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Der Satelliten-Internetdienst Starlink von SpaceX kann nach einem neuen Forschungsbericht, der von Forschern der University of Texas veröffentlicht wurde, so umgebaut werden, dass er als globales Positionsbestimmungssystem funktioniert. Die Forschung umfasst die Verwendung einer sekundären Schüssel, um die Signale zu erfassen, während die Starlink-Benutzerschüssel kontinuierlich mit den Satelliten kommuniziert, und enthüllt auch andere wichtige Merkmale des Signals, das vom Satelliten zur Schüssel wandert. Dazu gehören die Art des Signals selbst, die Bemühungen von SpaceX, sicherzustellen, dass die Übertragung effizient ist, und die Sicherheitsfunktionen der Schüssel, die vorhanden sind, um zu verhindern, dass ein Benutzer auf die Rohsignale zugreift, um festzustellen, ob der Dienst zur Bestimmung des Standorts von verwendet werden kann Objekte, an die es sendet.
Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von Starlink liegt weit unter den für die Positionskommunikation erforderlichen Werten
Das Forschungursprünglich entdeckt von der MIT Technology Review, wirft einen Blick darauf, ob Starlink-Satellitensignale auch zur Bestimmung von Positions-, Navigations- und Zeitkoordinaten (PNT) verwendet werden können. Bei der Entscheidung, ob die SpaceX-Schüssel zum Decodieren der Signale und für PNT verwendet werden soll, stellten die Forscher fest, dass die Schüssel über vorhandene Sicherheitsfunktionen verfügt, die sie daran hindern, sie als Entwicklungsgerät zu verwenden.
Da das Timing für GPS entscheidend ist, das die Zeit misst, die Signale von verschiedenen Satelliten benötigen, um zu und von einem Empfänger zu gelangen, um seinen Standort zu bestimmen, erwies sich die Uhr der Schüssel, die die Signale von den Satelliten mischt, als unzuverlässig.
Daher entschieden sie sich, für das Experiment eine eigene Schüssel zu bauen, bei der eine lenkbare Parabolschüssel verwendet wurde, öffentlich freigegebene Daten von SpaceX für die Starlink-Satellitenkoordinaten verwendet wurden, ein kontinuierliches Signal von den Satelliten zur Benutzerschüssel von SpaceX verwendet und die Signale konvertiert wurden von ihren Frequenzen im 12-GHz-Band zu denen im 2,1-GHz-Band. Um sicherzustellen, dass die Signale für das benutzerdefinierte Gericht durchgehend verfügbar waren, ließen sie das Starlink-Terminal kontinuierlich ein hochauflösendes YouTube-Video herunterladen.
Ihre Inspektion ergab, dass das Starlink-Signal in acht Kanäle unterteilt ist, wobei jeder Kanal eine Bandbreite von 240 MHz hat. Davon verwendet SpaceX nur sechs Kanäle, und die beiden Kanäle am unteren Ende sind leer – was die Autoren vermuten, weil sie nahe an den von Astronomen verwendeten Frequenzen liegen.
Innerhalb jedes Kanals lässt das Signal vier Unterträger leer, um Leckagen abzudecken, und insgesamt hat SpaceX auch eine Frequenz von 10 MHz als Schutzband reserviert.
Um das Signal zur Positionierung zu verwenden, müssen dessen Synchronisationssequenzen analysiert werden. Bei der Reise vom Satelliten zur Schüssel verwendet das Signal das, was genannt wird Orthogonales Frequenzmultiplexing oder OFDM. Dadurch wird das Hauptsignal in mehrere kleinere Signale aufgeteilt, wobei die Schüssel dann dafür verantwortlich ist, sie beim Empfang zu kombinieren oder zu „synchronisieren“.
Laut den Forschern kann ein separates Funkgerät, wie das von ihnen verwendete, verwendet werden, um die Synchronisationssequenzen vorherzusagen, die dann verwendet werden können, um ein Signal zu replizieren, das mit den für die GPS-Positionierung erforderlichen Variablen übereinstimmt oder “korreliert”. Darüber hinaus entdeckten sie auch, dass das replizierte Signal eine starke Korrelation mit dem tatsächlichen Starlink-Signal aufweist.
Das Starlink-Signal wurde entwickelt, um die Effizienz der Benutzergerichte zu gewährleisten und die Kosten zu senken, sagen Forscher
Eine tiefere und gründlichere Analyse der Signale zeigt, dass SpaceX möglicherweise unterschiedliche Leistungsstufen für verschiedene Benutzeruntergruppen und Zellen verwendet. Eine Zelle ist eine geografische Region, die vom Starlink-Satelliten abgedeckt wird, und verschiedene Zellen liefern oft unterschiedliche Download- und Upload-Geschwindigkeiten. Zusätzlich strahlen die Satelliten in einem weiteren Merkmal, das für eine GPS-Abdeckung geeignet ist, selbst wenn keine Benutzeranforderung besteht, immer noch eine minimale Menge an Frames nach unten. Dies ist laut den Forschern ausreichend, um sowohl regelmäßig als auch dicht zu sein, um eine PNT-Abdeckung bereitzustellen.
Darüber hinaus entdeckten sie auch, dass, da die Signaleigenschaften über Satelliten hinweg ähnlich sind, das gesamte Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von -6 dB der Positionsdaten deutlich unter dem Schwellenwert liegt, der für die Bereitstellung einer GPS-Abdeckung erforderlich ist. Dieses niedrige Verhältnis bedeutet auch, dass keine leistungsstarken Antennen für die Positionsabdeckung benötigt werden und die Informationen auch von Satelliten außerhalb der Zelle extrahiert werden können, in der sich die Empfänger befinden. SNR-Messungen für GPS-Satelliten haben sich berührt bis zu 55dB.
Die Synchronisationssequenzen für die Signale selbst sind jedoch bei den Tausenden von Starlink-Satelliten nicht gleich, was dann zu Schwierigkeiten bei der Identifizierung des Raumfahrzeugs führt. Die Forscher glauben, dass dies gelöst werden kann, indem die Benutzer- und Satellitenkombinationen und die Zeit, die ein Signal benötigt, um zu und von einem Satelliten zu reisen, kombiniert werden.
Schließlich ermöglicht das 10-MHz-Frequenzschutzband zwischen den Kanälen SpaceX auch, die Kosten des Benutzerterminals zu senken, da weniger Frequenzfilterung erforderlich ist, und gibt dem Unternehmen die Flexibilität, mehrere Kanäle in einer Servicezelle zu aktivieren. Ein Hauptmerkmal der Frequenz ist, dass sie eine weitaus größere Synchronisation des Signals durch das Benutzerterminal ermöglicht (was insbesondere dann notwendig ist, wenn die Signale von verschiedenen Satelliten kommen), und ein Nebenprodukt davon ist laut den Forschern, dass dies der Fall ist eignet sich auch für das replizierte Signal, um die Positionsdaten zu erzeugen.
Die Starlink-Designer haben auch eine große Anzahl von Unterträgern innerhalb einer Bandbreite ausgewählt, um den Gesamtdurchsatz zu verbessern.
Diese Studie zeigt auch, dass es einfach ist, die Starlink-Abdeckung zu stören, da die bösartige Partei einfach Signale mit einer ähnlichen Synchronisation wie die Starlink-Signale erstellen muss, um die Benutzerterminals zu verwirren. SpaceX kämpft derzeit gegen russische Versuche, sein Netzwerk in der Ukraine zu stören, und laut Elon Musk ist das Unternehmen dabei große Ressourcen zu widmen und als Ergebnis sein System “schließt”. Einer der Autoren der Studie, Todd Humphreys, glaubt, dass die Untersuchung der Starlink-Signale ein wichtiger erster Schritt zur Sicherung des Netzwerks ist, das sich in Europas größtem Konflikt seit dem Zweiten Weltkrieg als lebenswichtig erwiesen hat.