Расчет энергопотребления и параметров канала связи малого космического аппарата-ретранслятора для сетей интернета вещей
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 3 т.27, 2026 года.
Бесплатный доступ
Целью данного исследования является анализ возможностей и адаптационного потенциала технологии LoRa для организации каналов связи в спутниковых сетях интернета вещей (IoT) на базе малых космических аппаратов. Работа обусловлена необходимостью преодоления фундаментального ограничения наземных сетей отсутствия покрытия на большей части территории Земли, что блокирует развитие приложений глобального мониторинга. В качестве решения рассматривается парадигма прямой связи с низкоорбитальными спутниками, где технология LoRa, благодаря физическим свойствам широкополосной модуляции Chirp Spread Spectrum и исключительной энергоэффективности, представляет особый интерес. Методология исследования включает сравнительный анализ физических принципов работы LoRa в контексте специфики спутникового канала, оценку энергетического бюджета линии связи с учетом орбитальной динамики, а также обзор существующих коммерческих и экспериментальных реализаций. В результате проведенного анализа выявлены технические вызовы, возникающие при переносе технологии в космическую среду: проблема управления множественным доступом для сотен тысяч потенциальных устройств в зоне видимости. Показано, что преимущества LoRa, такие как устойчивость к помехам и способность декодировать сигналы ниже уровня шума, позволяют решить эти вызовы, особенно для восходящего канала от датчика к спутнику. В заключение сформулированы выводы о проблемах, возникающих при проектировании спутниковых IoT-систем в условиях жестких регуляторных ограничений на максимально допустимую мощность передачи. Показано, что эти ограничения, в сочетании со значительным затуханием сигнала, формируют основное противоречие между требованиями к дальности/надежности связи и энергоэффективности терминала. Результаты работы служат основой для выбора частотного диапазона, оптимизации энергетического бюджета и разработки адаптивных протоколов управления мощностью в перспективных системах, обеспечивающих глобальное покрытие для спутникового интернета вещей.
Короткий адрес: https://sciup.org/148334404
IDS: 148334404 | УДК: 621.396.6 | DOI: 10.31772/2712-8970-2026-27-3-446-458
Calculation of power consumption and channel parameters for a small spacecraft relay in iot networks
The aim of this study is to analyze the capabilities and adaptation potential of LoRa technology for establishing communication links in satellite Internet of Things (IoT) networks based on small spacecraft. This work is driven by the necessity to overcome a fundamental limitation of terrestrial networks – the lack of coverage over a significant portion of the Earth's surface, which hinders the development of global monitoring applications. The paradigm of direct communication with low Earth orbit satellites is considered as a solution, where LoRa technology, due to the physical properties of Chirp Spread Spectrum modulation and exceptional energy efficiency, is of particular interest. The research methodology includes a comparative analysis of the physical principles of LoRa operation within the context of satellite channel specifics, an assessment of the communication link power budget considering orbital dynamics, and a review of existing commercial and experimental implementations. The conducted analysis revealed technical challenges arising from the transfer of this technology to the space environment: primarily, the problem of managing multiple access for hundreds of thousands of potential devices within the satellite's coverage area. It is shown that the advantages of LoRa, such as interference resistance and the ability to decode signals below the noise floor, allow for addressing these challenges, especially for the uplink channel from the sensor to the satellite. In conclusion, findings are formulated regarding the problems that arise when designing satellite IoT systems under strict regulatory limitations on the maximum permissible transmission power. It is demonstrated that these limitations, combined with significant signal attenuation, create a core contradiction between the requirements for communication range/reliability and terminal energy efficiency. The results of this work serve as a basis for selecting the frequency band, optimizing the power budget, and developing adaptive power control protocols in prospective systems that provide global coverage for satellite Internet of Things.
