

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, предназначенные для передачи, передаются на модем от оконечного оборудования для передачи данных (например, компьютера). Модем обычно имеет выход на промежуточной частоте (ПЧ) (то есть 50–200 МГц), однако иногда сигнал модулируется непосредственно в L-диапазон. В большинстве случаев частоту необходимо преобразовать с помощью повышающего преобразователя частоты перед усилением и передачей. Модулированный сигнал представляет собой последовательность символов – фрагментов данных, представленных соответствующим состоянием сигнала, например, битом или несколькими битами, в зависимости от используемой схемы модуляции. Восстановление тактовой частоты символов (синхронизация местного генератора тактовой частоты символов с удаленным) – одна из важнейших задач демодулятора. Аналогично, сигнал, принимаемый со спутника, сначала преобразуется в более низкую частоту (это выполняется малошумящим блоком LNB), затем демодулируется модемом и, наконец, обрабатывается оконечным оборудованием для передачи данных. LNB обычно питается от модема через сигнальный кабель напряжением 13 или 18 В постоянного тока.

Внутренняя структура

Вероятно, лучший способ понять, как работает модем, — это рассмотреть его внутреннее устройство. На изображении представлена блок-схема типичного спутникового модема.

Аналоговый тракт

После цифро-аналогового преобразования в передатчике сигнал проходит через фильтр реконструкции. Затем, при необходимости, выполняется преобразование частоты. Задача аналогового тракта в приемнике – преобразовать частоту сигнала, отрегулировать его мощность с помощью схемы автоматической регулировки усиления и выделить составляющие его комплексной огибающей. Входной сигнал для аналогового тракта поступает на промежуточной частоте, иногда в L-диапазоне, в этом случае он должен быть преобразован в промежуточную частоту. Далее сигнал либо дискретизируется, либо обрабатывается четырехквадрантным умножителем, который формирует составляющие комплексной огибающей (I, Q) путем умножения на частоту гетеродина (см. супергетеродинный приемник). В заключение сигнал проходит через фильтр антиалиасинга и дискретизируется или (оцифровывается).

Кодирование FEC

Техники коррекции ошибок необходимы для спутниковой связи, поскольку из-за ограниченной мощности спутника отношение сигнала к шуму на стороне приемника обычно довольно низкое. 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 осуществляется с помощью кодировщика FEC. Кодировщик применяет код коррекции ошибок к цифровому потоку, тем самым добавляя избыточность. Декодировщик FEC декодирует код прямой коррекции ошибок (Forward Error Correction), используемый в сигнале. Например, стандарт цифрового видеовещания определяет каскадный код, состоящий из внутреннего сверточного кода (стандартный код NASA, проколотый, со скоростями , , , ), интерливера и внешнего кода Рида — Соломона (длина блока: 204 байта, информационный блок: 188 байт, способен исправлять до 8 байт в блоке).

Дифференциальное кодирование

Существует несколько типов модуляции (таких как PSK и QAM), которые характеризуются неопределенностью фазы, то есть несущая может быть восстановлена несколькими способами. Дифференциальное кодирование используется для разрешения этой неопределенности. При применении дифференциального кодирования данные намеренно делают зависимыми не только от текущего символа, но и от предыдущего.

Скремблирование

Скремблирование — это техника, используемая для рандомизации потока данных с целью устранения длинных последовательностей, состоящих только из нулей и только из единиц, и обеспечения равномерного распределения энергии. Длинные последовательности, состоящие только из нулей или только из единиц, создают трудности для схемы восстановления синхронизации. Скремблеры и дескремблеры обычно основаны на линейных регистрах сдвига с обратной связью. Скремблер рандомизирует передаваемый поток данных, а дескремблер восстанавливает исходный поток из перемешанного. Скремблирование не следует путать с шифрованием, поскольку оно не обеспечивает защиту информации от несанкционированного доступа.

Мультиплексирование

Мультиплексор преобразует несколько цифровых потоков в один поток. Это часто называют "муксированием". Обычно демультиплексор – это устройство, которое преобразует один мультиплексированный поток данных в несколько. Спутниковые модемы не имеют большого количества выходов, поэтому демультиплексор здесь выполняет операцию отбрасывания, позволяя модему выбирать каналы для передачи на выход. Демультиплексор достигает этого, поддерживая синхронизацию кадров.