Satelitske komunikacije poglavlje 13

1. Satelitske komunikacije poglavlje 13

2. Komunikacioni elementi u prenosu • Glavni elemenat satelitskog komunikacionog sistema predstavlja antena-ugradjena na satelitu. • Satelit je lociran na fiksnoj orbiti iznad Zemlje. • Kod satelitskog komunikacionog sistema dve ili veći broj stanica koje na površini Zemlje mogu biti, šta više, i blizu jedna drugoj mogu da komuniciraju preko jednog ili većeg broja satelita. • Sateliti kod ovakvog tipa komuniciranja ponašaju se kao relejne stanice.

3. Komunikacioni elementi u prenosu – prod. • Antenski sistemi koji se nalaze na Zemlji ili blizu Zemlje nazivaju se zemaljske stanice (Earth Stations). • Prenos signala od zemaljske stanice ka satelitu se naziva uplink, dok prenos od satelita ka zemaljskoj stanici je poznat kao downlink. • Elektronika u satelitu koja prihvata uplink signal, a konvertuje ga u downlink, naziva se transponder.

4. Razlike izmedju satelitsko- i zemaljsko-baziranih komunikacija • Razlike su sledeće: • oblast pokrivanja satelitskog sistema daleko premašuje zemaljski sistem. Tako na primer, za slučaj geostacionarnog satelita, sa jednom antenom vidi se skoro četvrtina Zemljine kugle. • cena prenosa kod satelitskih komunikacija je skoro nezavisnaod rastojanja (odnosi se na oblast pokrivanja satelita). • kod satelitske komunikacije prenosni kanali su veoma širokog propusnog opsega, a prenos podataka se ostvaruje pri velikim brzinama. • satelitske veze su često puta podložne kratkotrajnim smetnjama i degradacijama, ali i pored toga kvalitet prenosa je dosta visok. • kod geostacionarnih satelita postoji propagaciono kašnjenje Zemlja-Satelit-Zemlja od 1/4s.

5. Satelitske orbite • Satelitske orbite je moguće klasifikovati na veći broj načina: • orbita je kružna pri čemu je centar Zemlje centar kruga, ili eliptična pri čemu je centar Zemlje jedan od dva fokusa elipse. • orbita je ekvatorijalna ako se satelit nalazi direktno iznad ekvatora, polarna ako prolazi iznad oba pola, dok se ostale orbite nazivaju inclined. • shodno visini u odnosu na Zemlju sateliti se mogu nalaziti u: • geostacionarnoj orbiti (GEO- Geo Earth Orbit), • srednjoj zemaljskoj orbiti (MEO - Medium Earth Orbit), • niskoj zemaljskoj orbiti (LEO - Low Earth Orbit)

6. Tipovi orbita

7. Odredjivanje pokrivenosti satelita Ugao pokrivanja, , je mera koja ukazuje na deo površine Zemlje vidljiv od strane satelita (obično definiše krug na površini Zemlje centriran u tački direktno ispod satelita).

8. Rastojanje satelita Rastojanje od satelita do najudaljenije tačke pokrivanja se izračunava kao:

9. Geostacionarni sateliti - GEO • GEO sateliti su danas najčešći tipovi korišćenih komunikacionih satelita. • GEO satelit se nalazi na kružnoj orbiti 36853 km iznad površineZemlje i rotira u ekvatorijalnoj ravni Zemlje sa istom brzinom sa kojom rotira i Zemlja. • Satelit ostaje uvek iznad iste tačke ekvatora pa se zbog toga naziva geostacionarni.

10. Prednosti GEO orbita • S obzirom da je pozicija satelita, relativno u odnosu na Zemlju, stacionarna ne postoje problemi sa Doppler-ovim efektom. • Praćenje satelita sa zemaljske stanice je pojednostavljeno. • Na visini od 36 853 km satelit može da komunicira sa četvrtinom zemaljske kugle • Sa tri razdvojenasatelitamoguće je komunicirati sa celom Zemljom, isključujući severni i južni pol.

11. Nedostaci GEO orbita • Snaga signala na prijemu je mala nakon prolaska 35 000 km. • Polarni regioni oko severnog i južnog pola su slabo pokriveni GEO satelitima. • I pored velike brzine svetlosti postoji kašnjenje signala, koje za dve lokacije direktno ispod satelita iznosi (2*36853)/300000 = 0.24s, što je značajno vreme. • Da bi se rešio problem kašnjenja koriste se LEO i MEO sateliti.

12. LEO sateliti • Osnovne karakteristike LEO satelita su: • kružna ili slabo naglašena eliptična orbita na visini od 2 000 km. • period orbite je od 1.5 do 2 časa. • dijametar pokrivanja je 8 000 km. • propagaciono kašnjenje (Zemlja-satelit-Zemlja - round-trip-propagation signal) je manje od 20 ms. • maksimalno vreme za koje je satelit vidljiv sa fiksne tačke na Zemlji je do 20 minuta. • s obzirom da se satelit kreće u odnosu na fiksnu tačku na Zemlji jako je izražen efekat Doppler-a. • Praktično korišćenje sistema LEO satelita iziskuje korišćenje većeg broja orbitalnih ravni, svaka sa većim brojem satelita u orbiti. • Komunikacija izmedju dve zemaljske stanice obično podrazumeva handing-off signala sa jednog satelita na drugi

13. Podela LEO satelita • Veliki broj komercijalnih predloga je učinjen za korišćenje cluster-a LEO satelita kako bi se obezbedili komunikacioni servisi. • Predloge možemo svrstati u dve kategorije: • Mali LEO - namenjeni za rad na frekvencijama ispod 1 GHz, koriste propusni opseg ne veći od 5 MHz, a podržavaju brzine prenosa podataka do 10 kbps. Koriste se za praćenje i slanje poruka sa malim bitskim brzinama prenosa. • Veliki LEO - rade na frekvencijama iznad 1 GHz, a podržavaju brzine prenosa podataka do nekoliko Mbps. Podržavaju sve servise tipa LEO kao i prenos govora.

14. Orbite LEO satelita

15. MEO sateliti • Osnovne karakteristike MEO satelita su: • kružna orbita na visini od 5000-12000 km • perioda orbite je 6 časova • dijametar pokrivanja je od 10000-15000 km • round-trip propagaciono kašnjenje je manje od 50 ms • maksimalno vreme za koje je satelit vidljiv sa fiksne tačke na Zemlji (iznad radio horizonta) iznosi nekoliko časova • MEO sateliti imaju manji broj handoff-a u odnosu na LEO satelite

16. Orbite MEO satelita

17. Frekventni opsezi kod satelitskih komunikacija

18. Satelitske mrežne konfiguracije

19. Tipična VSAT konfiguracija

20. Dodela kapaciteta - frekventna raspodela • GEO satelit koristi širok propusni opseg od 500 MHzi deli ovaj opseg na veći broj manjih kanala širine 40 MHz. • Strategijedodele kapaciteta propusnog opsega se mogu svrstati u sledeće tri kategorije: • FDMA (frequency division multiple access) • TDMA (time division multiple access) • CDMA (code division multiple access)

21. FDM za GEO Sateliti koriste frekvencije C-opsega (propusni opseg od 500 MHz) podeljen na 24 kanala, svaki širine 40 MHz. Svaka frekvencija se prenosi od strane dva nosioca sa ortogonalnom polarizacijom. Razmak izmedju kanala (guardband) je 4 MHz, što znači da je širina kanala 36 MHz.

22. FDM za GEO – prod. • Svaki od kanala se može koristiti za brojne namene, a neke od tipičnih su: • Satelit se koristi kao posrednik kod veza tipa tačka ka tački izmedju dve radio stanice. • Frekventni opseg može ponovo da se koristiti ako se upotebe antene koje zrače signale na istoj frekvenciji (co-channels) u ortogonalnim ravnima (horizontalna i vertikalna). • 1200 govornih kanala • jedan kanal kapaciteta 50 Mbps • 16 kanala, svaki kapaciteta 1.544 Mbps • 400 kanala, svaki širine 64 kbps • jedan analogni video signal • 6 do 9 digitalnih video signala

23. Forme FDMA tehnike • U praksi se koriste sledeće dve forme FDMA tehnika: • FAMA (Fixed Assignement Multiple Access) • DAMA (Demand Assignement Multiple Access)

24. FAMA-FDMA

25. DAMA - FDMA frekventna alokacija Moguća konfiguracija QPSK SCPC predajnika

26. DAMA – FDMA – prod. TDMA CSC format okvira

27. Dodela kapaciteta - vremenska raspodela • I pored toga što se FDM tehnike standardno koriste kod satelitskog prenosa, u zadnje vreme, TDM tehnike nalaze sve veću primenu. • Prenos kod TDM-a se svodina slanje repetitivnih sekvenci okvira (frames), pri čemu je svaki okvir podeljen na veći broj vremenskih delova (slotova). • Položaj (mesto položaja) svakog slota u sekvenci okvira je namenjen za pojedini predajnik. • Period okvira se nalazi u opsegu od 100 µs do 2 ms i čine je od 3 do 100 vremenskih slotova.

28. Format okvira • Obično okvir počinje sa dva referentna paketa (burst) koji definišu početak okvira. • Dva paketa se šalju od strane dve zemaljske različite stanice, i obezbedjuju da sistem radi korektno čak i kada jedna od referentnih stanica bude u kvaru. Svaki referentni paket počinje nosiocem i sinhronizirajućom sekvencom (bit timing recovery pattern) koja je jedinstvena i koja obezbedjuje da se sve stanice sinhroniziraju na glavni takt. • Svakoj od N stanica dodeljen je po jedan ili veći broj vremenskih slotova u okviru okvira. Preambula sadrži upravljačku i vremensku informaciju plus identifikaciju odredišne stanice

29. FAMA-TDMA • Pojedine zemaljske satelitske stanice koriste uplink kanal i predaju podatke o paketu u definisanim vremenskim jedinicama. Satelit na principu repetitora šalje ka Zemlji sve dolazeće pakete i predaje ih svim zemaljskim stanicama. Na ovaj način sve zemaljske stanice znaju ne samo vremenski trenutak (slot) koji im je dodeljen za prenos nego i koji vremenski trenutak da koriste za prijem. Satelit, takodje, predaje i referentni paket kojim se vrši sinhronizacija svih zemaljskih stanica.

30. FAMA-TDMA-prod.