Systemy satelitarne.doc

Systemy satelitarne

Łączność satelitarna jest istotną częścią przemysłu telekomunikacyjnego.

Obecnie na orbicie znajduje się ponad

500 satelitów geostacjonarnych (GEO) i ponad

100 na orbitach niskich (LEO) – Iridium, Globalstar)

realizując zarówno transmisje dwustronne (telefonia, fax, dane cyfrowe)

jak i transmisje rozsiewczą (radiodyfuzja) programów telewizyjnych i radiowych.

Systemy satelitarne zapewniają jednakowość jakości usług na całym oświetlanym obszarze rozwiązując problemy pokryć radiowych systemów naziemnych.

Jednocześnie niezależność systemów satelitarnych od istniejącej naziemnej infrastruktury telekomunikacyjne pozwala na szybkie uruchomienie usług dla użytkownika końcowego, który musi zakupić tylko odpowiedni terminal i ustawić jego antenę w kierunku satelity.

. Opracowane zostały i uruchomione satelitarne systemy łączności ruchomej dla transmisji telefonicznych (Iridium, Globalstar – wykorzystujące satelity na orbitach niskich

Rys historyczny

W 1962 roku dokonano pierwszej transmisji międzykontynentalnej między satelitami w USA oraz we Francji i Wielkiej Brytanii wykorzystując satelitę na orbicie geostacjonarnej, a w 1965 roku umieszczono pierwszego satelitę komercyjnego Early Bird (Intelsat I), do realizacji łączności między Europą a Ameryką.

Od momentu powstania systemy łączności satelitarnej skupiały się na transmisji sygnałów telefonicznych i programów telewizyjnych.

W latach 70 – piątych systemy satelitarne praktycznie uzyskały monopol na połączenia międzykontynentalne.

W 1988 roku, gdy położono pierwszy kabel światłowodowy między Europą a Ameryką, światłowody ze względu na znacznie większą pojemność zaczęły wypierać systemy satelitarne.

Postęp techniczny lat 80 – tych, umożliwiający zwiększenie masy i wymiarów satelitów (większe anteny) i mocy transmitowanych sygnałów oraz opracowanie układów mikrofalowych o małych szumach pozwolił na realizację transmisji radiodyfuzyjnych programów telewizyjnych, gdzie transmitowane przez satelitę sygnały mogły być odbierane przez dużą liczbę odbiorców wykorzystujących zestawy odbiorcze z antenami o średnicach 1,5 – 3 m.

W 1985 roku powstała SES Astra i w 1988 roku umieszczony został na orbicie jej pierwszy satelita. Zastosowanie rewolucyjnej koncepcji umieszczenia kilku satelitów na jednej pozycji orbitalnej pozwoliło na zwiększenie liczby programów dostępnych dla użytkownika bez zmiany orientacji anteny zestawu odbiorczego.

Poziom mocy sygnału nadawczego z satelity umożliwiał poprawny odbiór anteną o średnicy około 1,2 m.

Kolejnym krokiem w rozwoju satelitarnych systemów łączności było wprowadzenie w połowie lat 90 – tych cyfrowej transmisji programów telewizyjnych (standard DVB – S Digital Video Broadcasting – Satellite) kodowanych w standardzie MPEG2, co umożliwiło przesłanie kilku programów cyfrowych zamiast jednego analogowego przy porównywalnej jakości odbioru.

Doprowadziło to do znacznego wzrostu liczby programów dostępnych dla użytkownika końcowego (obecnie dostępne jest 1000 programów z satelity Astry i Hot Bird-ów Eutelsata).

Szacunkowo podaje się, że transmisja rozsiewcza programów telewizyjnych stanowi około 60 – 70 % wszystkich sygnałów transmitowanych w systemach satelitarnych.

Rozwój systemów satelitarnych

Orbity i moduł kosmiczny

Rodzaje orbit

Orbity niskie (LEO) to orbity kołowe lub eliptyczne o wysokości nad powierzchnią Ziemi od 500 do 2000 km.

Satelity umieszczone na tego typu orbitach mają okres obiegu znajdującego się w przedziale 90 – 120 min, a czas widoczności satelity ponad horyzontem nie przekracza 20min.

Promień obszaru, który satelita może obsłużyć, jest nie większy niż 3000 – 4000 km.

Ze względu na mały promień orbity liczba satelitów powinna wynieść, co najmniej 40, aby zapewnić pokrycie całej kuli ziemskiej.

Liczba komórek tego systemu satelitarnego widzianych na Ziemi w wyniku przemieszczających się satelitów wynosi, co najmniej 3000.

Opóźnienie sygnału spowodowane jego propagacją jest nie większe niż 50ms. Z tak dużej ilości komórek wynika stosunkowo duża pojemność systemu przypadająca na jednostkę zajmowanego pasma.

Konstelacji LEO zamierzają użyć systemy, takie jak:

·         Celestri i Teledesic (wspólny system firm Motorola i

Gatek / McCaw)

·         M-Star (Motorola)

·         Skybridge (Alcatel)

·         V-band (Leo One)

Orbity średnie (MEO) to orbity kołowe o wysokości w przedziale 8000 – 12000 km.

Okres obiegu satelity na takiej orbicie wynosi około 6 h,

Czas widoczności satelity ponad horyzontem jest liczony w godzinach.

Wymagana liczba satelitów jest już mniejsza i wynosi od 10 do 15.

Liczba komórek w systemach MEO wynosi około 800.

Podniesienie wysokości orbity satelity prowadzi do zwiększenia opóźnienia sygnału do około 150 ms.

Zmniejszona liczba komórek w systemie powoduje zmniejszenie wielokrotnego użycia częstotliwości kanałowych (w przypadku stosowania zasady FDMA lub FDMA / TDMA), co prowadzi do zmniejszenia pojemności systemu. Natomiast mniejsza liczba satelitów ma wpływ na obniżenie kosztów systemu.

Konstelacje MEO zamierzają wykorzystać systemy, takie jak:

·         Cyberstar (Loral Space)

·         GESN (TRW)

·         StarLynx (Hughes)

·         WEST MEO (Matra Marcowi)

Orbity silnie eliptycznie (HEO) mają perygeum na wysokości około 500 km nad powierzchnią Ziemi.

Apogeum na wysokości do 50000 km.

Dzięki takim parametrom orbity, satelita jest widoczny z danego obszaru na kuli ziemskiej jako prawie nieruchomy przez pewien okres czasu.

Pozwala to na tworzenie systemów o podobnych cechach jak systemy oparte na satelitach geostacjonarnych ale są to systemy regionalne.

Jednocześnie satelita jest widoczny z Ziemi pod dużym kątem elewacji, co sprawia, że systemy takie dobrze sprawdzają się również w terenach górskich lub silnie zurbanizowanych.

Do stworzenia systemu regionalnego bazującego na orbitach HEO wystarcza od 2 do 10 satelitów.

Okres obiegu satelity wynosi od 8 do 24 h. Orbity te były stosowane w systemach Mołnia (okres obiegu 12 h) i Tundra (okres obiegu 24 h).

Pozostałe parametry przedstawiono w tabeli.

Parametry wybranych orbit HEO

Orbita geostacionarna (GEO) jest stosowana przez większości działających obecnie systemów satelitarnych.

Jest to orbita kołowa, leżąca w płaszczyźnie równika, o okresie obiegu satelity równym okresowi obrotu Ziemi.

Wysokość orbity wynosi 35786 km. Istnieje tylko jedna taka orbita.

Do pokrycia kuli ziemskiej o szerokości geograficznej około 75o potrzeba od 3 do 4 satelitów.

Opóźnienie propagacji sygnału jest większe niż 300 ms.

Liczba komórek zależy od liczby strumieni generowanych przez pojedynczego satelitę, ich liczba nie przekr...