Geherformuleerde terrestrische radio MIMO-technologie zou SpaceX in staat kunnen stellen om tegen het einde van het decennium eigenhandig de wereldwijde digitale kloof te overbruggen

Een hoogst onwaarschijnlijke, radicaal innovatieve synthese van millimetergolfantenne-ontwerp, digitale communicatiecodering, new-school terrestrische radio-multi-signaalverwerking en old-school directionele satelliettransmissie zou tegen 2026 High Definition-internet van way-on-high tot miljarden kunnen opleveren. Dit stuk beschrijft recent gepatenteerde Dynamische polarisatie Ruimtelijke multiplexing en beamforming ("Dynamic Polarization", of "DPSMXBF") technologie en hoe het zo-opgewaardeerde Low Earth Orbit-satelliet ("LEOSat")-netwerken in staat zou kunnen stellen om de wereldwijde internet Haves versus Have-nots "digitale kloof" in slechts een paar jaar te dichten.

Twee decennia na het nieuwe millennium heeft een beslist overwicht van de wereldbevolking nog steeds geen internet van goede videokwaliteit thuis. Je zou kunnen denken dat al die nieuwerwetse LEOSat-sterrenbeelden die nu beginnen te lanceren, samen eindelijk die 21^st eeuw wereldwijde sociaaleconomische kloof, maar zelfs het volledige Starlink-netwerk van SpaceX kan dat niet zal u zelfs beginnen het inkorten van de massa's van Netflix-beroofd. De geplande 12k 15 Gbps-satellieten zullen minder dan 2M 720p HD-streams leveren aan de meer dan miljard huishoudens die hieronder schreeuwen, een tekort van meer dan 100x internetcapaciteit. Dus, aangezien het lanceren van 1.2 miljoen satellieten waarschijnlijk de mogelijkheden van zelfs Elon Musk overtreft, zou men kunnen concluderen dat de wereldwijde kloof in internetconnectiviteit nog een tijdje onoverbrugd zal blijven.

Niet zo snel. Een out-of-the-blue technische doorbraak uit een zeer onwaarschijnlijke bron zou krachtig doordringen terrestrische draadloze- afgeleide technologie in die opkomende LEOSat-radio's zodat ze dat konden massief regen internet uit de lucht. Een eerlijk-tot-goedheid Eureka Moment dat twee jaar geleden een gepensioneerde RF-ingenieur (uh, ik) bezocht, leidde ertoe dat ik, van alle dingen, een radio antenne dat zou modern kunnen schieten 21^st eeuw (4.8 Gbps WiFi-stamboom) datasnelheid-vermenigvuldiging Multiple-Input-Multiple-Output Spatial Multiplexing (“MIMO SMX”) samen met begin 20^th eeuw (en LEOSat-alomtegenwoordige) ultra-lange afstand phased array Directional Beamforming (“DBF”) tot de LEO-satellietinternetcapaciteit met orden van grootte vergroten. Dus dat, laten we zeggen, een 128^th bestel Dynamic Polarization-begiftigde tweede tranche van 7518 SpaceX 1.8 Tbps "Starlink2" satellieten die rond het midden van het decennium werden gelanceerd, zouden in zijn eentje het bovengenoemde internettekort kunnen overwinnen en uiteindelijk, definitief (en afgezaagd), ja, "BtDD".

Zo'n gedurfde claim vraagt ​​om een ​​goede onderbouwing, die ik in de volgende paragrafen beknopt zal proberen (minder te veel tech-speak). Als uw ogen desondanks beginnen te glanzen, ga dan verder naar beneden voorbij Afbeelding 4. Anders toont Afbeelding 1 een LEOSat Downlink geannoteerd in de matrixtaal van MIMO multi-signaalverwerking:

Gegevens D worden eerst gemoduleerd in n Tx ruimtelijke stromen [S]. [S] zendt vervolgens phased array beamformed (Tx DBF) uit, wordt draadloos gelanceerd via de Direct Line of Sight satelliet-grondverbinding (DLOS) en ontvangt phased array beamformed (Rx DBF) in n Rx ruimtelijke streams [S*], een proces gezamenlijk vertegenwoordigd door het “LEOSat Propagation Channel” [H]. [S*] wordt dan ruimtelijk gedemultiplext (SDMX) in een [S'] (zogenaamd equivalent aan de originele [S]) voor demodulatie terug naar D. Figuur 1 plaagt ook de fundamentele MIMO ruimtelijke multiplexmethode: karakteriseer [H] zodat de SDMX kan zijn inverse transferfunctie toepassen [H^-1] om de ingang [S] van het voortplantingskanaal te herstellen van de uitgang [S*].

My Eureka Moment bracht nieuwe LEOSat Tx / User Rx-antennestructuren voort die op ingenieuze wijze synthetiseren a triviaal gestructureerd [H] dat op zijn beurt neerslaat a triviaal geïmplementeerd [H^-1]. De kern van de openbaring was het besef dat (conceptueel en praktisch veel eenvoudiger dan het klinkt) n-dimensionale orthogonale binaire sequentie antennepolarisatie polar bij de signaalbron kan "ruimtelijk kanaliseren" een willekeurig groot aantal n gelijktijdige, co-channel RF-ruimtelijke streams het doorkruisen van een satelliet-grondverbinding op een manier die: enorm vereenvoudigt hun robuuste herstel, isolatie en reconstitutie op de signaalbestemming.

Figuur 2 presenteert de zo gesynthetiseerde Dynamische polarisatie Kanaal [H_DP] inclusief mijn Eureka Moment "DPA" Tx- en Rx-antennes, plus een afbeelding van [H_DP]'s specifiek "DPC" inschakelen Dynamische polarisatiecodeset, een speciaal geselecteerde set van n verschillende ruimtelijke stroompolarisatiesequenties.

De LEOSat Tx en User Rx in dienst selecteerbare dubbele polarisatie (LHCP/ RHCP) DPA-antennes bestuurd door wederzijds orthogonale binaire DPC-sequenties om indruk te maken n-dimensionale orthogonale polarisatie op hun respectievelijke uitgestraalde en gedetecteerde ruimtelijke stromen. De precieze stapsgewijze bewerkingen zijn weergegeven in figuur 3:

[S] ondergaat sequentiële LEOSat Tx Dynamische polarisatie (1), DLOS-voortplantingskanaal Aggregatie (2) en Gebruiker Rx Dynamische polarisatiefiltering (3) bij het passeren van [H_DP] om te verschijnen als [S*]. Aan de uitgang wordt elke afzonderlijke ruimtelijke stroom S*_i bestaat uit een enkele afzonderlijke "Tx-Rx like-gepolariseerde" S_i van referentieamplitude “1” plus n-1 andere “Tx-Rx cross-polarized” S_j≠I, elk met relatieve amplitude "1/2" (vind [H_DP] correct uitgedrukt in MIMO-taal hieronder). Het blijkt dat zo'n opvallend eenvoudig (dwz deterministisch, uniform en tijdinvariant) [H_DP] overdrachtsfunctie is gemakkelijk matrix-geïnverteerd in een overeenkomstige eenvoudige (idem) [H_DP^-1] SDMX, ook MIMO-vertegenwoordigd in het uitgebreide Dynamic Polarization LEOSat Downlink-model van figuur 4:

LEOSat-radio die door zijn ontwerp wordt gebruikt enorm Tx en Rx phased array antennes kunnen daarbij: buitengewoon gebruik maken van dynamische polarisatie. Een "kleine" LEOSat Tx DPA-array (van bijvoorbeeld 256 antenne-elementen) die wordt gebruikt om de Tx-spotbeam-grondvoetafdruk te maximaliseren, vereist een overeenkomstig grote User Rx-tegenhanger (zeg 1024 elementen) om in totaal de gebudgetteerde verbindingsantenneversterking te bereiken. 128^th bestellen Dynamic Polarization SMX is geschikt voor beide DBF-arrayconfiguraties, terwijl de internetcapaciteit met 128 wordt vermenigvuldigd! Tegen welke prijs, zo'n wonder? Welnu, de microchips van de zendontvanger nemen aanzienlijk toe in omvang en kosten, wat leidt tot duurdere (hoewel niet zo veel) LEOSats. Echter, de overeenkomstige stijging in Gebruiker Rx kosten per eenheid zal verdrinken in het kielzog van een misschien 50x boost in volume zendingen van een dergelijke abonnee-CPE, om nog maar te zwijgen van de bijbehorende 50x sprong in maandelijkse internetabonnementen. IOW, Dynamische polarisatie zou de LEOSat-internetdistributiecapaciteit meer dan 100 keer kunnen vergroten tegen onbeduidende kosten- EEN ZEER GROTE DEAL!

Dus laten we nu eens kijken naar dat hoogdravende idee van het verstrekken van Hi-Def satelliet-internet aan al die miljarden die wereldwijd nog steeds slecht of niet verbonden zijn. Specifiek gericht op de geplande fase 2-uitrol van Starlink, het lanceren van 7518 meer LEOSats op zich klinkt geweldig, maar pakt niet echt de kern van de aarde aan demografisch probleem: 95% van de bevolking leeft op 10% van het land. Slechts 2.5% van elke wereldomvattende constellatie zal op elk moment over die bijzonder bevolkte landmassa vliegen, wat betekent dat de effectief 97.5% inactief legacy Starlink kon alleen maar stralen 1.7M HD-streams naar die 1.3B Internetarme huishoudens hieronder.

Voer dynamische polarisatie in. Laten we eerst beginnen met vergelijkende satellietverbindingsbudgetten voor de niet-SMX legacy Starlink Phase 2 die momenteel in de maak is en de fantasievolle DPSMXBF-128-begiftigde Starlink2. Extrapolatie van de zeer schaarse technische informatie van SpaceX die op internet beschikbaar is, geeft ons figuur 5:

Afbeelding 6 visualiseert het Starlink2-model met DPSMXBF-128-radio's in SpaceX Gateways, LEOSats en CPE uit het midden van het decennium.

128^th bestel Dynamische Polarisatie maakt een mogelijk 1.8 Tbps LEOSat om internet via een uplink door te sturen 15.5 Tbps-gateway tot 16 intern 111 Gbps LEOSat Tx radio's, elk downlinkend binnen een straal van bijna een kwart miljoen km² grondvoetafdruk (denk aan 1.2 miljoen Netflix-streams die zijn opgestapeld in 16 5 km brede spotbeams die waanzinnig hinkelen over een gebied ter grootte van Wyoming). Starlink2-abonnees wereldwijd zouden in dienst hebben 870 Mbps CPE bestaande uit een enkele ruimtelijke stroom (van de 128) afgepeld a 111 Gbps Gebruiker Rx radio om altijd en overal te downlinken, minimaal 720p HD-internet thuis. Tegen 2026 zouden de 2.5% niet-inactieve Starlink2-satellieten 334 Tbps (dwz 223 miljoen gelijktijdige Netflix-sessies) kunnen downlinken naar die 1.3 miljard potentiële abonnees hieronder. Tegen een bij uitstek redelijke 6x overabonnement konden AL die huishoudens uiteindelijk bogen op HD-internet uit de hemel. En aangezien Starlink2-radio's zouden verschillen van de originele Starlink-transceivers in slechts chipset, brengt het leveren van Dynamic Polarization Internet aan een miljard huishoudens dezelfde capex/opex met zich mee als het leveren van legacy LEOSat-breedband aan SpaceX's oorspronkelijk beoogde 20 miljoen of zo. Elon zou mogelijk een globaal gemiddelde kunnen rekenen van $ 15 / maand ($ 20 eerste wereld, $ 10 derde wereld?) voor Starlink2 Internet, bijna aanmelden 1B abonnees en financier zijn bemande Mars-missies ruimschoots.

Even een stapje terug, in de veronderstelling dat binnen het decennium zowat elk hoogbouwappartement in een grote stad, een flat in een buitenwijk of een landelijke boerderij op de planeet zou een "Dishy McFlatface" kunnen ontkiemen en YouTube streamen lijkt een verbijsterend gevolg van een eenzame Joe Engineer die op een ochtend een nieuwe antenne bedenkt.  Laten we twee jaar terugspoelen naar dat Eureka-moment. Visioenen van zulke suikerpruimen die al begonnen te dansen in mijn kleine hoofdje, realiseerde me dat ik in meer dan 40 jaar radio's bouwen nooit de behoefte zou zijn tegengekomen om continu een antenne te schakelen polarisatie. Hmm, tijd om de octrooiadvocaten te bellen. Snel vooruit naar het heden, mijn vermoeden was juist, aangezien de USPTO me onlangs de eerste twee heeft verleend in misschien een reeks patenten voor draadloze DPSMXBF-communicatie.

Nu zijn slimme antenne-postulatie en matrixmanipulatie (en patenten ook) gewoon geweldig, maar ik heb vier decennia lang geen betaalde baan in Silicon Valley gehad, alleen maar om fantastische draadloze technologieschema's te pushen. Ik heb in mijn tijd eigenlijk 20 verschillende digitale microgolfradio's ontworpen, gebouwd, getest en gevalideerd, waardoor ik nu een beetje in de problemen zit. Enkele jaren met pensioen, heb ik niet langer toegang tot de megabuck-plus suite van radiosysteemsimulatie- en antenne-ontwerptools, prototyping-winkel, RF-lab, microgolftestapparatuur en draadloos SoC-ontwikkelsysteem dat nodig is om een ​​redelijke Dynamic Polarization-technologiedemonstratie te vinden. Betekenis Ik ben er vrij zeker van dat DPSMXBF werkt, maar ik heb niet de middelen om het te bewijzen. Dus ik zal de leiding over de juiste validatie van dynamische polarisatie moeten doorgeven aan een voldoende goed uitgeruste entiteit met meer dan een voorbijgaande interesse in de technologie. Ik zit op LinkedIn, zoek me maar op.

PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.

Bron: https://spacenews.com/tech-breakthrough-morphs-gigabit-wifi-into-terabit-satellite-internet/