1 / 78

Wojskowe systemy łączności satelitarnej

Wojskowe systemy łączności satelitarnej. autor: Marek Bykowski. Plan prezentacji. Wprowadzenie Przedstawienie łączności satelitarnej na przykładzie wojskowego systemu NATO Przykłady innych wojskowych systemów łączności satelitarnej Propozycje łączności satelitarnej w WP. I. Wprowadzenie.

dexter
Download Presentation

Wojskowe systemy łączności satelitarnej

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Wojskowe systemy łączności satelitarnej autor: Marek Bykowski

  2. Plan prezentacji • Wprowadzenie • Przedstawienie łączności satelitarnej na przykładzie wojskowego systemu NATO • Przykłady innych wojskowych systemów łączności satelitarnej • Propozycje łączności satelitarnej w WP

  3. I. Wprowadzenie

  4. Zalety łączności satelitarnej • szybkość implementacji • globalny obszar pokrycia • wysoka jakośćłączy • duże szybkości transmisji • niezależność kosztów wymiany informacji od odległości ich przekazu • uniezależnienie się od stanu naziemnej infrastruktury telekomunikacyjnej • zamknięty charakter sieci

  5. Zakresy częstotliwości systemów satelitarnych

  6. Schemat blokowy naziemnej stacji satelitarnej Przewód koncentryczny Tor nadawczy Promiennik SSPA Mieszacz Mieszacz Modulator/ koder We OMT Demodulator/ dekoder LNA Mieszacz Mieszacz IF  1GHz IF  70MHz LNC Tor odbiorczy OMT – układ rozdzielający fale przychodzącą od wychodzącej wykorzystujący ortogonalne mody wzbudzane w urządzeniu LNC – konwerter niskoszumny F=0,6dB SSPA – półprzewodnikowy wzmacniacz mocy

  7. OMT Promiennik Filtr odb. LNC

  8. Układy odbiorczo-nadawcze na pokładzie satelity Przykład satelita NATO IV TWTA 1 Przed wzm. Wzm. kanału 1 Down Konwerter CH 1 Wiązka nr 1 Earth RX Wzm. kanału 2 Down konwerter TWTA 2/4 CH 2 Wiązka nr 2 TWTA 3 Wzm. kanału 3 Down konwerter CH 4 Wiązka nr 3 Wzm. kanału 4 CH 3 Wiązka nr 4 UHF MUX UHF RX Wzm. 1 Wiązka pomiaru mocy Pomiar mocy Wzm. 2 UHF TX/RX TWTA – wzmacniacz z falą bieżącą

  9. Wzmacniacze mocy • Półprzewodnikowy wzmacniacz mocy (SSPA – Solid State Power Amplifier) • moc wyjściowa w zakresie od 5 do 100W • Wzmacniacz z falą bieżącą (TWTA – Travelling Wave Tube Amplifier) • moc wyjściowa w zakresie od 100 do 2kW Wzmacniacz TWTA o mocy 300W

  10. Orbity satelitarne • Rodzaje orbit satelitarnych: • HEO (Highly Eliptical Orbit) - perygeum 3-5 tys. km, apogeum 25-45 tys. km., • czas obiegu ok. 3 godz. • LEO (Low Earth Orbit) - odl. 200-1200 km,czas obiegu ok. 100 min. • MEO (Medium Earth Orbit) - odl. 10 tys. km,czas obiegu od 6 do kilkunastu godz. • GEO (Geostationary Earth Orbit) - odl. 36 tys. km, 24 godz.

  11. Opóźnienia transmisji Satelita GEO Satelita MEO Satelita LEO

  12. II. Przedstawienie łączności satelitarnej na przykładzie wojskowego systemu NATO

  13. Systemy wojskowe w porównaniu od systemów cywilnych powinny się dodatkowo cechować: • możliwością utajniania informacji COMSEC i transmisji TRANSEC • zwiększoną odpornością na impulsy e-m (EMP – Electromagnetic Pulses) • zwiększoną odpornością na zakłócenia celowe (jamming) i środowiskowe

  14. 00 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 01 02 03 04 05 Historia satelitów NATO NATO I NATO IIA NATO IIB NATO IIIA NATO IIIB NATO IIIC NATO IIID NATO IVA NATO IVB NATO V ?

  15. Segment kosmiczny i naziemny

  16. NATO Konstelacje satelitów NATO IV B 20.2° W NATO IV A 17.8° W NATO III D 18° W

  17. Wygląd satelity NATO IV

  18. Transmisja „w górę” (MHz) 7975 8110 8145 8230 8255 8315 8340 8400 kanał 1 135 MHz kanał 2 85 MHz kanał 3 60 MHz kanał 4 60 MHz Transmisja „w dół” (MHz) 7250 7385 7420 7505 7530 7590 7615 7675 Wiązka nr 1 Wiązka nr 2 Wiązka nr 4 Wiązka nr 3 Zakresy częstotliwości

  19. Legenda Wiązka nr 4 Wiązka nr 1 Wiązka nr 2 Wiązka nr 3 Obszary pokrycia

  20. małe PTS duże PTS duże STS Rodzaje terminali satelitarnych PTS – Przewoźne Terminale Satelitarne STS – Stacjonarne Terminale Satelitarne

  21. Rodzaje anten satelitarnychoraz ich charakterystyki promieniowania(zgodność ze STANAG 4484)

  22. Antena paraboliczna F Promiennik Reflector F Promiennik Reflector Szum luminancji Ziemi Kąt elewacji Pow. Ziemi

  23. Kąt offsetu Antena offsetowa Reflektor F Offset + mechaniczny kąt elewacji = kąt elewacji Reflektor F

  24. Charakterystyka promieniowania anteny Zgodność ze STANAG 4484 • Pasmo X: • Dla D/ 50.G() z prawd. 90% nie powinno przekraczać: • [G()]dB=29-25 log10 (dBi), dla 1lub 100 /D (bierzemy większą wart.) 20 ° • [G()]dB =-3.5 (dBi), dla 20 <  26.3° • [G()]dB =32-25 log10 (dBi), dla 26.3 <   48° • [G()]dB =-10 (dBi) dla 48  <   180 • Dla D/  < 50. G() z prawd. 90% nie powinno przekraczać: • [G()]dB =32-25 log10 (dBi), dla /D <   48° • [G()]dB =-10 (dBi) dla 48  <   180

  25. Charakterystyka promieniowania anteny dla kąta offsetu w zakresie [0 º, 5º]przykładzanteną paraboliczną o =0.6, D=2.4m, f=8 GHz

  26. Charakterystyka promieniowania anteny dla kąta offsetu w zakresie [0 º, 60º]przykładzanteną paraboliczną o =0.6, D=2.4m, f=8 GHz

  27. Kodowanie kanałowe (FEC) i modulacje

  28. Skuteczność wykorzystania widma : Rb – szybkość bitowa B – szerokość pasma Sposoby kodowania kanałowego (FEC) i rodzaje modulacji • Stosowane kody nadmiarowe: • kody splotowe o  = 7/8, 3/4, 2/3, 1/2 • kody blokowe najczęściej Reeda Salomona o  = 199/255 • Rodzaje modulacji: • modulacje fazy (BPSK, QPSK, OQPSK, 8PSK, 16PSK) • modulacje częstotliwości (MSK, 8FSK, GMSK)

  29. Szybkość symbolowa, a szybkość bitowa  kodowania = bit na wejściu kodera do odpowiadającej mu liczby bitów na wyjściu kodera  modulacji = liczba bitów przypadających na jeden symbol Przykłady koder splot.  kodowania=1/2 koder splot.  kodowania= 1/2 w połączeniuz Reed Solomon [255,199]  kodowania=1/2*199/255 Es = energia przypadająca na jeden symbol Es = Eb *  kodowania *  modulacji Przykłady  modulacji= 1 dla BPSK,  modulacji= 2 dla QPSK ,OQPSK  modulacji= 3 dla 8 PSK, 8FSK  modulacji= log2(n) dla nPSK, lub nFSK Rs = szybkość symbolowa Rs = Rb / ( kodowania *  modulacji )

  30. Wpływ kodowania nadmiarowego na Eb/No

  31. Gęstość widma mocy sygnałów zmodulowanych OQPSK i MSK • OQPSK: • wiązka główna zawiera 92,5 % mocy sygnału • listek b. ma o 13,3dB mniejszą moc od listka gł. • MSK: • wiązka główna zawiera 99,5 % mocy sygnału • listek b. ma o 23dB mniejszą moc od listka gł.

  32. Techniki dostępu wielokrotnego

  33. Możemy wyróżnić trzy rodzaje technik dostępu wielokrotnego: • FDMA (Frequency Division Multiple Access) • TDMA (Time Division Multiple Access) • CDMA (Code Division Multiple Access) • Oraz protokoły dostępu wielokrotnego: • stałe (fixed assigned) • rywalizacyjne (contention/random access), np. Pure Aloha, Slotted Aloha, SREJ Aloha • rezerwacyjne (reservation/controlled access), np. DAMA, rezerwacja z lokalną synchro- • nizacją, z dostępem: Pure Aloha, SREJ Aloha

  34. FDMA • FDMA: • łatwość realizacji oraz niskie koszta związane z implementacją, • konieczność zapewnienia należytej separacji pomiędzy pasmami. • wiele nośnych na wejściu wzmacniacza transpondera o różnych poziomach mocy • może wysterować go w obszar pracy nieliniowej #1 #2 #j #n Produkty intermodulacji i poziom szumów Podział pasma na podpasma, gdzie typowo najwęższe podpasma alokuje się w środku dzielonego pasma

  35. TDMA • TDMA: • wszystkie terminale pracują z tymi samymi prędkościami • konieczność zapewnienia synchronizacji Przykład. Rb = 128kbit/s, koder splotowy  = 1/2, modulator QPSK Rs = Rb / ( kodowania *  modulacji ) = 128 / (1/2 * 2) = 128kbit/s Rs z wykorzystaniem jednej szczeliny ramki TDMA = 1/8 * 185 * 8/(13,185m)  42 kbit/s Maksymalna szybkość transmisji z wykorzystaniem wszystkich 7 szczelin wynosi ok. 98kbit/s

  36. Sposób postępowania przy wyznaczaniu tzw. bilansów (budżetów) energetycznych

  37. Transmisja od jednej stacji końcowej do drugiej stacji końcowej SATELITA TELEKOMUNIKACYJNY Antena Antena odbiorcza nadawcza Zakłócenia od Transmisja innych systemów „w dół” Szum termiczny satelity Zakłócenia od Transmisja innych satelitów „w górę” Promieniowanie Ziemi Promieniowanie nieba STACJA NADAWCZA STACJA ODBIORCZA

  38. Szumy i zakłócenia w łączu satelitarnym • Źródła szumów: • promieniowanie słońca, obiektów galaktycznych, itp. • promieniowanie Ziemi • Sygnały zakłócające: • Wytwarzane przez inne systemy radiokomunikacyjne: • naziemne • satelitarne • Szumy intermodulacyjne: • Istotne są jedynie produkty intermodulacyjne nieparzystego rzędu. • Modelować je możemy za pomocą addytywnego gaussowskiego szumu białego. • Szumy i zakłócenia nakładają się na sygnał użyteczny w łączu: • Ziemia-Satelita • Satelita-Ziemia • Satelita-Satelita

  39. S r P Wyznaczanie EIRP Gęstość strumienia mocy Moc rozwijana w antenie odbiorczej o pow. S Źródło mocy Antenna Gain Tłumik rm P P0 A S’

  40. Wyznaczanie współczynnika przydatności anteny G/T Tłumienie l. łącznikowej (duplexer, connector,filter …) Antenna LNA 1 2 tłumik A FLNA , Tant Obliczeniaw punkcie (antena) 1 Obliczenia w punkcie (antena) 2

  41. Waga 12.5kg Średnica 748mm EIRP od 31.2 do 40.2dBW G/T 6.3dB/K Szer. wiązki głównej 3.6º

  42. Średnica 1.8m G/T 17.5dB/K EIRP 65dBW Mechanizm automatycznego pozycjonowania

  43. Średnica 4.8m Zysk antenowy 50dBi G/T 26dB/K EIRP 83dBW

  44. Bilans energetyczny łącza „w górę” d EIRPter u Latmos Terminal Satelita Pow. skuteczna anteny (Lfree_spacedla SHF GEO, wynosi około 200 dB) (  Cujest niezależne od częstotliwości)

  45. Bilans energetyczny łącza „w dół” i całkowity bilans energetyczny EIRPd= CuGtransp GTxsat EIRPd dPS u d Latmos Terminal Satellite Pow. skuteczna anteny Latmos = Ldeszcz*Linne Całkowity bilans energetyczny

  46. Zależności mocy od energii Zależności Eb/N0 od C/N0 na wejściu odbiornika satelitarnego (po przebyciu przez sygnał trasy Ziemia-Satelita-Ziemia)

  47. Obszar pokrycia wyrażony w szerokości wiązki promieniowania 3 1 Zakres częstotliwości praca góra/dół 6,2/4 14,2/11,7 6,2/4 14,2/11,7 Średnica anteny stacji naziemnej [m] 3 4,5 2 3 3 2 EIRPU (dBW) Moc P(W) Tłumienie trasy L (dB) G/TT satelity (dB/K) C/N0na satelicie (dBHz) 46,8 2,2 200 2,2  77,1 42,2 0,35 200 2,2  72,5 56,4 8,3 207,3 0 76,7 53,1 8,3 207,3 0  73,4 37,4 0,25 200 7,4  72,9 48,7 1,4 207,3 8,6  77,6 EIRPU (dBW) Tłumienie opadowe (dB) Tłumienie trasy (dB) G/TT satelity (dB/K) C/N0na satelicie(dBHz) 6,9 0 196,2 18,7 57,5 3,6 0 196,2 22,2  57,7 17,1 3 205,5 19,3 55,5 13,8 3 205,5 19,3  55,7 6,0 0 196,2 18,7  56,6 18,7 3 205,5 19,3 57,1 Stosunek C/N0 dla całej trasy (dBHz) 55,5 54,8 55,2 55,0 55,1 55,1 Liczba stacji mogących pracować w paśmie ze względu na moc i pasmo nadajnika pokładowego satelity 550 1000 75 160 1200 400

  48. III. Przykłady innych wybranych wojskowych systemów łączności satelitarnej • DSCS III (USA) • UFO (USA) • FLTSATCOM (USA) • MILSTAR (USA) • SYRACUSE 2 (Francja) • SECOMSAT (Hiszpania) • SICRAL (Włochy)

  49. DSCS III

  50. DSCS III 4 satelity krążące po orbicie GEO pasmo SHF każdy z satelitów posiada: 19 wiązek nadawczych 61 odbiorczych usługi: głos (dupleks) i dane • przeciwdziałanie zakłóceniom: • detektor poziomu zakłóceń • regulowana charakterystyka promieniowania anteny

More Related