ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΚΙΝΗΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΚΙΝΗΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΕΜΒΟΛΩΝ ΣΕ/ΑΠΟ ΚΙΝΗΤΑ ΟΡΥΦΟΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ των Ζαχαρία Γ. ετοράκη Ιωάννας Β. Θεοδωρακοπούλου Επιβλέπων: Καθηγητής Φίλιππος Κωνσταντίνου Αθήνα, Ιούλιος 2003

2 ii Αφιερώνεται στους φίλους και στις οικογένειές µας

3 Αυτή η διπλωµατική εργασία αποτελεί αντικείµενο προπτυχιακής εργασίας που πραγµατοποιήθηκε στο Εργαστήριο Κινητών Τηλεπικοινωνιών του Εθνικού Μετσόβου Πολυτεχνείου. Στόχος είναι η µελέτη του προβλήµατος των παρεµβολών, τις οποίες προκαλούν τα συστήµατα κινητών δορυφορικών επικοινωνιών, που είναι εγκατεστηµένα στις πλατφόρµες πλοίων, στις µικροκυµατικες ζεύξεις. Η µελέτη αυτή έχει ως σκοπό να προσδιορίσει τους παράγοντες εκείνους που επηρεάζουν την παρεµβολή. Με τον τρόπο αυτό, µεταβάλλοντας κάποιους από τους παραπάνω παράγοντες σε πραγµατικές συνθήκες θα µπορέσουµε να µειώσουµε τα επίπεδα της παρεµβολής, εξασφαλίζοντας µια αξιόπιστη ζεύξη. Για τη µελέτη των παρεµβολών προχωρήσαµε στην προσοµοίωση των ζεύξεων, τόσο των µικροκυµατικών όσο και των δορυφορικών, µε τη βοήθεια του λογισµικού Visualyse. Το λογισµικό αυτό παρέχει στο χρηστή µεγάλη ελευθέρια στον καθορισµό παραµέτρων οι οποίες θα κάνουν την προσοµοίωση όσο το δυνατό πιο αντιπροσωπευτική των πραγµατικών συνθηκών. Επίσης δίνει τη δυνατότητα υπολογισµού διάφορων µεγεθών όπως της ισχύος των σηµάτων που βοηθούν πολύ στη µελέτη. Στην διπλωµατική αυτή εργασία δηµιουργήσαµε πέντε σενάρια ώστε να εξετάσουµε την επίδραση που θα είχαν στην προκαλούµενη παρεµβολή η ταχύτητα και ο αριθµός των πλοίων, το ύψος των επίγειων κεραιών και η απόσταση τους από την ακτή. Μάλιστα µελετήσαµε τις παρεµβολές σε τέσσερις ζεύξεις ώστε το αποτέλεσµα να είναι πιο γενικό. Τα αποτελέσµατα και ο αναλυτικός τους σχολιασµός αναφέρονται στο κείµενο που ακολουθεί. Καταλήγοντας θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τον επιβλέποντα Καθηγητή της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών κ. Φίλιππο Κωνσταντίνου για την εποικοδοµητική προσφορά του στην εκπόνηση του έργου µας. Επιπλέον να ευχαριστούµε την Μαρία Κωλέττα, υποψήφια διδάκτορα στο ΕΜΠ, για την ουσιαστική συνεργασία µας καθόλη τη διάρκεια του εξάµηνου και την πολύτιµη συµβολή της στην ολοκλήρωση της παρούσας εργασίας. ετοράκης Ζαχαρίας Θεοδωρακοπούλου Ιωάννα iii

4 iv Αθήνα, Ιούλιος 2003

5 Ενότητα 1: ορυφορικές Επικοινωνίες Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες H Ιστορία της ITU Στόχοι της ITU Ενότητα 2: Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU Η Ιστορία των Κινητών ορυφορικών Επικοινωνιών Εισαγωγή στις Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες Είδη Mobile Satellite Services (MSS) Ανάθεση Συχνοτήτων στα Mobile Satellite Services (MSS) Ταυτόχρονη Χρήση Συχνότητας από συστήµατα MSS Ενότητα 3: Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες σε Θάλασσα ESV Εισαγωγή Περιγραφή των Συστηµάτων ESV που Λειτουργούν στην Ku Band Το Υποσύστηµα της Κεραίας Το Υποσύστηµα Ραδιοσυχνοτήτων RF Το Υποσύστηµα Modem Κατανοµή Συχνοτήτων σε Σύστηµα ESV Ενότητα 4: Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης Εισαγωγή Γεωµετρικά Χαρακτηριστικά του ορυφόρου Ανάλυση µιας Απλής Ζεύξης ενός Επίγειου Σταθµού Εκποµπής και ενός Λήψης µε Χρήση ορυφορικού Αναµεταδότη Άνω Ζεύξη (Uplink) Κάτω Ζεύξη (Downlink) Ενότητα 5: Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών Εισαγωγή Σχηµατική Αναπαράσταση του Προβλήµατος Αναλυτικός Υπολογισµός των Γωνιών θ και φ Υπολογισµός των Γωνιών θ Υπολογισµός των Γωνιών φ Αναλυτικός Υπολογισµός των Παρεµβολών (Ι) Παράγοντες που Επηρεάζουν την Παρεµβολή Ενότητα 6: Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Εισαγωγή Βήµατα για την Κατασκευή µιας Προσοµοίωσης στο Visualyse Αναλυτική Κατασκευή µιας Προσοµοίωσης στο Visualyse Beam Types Εισαγωγή Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Carriers Εισαγωγή v

6 Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Stations Εισαγωγή Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Links Εισαγωγή Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Interference Paths Εισαγωγή Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Variable Επιλογή της Χρονικής ιάρκειας της Προσοµοίωσης Ενότητα 7: Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Εισαγωγή Τυπικά Χαρακτηριστικά των Σταθµών Σενάρια Προσοµοίωσης Σενάριο 1 (Sim1) Επίδραση της Ταχύτητας Σενάριο 2 (Sim2) Επίδραση του Αριθµού των Πλοίων Σενάριο 3 (Sim3) Επίδραση της Απόστασης των Κεραιών από την Ακτή Σενάριο 4 (Sim4) Επίδραση του Ύψους των Κεραιών Σενάριο 5 (Sim5) Επίδραση της Ταχύτητας µε Μεταβλητό ροµολόγιο Επίλογος Ενότητα 8: Εκτέλεση της Προσοµοίωσης, Συλλογή και Σχολιασµός των Αποτελεσµάτων Εισαγωγή Κριτήρια Μέγιστης Επιτρεπόµενης Παρεµβολής Long Term Criteria Short Term Criteria Εισαγωγή των Κριτηρίων στο Visualyse Συλλογή των Αποτελεσµάτων στο Visualyse Σενάριο 1 Αποτελέσµατα και Σχολιασµός Σενάριο 2 Αποτελέσµατα και Σχολιασµός Σενάριο 3 Αποτελέσµατα και Σχολιασµός Σενάριο 4 Αποτελέσµατα και Σχολιασµός Σενάριο 5 Αποτελέσµατα και Σχολιασµός Συµπέρασµα vi

7 Ενότητα 1 Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU

8 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες 1.1 Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες Οι δορυφορικές επικοινωνίες είναι το αποτέλεσµα της έρευνας στον τοµέα των επικοινωνιών, µε αντικειµενικό σκοπό την επίτευξη όλο και µεγαλύτερης εµβέλειας και χωρητικότητας (σε πληροφορίες), µε το µικρότερο δυνατό κόστος. Ο Β Παγκόσµιος Πόλεµος ευνόησε την ανάπτυξη δύο πολύ ξεχωριστών τεχνολογιών: των πυραύλων και των µικροκυµάτων. Η γνώση που αποκτήθηκε τελικά από τη συνδυασµένη χρήση αυτών των δύο τεχνολογιών εγκαινίασε την εποχή των δορυφορικών επικοινωνιών. Οι υπηρεσίες δορυφορικών επικοινωνιών συµπληρώνουν µε χρήσιµο τρόπο τις επίγειες επικοινωνίες, που παρέχονται αποκλειστικά από επίγεια δίκτυα χρησιµοποιώντας ραδιοκύµατα και καλώδια. Η διαστηµική εποχή άρχισε το 1957 µε την εκτόξευση του πρώτου τεχνητού δορυφόρου (sputnik) και στα επόµενα χρόνια έγιναν και άλλα πειράµατα. Στα 1965, ο πρώτος γεωστατικός δορυφόρος INTELSAT I (ή Early Bird) εγκαινίασε τη µεγάλη σειρά των δορυφόρων INTELSAT. Τον ίδιο χρόνο, εκτοξεύθηκε ο πρώτος επικοινωνιακός δορυφόρος της σειράς MOLNYA. Μέχρι την αρχή της δεκαετίας του 1970, οι παρεχόµενες υπηρεσίες αφορούσαν τηλεφωνικές συνδιαλέξεις και µετάδοση τηλεοπτικού σήµατος (TV) µεταξύ των ηπείρων. Ο δορυφόρος ήταν σχεδιασµένος να «συµπληρώνει» το υποθαλάσσιο καλώδιο και ουσιαστικά έπαιζε τον ρόλο µιας κεντρικής δορυφορικής σύνδεσης. Για να επιτευχθεί µεγαλύτερη ικανότητα µετάδοσης πληροφοριών, γρήγορα καταλήξαµε σε δορυφόρους µε πολλές, ξεχωριστές δέσµες εκποµπής και την επαναχρησιµοποίηση συχνοτήτων, πρώτα µέσω της ορθογωνικής πόλωσης και κατόπιν µε τη χωρική αποµόνωση (απόσταση). Η πολλαπλή πρόσβαση σε ένα δορυφόρο επιτεύχθηκε σαν πολλαπλή πρόσβαση µε διαίρεση συχνότητας (Frequency Division Multiple Access, FDMA). Η ολοένα αυξανόµενη απαίτηση για ένα µεγάλο αριθµό από ζεύξεις µικρής χωρητικότητας, π.χ. για επικοινωνίες µε πλοία, οδήγησε το 1980 στην εισαγωγή της κατ απαίτηση χρήσης, πρώτα µε χρήση FDMA µε διαµόρφωση απλού καναλιού ανά φέρον κύµα /συχνότητα (SCPC/FM) ή διαµόρφωση φάσης (PSK) και κατόπιν µε πολλαπλή πρόσβαση µε διαίρεση χρόνου και διαµόρφωση φάσης (TDMA/PSK), µε εκµετάλλευση των δυνατοτήτων των ψηφιακών τεχνικών. Ταυτόχρονα, η πρόοδος της τεχνολογίας των κεραιών επέτρεψε την προσαρµογή των δεσµών εκποµπής για την κάλυψη της εξυπηρετούµενης περιοχής. Με τον τρόπο αυτό, βελτιώθηκε η απόδοση της ζεύξης, ενώ ελαττώθηκε η παρεµβολή µεταξύ συστηµάτων. 2

9 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν οι δορυφόροι µε πολλαπλές δέσµες (κατευθυνόµενης) εκποµπής, όπου η διασύνδεση µεταξύ των δεσµών γινόταν µέσω αναµετάδοσης ή µεταγωγή από το δορυφόρο, χρησιµοποιώντας την τεχνική SSTDMA (Satellite-Switched Time Division Multiple Access, πολλαπλή πρόσβαση µε διαίρεση χρόνου, µεταγόµενη από το δορυφόρο). Σε µερικούς πειραµατικούς δορυφόρους, όπως ο ACTS (Advanced Communications Technology Satellite) εφαρµόστηκαν τεχνικές µε κινητές δέσµες εκποµπής, σε συνδυασµό µε επεξεργασία των σηµάτων επί του δορυφόρου. Η επεξεργασία επί του δορυφόρου είναι µια τεχνική που παρέχει το πλεονέκτηµα της διαθεσιµότητας του σήµατος βάσης επί του δορυφόρου, χάρη στην αποδιαµόρφωση του φέροντος. Τα διαδορυφορικά δίκτυα αναπτύσσονται για πολιτικές εφαρµογές στο πλαίσιο «αστερισµών» πολλών δορυφόρων, όπως είναι το IRIDIUM για επικοινωνίες κινητών σταθµών και τελικά θα αναπτυχθούν για γεωστατικούς δορυφόρους. Η χρήση υψηλότερων συχνοτήτων (Ζώνη Ka στους 30/20 GHz) θα επιτρέψει τη διαθεσιµότητα υπηρεσιών ευρείας ζώνης συχνοτήτων, λόγω του ευρύτατου φάσµατος συχνοτήτων που είναι διαθέσιµο, παρά τα προβλήµατα µετάδοσης που προκαλεί η βροχή. Η τεχνολογία που απαιτείται για τις δορυφορικές επικοινωνίες αναπτύσσεται χάρη σε µεγάλη παγκόσµια προσπάθεια: ΕΥΡΩΠΗ. Η Ευρωπαϊκή ιαστηµική Υπηρεσία (European Space Agency, ESA) ξεκίνησε στα 1994 το πρόγραµµα ARTES (Advanced System and Telecommunications Equipment), που ακολούθησε το παλιότερο πρόγραµµα ASTP (Advanced Systems and Technology Programme). Από την έναρξη του προγράµµατος ASTE έχουν ερευνηθεί τα ακόλουθα θέµατα: ψηφιακές δορυφορικές εκποµπές, εξοπλισµός επεξεργασίας σήµατος επί του δορυφόρου, παγκόσµια συστήµατα πλοήγησης, συστήµατα επικοινωνιών µε δορυφόρους µη γεωστατικής τροχιάς, εξοπλισµός για διαδορυφορικές ζεύξεις µεταξύ δορυφόρων µετάδοσης δεδοµένων. Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε στα πλαίσια του προγράµµατος ASTE πρόκειται να χρησιµοποιηθεί σε µερικά συστήµατα, όπως Artemis, Archimedes και IRIS. Επιπρόσθετα µε τη συνεισφορά τους στις προσπάθειες της ESA, µερικές χώρες ασκούν πολιτικές που στοχεύουν στην υποστήριξη της τοπικής διαστηµικής βιοµηχανίας τους. ΗΝΩΜΕΝΕΣ ΠΟΛΙΤΕΙΕΣ. Ο ορυφόρος Προηγµένης Τεχνολογίας Επικοινωνιών (Advanced Communications Technology Satellite, ACTS), ένα δεκαπενταετές πρόγραµµα από τη NASA για την επίδειξη της τεχνολογίας 30/20 GHz και άλλων προόδων, ξεκίνησε στα Από τότε η NASA αποσύρθηκε από το πεδίο των δορυφορικών επικοινωνιών. Έχουν ανατεθεί µερικά συµβόλαια σε αµερικανικές βιοµηχανίες, εντός του πλαισίου προγράµµατος Small Satellite Technology Initiative (κίνητρα για την ανάπτυξη τεχνολογίας µικρών δορυφόρων). Επιπρόσθετα, µερικές από 3

10 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες τις τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια του προγράµµατος της Νέας Χιλιετίας (New Millennium Programme), όπως τα συστήµατα µικροηλεκτρονικής, οι «φουσκωτές» και ενεργές κεραίες, η αυτόνοµη πλοήγηση και τα οπτοηλεκτρονικά, θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν στο πεδίο των δορυφορικών επικοινωνιών. ΚΑΝΑ ΑΣ. Τα µακροπρόθεσµα διαστηµικά σχέδια, κάτω από την ευθύνη της Καναδικής ιαστηµικής Υπηρεσίας, περιλαµβάνουν ένα νέο πρόγραµµα που εστιάζεται σε προηγµένες δορυφορικές επικοινωνίες για την πρόσβαση στο ιαδίκτυο (INTERNET) και για ψηφιακές επικοινωνίες µέσω πρόσβασης µε ασύγχρονη µετάδοση δεδοµένων (Asynchronous Transfer Mode, ATM). Οι νέες υπηρεσίες θα επιτρέπουν τη µετάδοση δεδοµένων ευρέως φάσµατος συχνοτήτων απευθείας στα σπίτια. Η υλοποίηση αυτού του προγράµµατος είναι ευθύνη του Κέντρου Έρευνας Τηλεπικοινωνιών (Communications Research Centre, CRC). ΙΑΠΩΝΙΑ. Η µακροπρόθεσµη προσπάθεια για την ανάπτυξη τεχνολογιών δορυφορικών επικοινωνιών άρχισε µε το δορυφορικό πρόγραµµα Sakura. Ο δορυφόρος ETS-VI, που εκτοξεύτηκε το 1994, προοριζόταν για τρία χρόνια δοκιµών σε προηγµένες τεχνολογίες επικοινωνιών και εκποµπών προς το ευρύ κοινό. υστυχώς, ο δορυφόρος δεν πέτυχε να φτάσει στην τελική γεωστατική του τροχιά και παρέµεινε σε ελλειπτική τροχιά. Το εργαστήριο Έρευνας Τηλεπικοινωνιών (Communications Research Laboratory, CRL) και η Ιαπωνική ιαστηµική Υπηρεσία, NASDA, αναπτύσσουν τον πειραµατικό δορυφόρο τηλεπικοινωνιών και εκποµπών προς το ευρύ κοινό (Communications and Broadcasting Engineering Test Satellite, COMETS), που σκοπό έχει την ανάπτυξη τεχνολογίας για επικοινωνίες µεταξύ επίγειων σταθµών και δορυφόρων χαµηλής τροχιάς, την προηγµένη τεχνολογία εκποµπών για υπηρεσίες τηλεοπτικών µεταδόσεων ευρείας ζώνης και υψηλής ανάλυσης και την ανάπτυξη τεχνολογίας επικοινωνιών µεταξύ κινητών σταθµών. Ένας άλλος δορυφόρος της NASDA, ο δορυφόρος δοκιµών τεχνολογίας οπτικών ενδοτροχιακών επικοινωνιών (Optical Interorbit Communications Engineering Test Satellite, OICETS), που εκτοξεύτηκε το 1998, θα βοηθήσει στην ανάπτυξη των οπτικών διαδορυφορικών επικοινωνιών. Ο γεωστατικός δορυφόρος Engineering Test Satellite (ETS8), που εκτοξεύτηκε το 2001 υποστηρίζει τηλεφωνικές επικοινωνίες µέσω κινητών τηλεφώνων οπουδήποτε στη χώρα και επίσης παρέχει ραδιοφωνικές µεταδόσεις υψηλής ποιότητας σε φορητούς δέκτες. Ο δορυφόρος διαθέτει κεραία διαµέτρου 10m και κέντρο τηλεφωνικών µεταγωγών. Το 2002 εκτοξεύτηκε ένας δορυφόρος τηλεπικοινωνιών µε πολυµέσα, ενώ στα σχέδια της NASDA είναι και η εκτόξευση ενός δορυφόρου επικοινωνιών υπερυψηλής ταχύτητας στα 2005, µε το ισοδύναµο τηλεφωνικών κυκλωµάτων και ικανότητα µετάδοσης δεδοµένων ίση µε 1,2 Gbps. 4

11 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες Τα προγράµµατα που αναπτύσσονται θα κάνουν δυνατή την αύξηση της ικανότητας που παρέχουν τα δορυφορικά συστήµατα και θα ανταποκριθούν στην ολοένα αυξανόµενη ζήτηση για τηλεπικοινωνίες. Επίσης θα επιτρέψουν την περαιτέρω ελάττωση τόσο του µεγέθους, όσο και του κόστους των επίγειων σταθµών. Αυτή είναι µια θεµελιώδης απαίτηση για την προαγωγή των δορυφορικών τηλεπικοινωνιών. Ένα σύστηµα δορυφορικών επικοινωνιών έχει τρεις ιδιότητες οι οποίες δε συναντώνται ή συναντώνται σε µικρότερο βαθµό στα επίγεια δίκτυα. Αυτές είναι: Η δυνατότητα εκποµπών προς το ευρύ κοινό. Μεγάλο εύρος ζώνης. Γρήγορη εγκατάσταση και ευκολία αναδιάταξης. Η τεχνολογική εξέλιξη των δορυφορικών επικοινωνιών συµβαδίζει µε την ανάπτυξη του επίγειου µέρους και την ελάττωση του µεγέθους και του κόστους των επίγειων σταθµών. Αρχικά, ένα δορυφορικό σύστηµα περιείχε ένα µικρό αριθµό από επίγειους σταθµούς (µερικοί σταθµοί ανά χώρα, µε κεραίες διαµέτρου από 15 µέχρι 30m, που εξυπηρετούσαν µια εκτεταµένη περιοχή µέσω επίγειων δικτύων). Κατόπιν, ο αριθµός των επίγειων σταθµών αυξήθηκε, µε ταυτόχρονη ελάττωση του µεγέθους (κεραίες από 1 µέχρι 4m) και µεγαλύτερη γεωγραφική διασπορά. Οι σταθµοί πλησίασαν στο χρήστη, έχοντας τη δυνατότητα εύκολης µεταφοράς ή κίνησης. Έτσι, το δυναµικό των υπηρεσιών που παρέχουν οι δορυφορικές επικοινωνίες διαφοροποιήθηκε. Μαζικές τηλεφωνικές συνδέσεις και ανταλλαγή τηλεοπτικών προγραµµάτων. Αυτή είναι η συνέχεια της αρχικής δορυφορικής υπηρεσίας. Η σχετική τηλεπικοινωνιακή κίνηση είναι µέρος της διεθνούς τηλεπικοινωνιακής κίνησης µιας χώρας. Συλλέγεται και κατανέµεται από το επίγειο δίκτυο σε κλίµακα κατάλληλη για την κάθε χώρα. Τέτοια παραδείγµατα είναι τα δίκτυα INTELSAT και EUTELSAT (δίκτυο TDMA). Οι επίγειοι σταθµοί είναι εφοδιασµένοι µε κεραίες διαµέτρου από 15 µέχρι 30m. Συστήµατα «πολλαπλών υπηρεσιών». Οµάδες χρηστών τηλεφωνίας και δεδοµένων, οι οποίες είναι γεωγραφικά διεσπαρµένες. Κάθε οµάδα µοιράζεται ένα επίγειο σταθµό και έχει πρόσβαση µέσω ενός επίγειου δικτύου, του οποίου η έκταση περιορίζεται σε ένα προάστιο µιας πόλης ή µια βιοµηχανική περιοχή. Τέτοια παραδείγµατα αποτελούν τα συστήµατα TELECOM 2, EUTELSAT, SMS και INTELSAT (δίκτυο IBS). Οι επίγειοι σταθµοί είναι εφοδιασµένοι µε κεραίες διαµέτρου από 3 µέχρι 10m. 5

12 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες Τερµατικά Συστήµατα Πολύ Μικρής Επιφάνειας (Very Small Aperture Terminal Systems, VSAT). Αυτά διαθέτουν δυνατότητα µετάδοσης δεδοµένων µικρής ταχύτητας (µονοκατευθυντική ή και αµφικατευθυντική), όπως και δυνατότητα µετάδοσης τηλεοπτικών προγραµµάτων ή ραδιοφωνικών ψηφιακών προγραµµάτων ήχου. Τις περισσότερες φορές ο χρήστης είναι απευθείας συνδεδεµένος στο σταθµό. Τα συστήµατα VSAT διαθέτουν κεραίες διαµέτρου από 0,6 µέχρι 1,2m. Η εισαγωγή της ζώνης συχνοτήτων Ka θα επιτρέψει τη χρήση ακόµα µικρότερων κεραιών (USAT, Ultra Small Aperture Terminals, Τερµατικά Συστήµατα Εξαιρετικά Μικρής Επιφάνειας) και θα δώσει ακόµα µεγαλύτερη ικανότητα µετάδοσης δεδοµένων, επιτρέποντας την αλληλεπιδραστική χρήση πολυµέσων, επιχειρηµατικές εφαρµογές µε κύριο µέρος τη µετάδοση δεδοµένων, οικιακές και εµπορικές συνδέσεις µε το INTERNET, αµφίδροµη τηλεδιάσκεψη µε εικόνα, τηλεκπαίδευση και τηλεϊατρική. Τηλεπικοινωνίες µε κινητούς σταθµούς και προσωπικές τηλεπικοινωνίες. Παρά την τεράστια παγκόσµια ανάπτυξη και επικράτηση των κυψελωτών και επίγειων τηλεπικοινωνιών υπηρεσιών, θα υπάρχουν τεράστιες γεωγραφικές περιοχές οι οποίες δε θα καλύπτονται από ασύρµατες επίγειες τηλεπικοινωνίες. Αυτές οι περιοχές αποτελούν ανοικτά πεδία για δορυφορικές επικοινωνίες µε κινητούς ή προσωπικούς σταθµούς και είναι βασικές αγορές για τους εγκαταστάτες γεωστατικών δορυφόρων, όπως ο INMARSAT και για τους σχηµατισµούς µη γεωστατικών δορυφόρων όπως τα IRIDIUM, GLOBALSTAR, ICO, ELLIPSO και ECCO. Υπηρεσίες πολυµέσων. Αυτές οι υπηρεσίες ενσωµατώνουν διαφορετικά µέσα, όπως κείµενο, δεδοµένα, ήχο, γραφικά, σταθερές εικόνες ή εικόνες αργής σάρωσης και video, σε µια κοινή ψηφιακή µορφή, ώστε να προσφέρουν υπερεπαρκείς δυνατότητες για υπηρεσίες on-line, τηλεεργασία, τηλεκπαίδευση, αλληλεπιδραστική τηλεόραση, τηλεϊατρική, κτλ. Η δυνατότητα αλληλεπίδρασης είναι λοιπόν ένα ενσωµατωµένο χαρακτηριστικό. Οι υπηρεσίες αυτές απαιτούν µεγαλύτερο εύρος ζώνης σε σχέση µε τις συµβατικές υπηρεσίες, όπως είναι η τηλεφωνία. Αυτό το γεγονός οδήγησε στην έννοια του υπερδικτύου πληροφοριών, που θα προωθηθεί από το Εθνικό Πρόγραµµα Υποδοµής Πληροφοριών (National Information Infrastructure Programme, NII) στις Η.Π.Α., και από το µελλοντικό Πρόγραµµα Παγκόσµιας Υποδοµής Πληροφοριών (Global Information Infrastructure, GII). Οι δορυφόροι θα συµπληρώνουν τα επίγεια δίκτυα µεγάλης χωρητικότητας µε οπτικές ίνες. Έχουν προταθεί µερικά δίκτυα µε βάση δορυφόρο. Τέτοια παραδείγµατα είναι τα GALAXY/SPACEWAY, VOICESPAN, ASTROLINK, CYBERSTAR, SKYBRIDGE, που χρησιµοποιούν γεωστατικό δορυφόρο και το TELEDESIC, που βασίζεται σε σχηµατισµούς δορυφόρων χαµηλής τροχιάς. Επίσης, σχεδιάζονται υβριδικά συστήµατα, τα οποία χρησιµοποιούν τόσο γεωστατικούς όσο και µη γεωστατικούς δορυφόρους, όπως τα συστήµατα CELESTRI και WEST. Αυτά 6

13 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες τα συστήµατα αξιοποιούν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: χρήση της ζώνης συχνοτήτων Ka, κεραίες πολλαπλών δεσµών εκποµπής-λήψης, µετατροπείς συχνότητας µεγάλου εύρους ζώνης (τυπικά 125MHz), επεξεργασία και µεταγωγή σήµατος επί του δορυφόρου, µεγάλη κλίµακα ταχυτήτων µετάδοσης πληροφοριών (από 16kbps µέχρι 10Mbps) και σχεδόν αλάνθαστη µετάδοση (τυπικά ο λόγος εσφαλµένων bit είναι ). Οι δορυφορικές επικοινωνίες είναι πλέον µέρος του περιβάλλοντός µας. Καθηµερινά λαµβάνουµε και εκπέµπουµε πληροφορίες µέσω δορυφόρου συχνά χωρίς να το γνωρίζουµε. Η διαθεσιµότητα της δορυφορικής υπηρεσίας φτάνει το 99,5%. Οι δορυφορικές επικοινωνίες αντιµετωπίζουν τον ανταγωνισµό των επίγειων δικτύων µε οπτικές ίνες. Οι πιο βιοµηχανοποιηµένες χώρες δικτυώνονται µέσω οπτικών ινών. Τα δίκτυα αυτά προσφέρουν τόσο µεγάλο εύρος ζώνης όσο και µεγάλη χωρητικότητα. Έτσι, οι δορυφόροι ενσωµατώνονται σε τέτοια δίκτυα, προσφέρουν εφεδρική κάλυψη κι εναλλακτικές διαδροµές ασφαλείας εντός του επίγειου δικτύου. Αναµφισβήτητα οι δορυφόροι θα συνεχίζουν να κατέχουν σηµαντικό ρόλο ως µέσο επικοινωνίας. 1.2 H Ιστορία της ITU Το Μάιο του 1844, ο Samuel Morse έστειλε το πρώτο δηµόσιο µήνυµά του µέσω µιας τηλεγραφικής γραµµής, µεταξύ της Ουάσιγκτον και της Βαλτιµόρης, και µέσω αυτής της απλής πράξης, ξεκίνησε η εποχή των τηλεπικοινωνιών. Μόλις δέκα έτη αργότερα, η τηλεγραφία ήταν διαθέσιµη ως υπηρεσία στο ευρύ κοινό. Σε εκείνες τις ηµέρες, εντούτοις, οι τηλεγραφικές γραµµές δεν διέσχιζαν τα εθνικά σύνορα. Επειδή κάθε χώρα χρησιµοποίησε ένα διαφορετικό σύστηµα, τα µηνύµατα έπρεπε να µεταγραφούν, να µεταφραστούν και να παραδοθούν στα σύνορα, κατόπιν να αναµεταδοθούν µέσω του τηλεγραφικού δικτύου της γειτονικής χώρας. Λαµβάνοντας υπόψη την αργή και µη πρακτική φύση αυτού του συστήµατος, πολλές χώρες αποφάσισαν τελικά να καθιερώσουν τις ρυθµίσεις που θα διευκόλυναν τη διασύνδεση των εθνικών τους δικτύων. Εντούτοις, επειδή τέτοιες ρυθµίσεις ορίστηκαν από κάθε χώρα σε εθνικό επίπεδο, η οργάνωση των συνδέσεων τηλέγραφων απαίτησε συχνά έναν τεράστιο αριθµό ξεχωριστών συµφωνιών (µεταξύ των διαφόρων χωρών). Για παράδειγµα στην περίπτωση της Πρωσίας, απαιτήθηκαν περισσότερες από δεκαπέντε συµφωνίες για τη σύνδεση µεταξύ της πρωτεύουσας και των περιφερειακών περιοχών που συνορεύουν µε άλλα γερµανικά κράτη. Για να απλοποιήσουν τα θέµατα, οι χώρες άρχισαν να αναπτύσσουν τις διµερείς ή περιφερειακές συµφωνίες, µε αποτέλεσµα το 1864 να υπάρχουν διάφορες περιφερειακές συµβάσεις σε ισχύ. 7

14 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες Η συνεχής γρήγορη επέκταση των τηλεγραφικών δικτύων σε έναν αυξανόµενο αριθµό χωρών προέτρεψε τελικά 20 ευρωπαϊκά κράτη να αναπτύξουν µια συµφωνία-πλαίσιο που καλύπτει τη διεθνή διασύνδεση. Συγχρόνως, ελήφθησαν αποφάσεις σχετικά µε τους κοινούς κανόνες για να τυποποιηθεί µία διαδικασία που να διευκολύνει τη διεθνή διασύνδεση. Η διαδικασία αυτή θα περιελάµβανε κάποιες οδηγίες λειτουργίας που θα ίσχυαν για όλες τις χώρες, καθορίζοντας τους κοινούς διεθνείς κανόνες δασµολογίων και λογιστικής. Στις 17 Μαΐου του 1865, µετά από δυόµισι µήνες σκληρών διαπραγµατεύσεων, η πρώτη ιεθνής Συνθήκη Τηλέγραφων υπογράφηκε στο Παρίσι από τα 20 ιδρυτικά µέλη, και η ιεθνής Ένωση Τηλέγραφων (ITU International Telecommunication Unit) καθιερώθηκε για να διευκολύνει τις επόµενες τροποποιήσεις σε αυτήν την αρχική συµφωνία. Σήµερα, περίπου 138 χρόνια αργότερα, οι λόγοι που οδήγησαν στην καθιέρωση της ITU ισχύουν ακόµα, και οι θεµελιώδεις στόχοι της οργάνωσης παραµένουν βασικά αµετάβλητοι. Μετά από την κατοχύρωση µε δίπλωµα ευρεσιτεχνίας του τηλεφώνου το 1876 και την επακόλουθη επέκταση της τηλεφωνίας, η ITU άρχισε, το 1885, να συντάσσει τη διεθνή νοµοθεσία που διέπει την τηλεφωνία. Με την εφεύρεση το 1896 της ασύρµατης τηλεγραφίας -- ο πρώτος τύπος ραδιοεπικοινωνίας -- και τη χρησιµοποίηση αυτής της νέας τεχνικής για θαλάσσιες επικοινωνίες και άλλους λόγους, αποφασίστηκε να συγκληθεί µια προκαταρκτική διάσκεψη το 1903 για να µελετήσει το θέµα των διεθνών κανονισµών για τις επικοινωνίες ραδιοτηλεγραφηµάτων. Η πρώτη διεθνής διάσκεψη ραδιοτηλεγραφηµάτων που έγινε το 1906 στο Βερολίνο υπέγραψε την πρώτη διεθνή Συνθήκη ραδιοτηλεγραφηµάτων, και το παράρτηµα αυτής της Συνθήκης περιείχε τους πρώτους κανονισµούς που διέπουν την ασύρµατη τηλεγραφία. Αυτοί οι κανονισµοί, που έχουν επεκταθεί από τότε και έχουν αναθεωρηθεί από τις πολυάριθµες διασκέψεις που ακολούθησαν, είναι τώρα γνωστοί ως ράδιο κανονισµοί (Radio Regulations). Το έτος 1920 έγινε η αρχή της ραδιοφωνικής αναµετάδοσης στα αυτοσχέδια στούντιο της επιχείρησης Marconi, και το 1927 καθιερώθηκε η International Radio Consultative Committee (CCIR) σε µια διάσκεψη που έγινε στην Ουάσιγκτον. Η International Telephone Consultative Committee (CCIF, που ιδρύεται το 1924), η International Telegraph Consultative Committee (CCIT, που ιδρύεται το 1925), και η CCIR ορίστηκαν αρµόδιες για το συντονισµό των τεχνικών µελετών, των δοκιµών και των µετρήσεων που πραγµατοποιούνται στους διάφορους τοµείς των τηλεπικοινωνιών, καθώς επίσης και για την κατάρτιση των διεθνών προτύπων. 8

15 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες Η διάσκεψη ραδιοτηλεγραφηµάτων του 1927 ανέθεσε επίσης τις ζώνες συχνοτήτων στις διάφορες ράδιουπηρεσίες που υπήρχαν τότε (σταθερές, θαλάσσιες και αεροναυτικές κινητές, ραδιοφωνικές, ερασιτεχνικές και πειραµατικές), για να εξασφαλίσει µεγαλύτερη αποδοτικότητα λαµβάνοντας υπόψη την αύξηση στον αριθµό υπηρεσιών ραδιοεπικοινωνίας και τις τεχνικές ιδιαιτερότητες κάθε υπηρεσίας. Στη διάσκεψη της Μαδρίτης του 1932, η Ένωση αποφάσισε να συνδυάσει το International Telegraph Convention του 1865 και το International Radiotelegraph Convention του 1906 για να διαµορφώσει το International Telecommunication Convention. Αποφασίστηκε επίσης να αλλαχτεί το όνοµα της Ένωσης σε διεθνή International Telecommunication Unit. Το νέο όνοµα, που τέθηκε σε ισχύ την 1η Ιανουαρίου 1934, επιλέχτηκε για να αποδώσει κατάλληλα το πλήρες πεδίο των ευθυνών της ένωσης, οι οποίες κάλυψαν στο µεταξύ όλες τις µορφές ενσύρµατης και ασύρµατης επικοινωνίας. Το 1947, µετά από το δεύτερο παγκόσµιο πόλεµο, η ITU οργάνωσε µια διάσκεψη στην Atlantic City µε το στόχο την ανάπτυξη και τον εκσυγχρονισµό του οργανισµού. Στο πλαίσιο µιας συµφωνίας µε τα πρόσφατα δηµιουργηµένα Ηνωµένα Έθνη, δηµιουργήθηκε µια ειδικευµένη αντιπροσωπεία στις 15 Οκτωβρίου 1947, και η έδρα της οργάνωσης µεταφέρθηκε το 1948 από τη Βέρνη στη Γενεύη. Συγχρόνως, ιδρύθηκε ο διεθνής πίνακας εγγραφής συχνοτήτων (International Frequency Registration Board - IFRB) για να συντονίσει τον όλο και περισσότερο περίπλοκο χειρισµό του φάσµατος ραδιοσυχνοτήτων, και ο πίνακας των κατανοµών συχνότητας Table of Frequency Allocations, που εισήχθη το 1912, κηρύχτηκε υποχρεωτικός. Το 1956, το CCIT και το CCIF συγχωνεύθηκαν για να διαµορφώσουν τη διεθνή συµβουλευτική Επιτροπή τηλεφώνων και τηλέγραφων (CCITT), προκειµένου να ανταποκριθούν αποτελεσµατικότερα στις απαιτήσεις που προέκυψαν από την ανάπτυξη αυτών των δύο τύπων επικοινωνιών. O επόµενος χρόνος χαρακτηρίστηκε από την εκτόξευση του πρώτου τεχνητού δορυφόρου, Sputnik-1. Το 1963, ο πρώτος γεωστατικός δορυφόρος επικοινωνιών (Syncom-1) τέθηκε στην τροχιά µετά από την πρόταση, που έγινε από το συγγραφέα Arthur C. Clarke το 1945, ότι οι δορυφόροι θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν για τη µετάδοση πληροφοριών. Προκειµένου να αντιµετωπιστούν οι προκλήσεις των νέων διαστηµικών συστηµάτων επικοινωνιών, το 1959 η CCIR οργάνωσε µια οµάδα µελέτης αρµόδια για τη µελέτη της διαστηµικής ραδιοεπικοινωνίας. Επιπλέον, το 1963 έγινε µια έκτακτη διοικητική 9

16 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες διάσκεψη για τις διαστηµικές επικοινωνίες στη Γενεύη, για να αναθέσει τις συχνότητες στις διάφορες διαστηµικές υπηρεσίες.. Το 1992, οι κατανοµές έγιναν για πρώτη φορά για να εξυπηρετήσουν τις ανάγκες ενός νέου είδους διαστηµικής υπηρεσίας χρησιµοποιώντας τους µη-γεωστατικούς δορυφόρους, γνωστούς ως Global Mobile Personal Communications by Satellite (GMPCS). Το 1989, η διάσκεψη που διοργανώθηκε στη Νίκαια αναγνώρισε τη σηµασία της τεχνικής υποστήριξης στις αναπτυσσόµενες χώρες. Για αυτόν τον λόγο, καθιέρωσε το γραφείο ανάπτυξης τηλεπικοινωνιών (BDT) για να εντείνει τις προσπάθειες που καταβάλλονται να βελτιώσουν τις επικοινωνίες στις αναπτυσσόµενες περιοχές του κόσµου. Το 1992, η διάσκεψη πληρεξούσιων, που πραγµατοποιήθηκε στη Γενεύη γνωστή ως πρόσθετη διάσκεψη πληρεξούσιων, αναδιαµόρφωσε εντυπωσιακά την ITU, µε στόχο του τη µεγαλύτερη ευελιξία του οργανισµού ώστε να προσαρµοστεί στο σηµερινό όλο και περισσότερο σύνθετο, διαλογικό και ανταγωνιστικό περιβάλλον. Ως αποτέλεσµα της αναδιοργάνωσης, η Ένωση κατανεµήθηκε σε τρεις τοµείς, που αντιστοιχούν σε τρεις κύριους τοµείς δραστηριότητάς της -- τυποποίηση τηλεπικοινωνιών (ITU-T), ραδιοεπικοινωνία (ITU-R) και ανάπτυξη τηλεπικοινωνιών (ITU-D). Το νέο σύστηµα εισήγαγε επίσης έναν τακτικό κύκλο των διασκέψεων για να βοηθήσει την Ένωση να αποκριθεί γρήγορα στις νέες τεχνολογικές προόδους. Η διάσκεψη του Κιότο το 1994 υιοθέτησε το αρχικό στρατηγικό σχέδιο για την ITU, το οποίο υποστήριζε µια προσέγγιση προσανατολισµένη στον πελάτη και ένα πρόγραµµα δραστηριοτήτων γύρω από τους µεταβαλλόµενους ρόλους, τις ανάγκες και τις λειτουργίες των µελών ITU. Επιπλέον, η διάσκεψη του Κιότο προσδιόρισε µια ανάγκη για τη δηµιουργία ενός forum όπου τα µέλη θα µπορούν να συµµετέχουν στις ευρείες, άτυπες συζητήσεις σχετικά µε θέµατα που αφορούν τις τηλεπικοινωνίες. Καθιέρωσε έτσι το WTPF, µια ειδική συνεδρίαση που ενθαρρύνει την ελεύθερη ανταλλαγή ιδεών και πληροφοριών για τα αναδυόµενα ζητήµατα που προκύπτουν από το µεταβαλλόµενο περιβάλλον τηλεπικοινωνιών. Το πρώτο WTPF διοργανώθηκε στη Γενεύη το 1996 µε θέµα τις κινητές προσωπικές δορυφορικές τηλεπικοινωνίες και το δεύτερο στη Γενεύη το 1998, σχετικά µε το εµπόριο στις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες. Η πιο πρόσφατη διάσκεψη της ένωσης, που διοργανώθηκε στη Minneapolis από τις 12 Οκτωβρίου µέχρι τις 6 Νοεµβρίου 1998, στράφηκε στην ενίσχυση της συµµετοχής του ιδιωτικού τοµέα στην εργασία της Ένωσης. Η διάσκεψη ενέκρινε την καθιέρωση µιας 10

17 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες νέας παγκόσµιας Συνόδου Κορυφής στην κοινωνία των πληροφοριών, και απαίτησε τη µεγαλύτερη συµµετοχή ITU στην εξέλιξη του ιαδικτύου ως µέσο παγκόσµιας επικοινωνίας. Στη νέα χιλιετία, η ITU θα συνεχίσει να αναθεωρεί και να ρυθµίζει τις προτεραιότητές της και τις µεθόδους εργασίας της, συµβαδίζοντας µε τις γρήγορες αλλαγές στο παγκόσµιο περιβάλλον τηλεπικοινωνιών. εδοµένου ότι ο κόσµος γίνεται πάντα πιο εµπιστευόµενος στις τεχνολογίες τηλεπικοινωνιών για το εµπόριο, την επικοινωνία και την πρόσβαση στις πληροφορίες, ο ρόλος της ITU στην τυποποίηση των αναδυόµενων νέων συστηµάτων θα είναι όλο και πιο επιτακτικός. 1.3 Στόχοι της ITU Ο ιεθνής Οργανισµός Τηλεπικοινωνιών, η ITU (International Telecommunication Union) ιδρύθηκε το 1865 θεσπίζοντας κανόνες για την τυποποίηση του εξοπλισµού, τη διευκόλυνση της διασύνδεσης µεταξύ των κρατών, υιοθετώντας οδηγίες για να εφαρµόζονται σε όλες τις χώρες και καθορίζοντας διεθνές τιµολόγιο. Σήµερα, 138 χρόνια αργότερα, οι λόγοι που οδήγησαν στην ίδρυση του Οργανισµού εξακολουθούν να υφίστανται και οι αντικειµενικοί στόχοι παραµένουν ουσιαστικά αµετάβλητοι. Συγκεκριµένα, οι στόχοι της ITU είναι: Να διατηρήσει και να επεκτείνει τη διεθνή συνεργασία µεταξύ όλων των κρατών µελών της ITU για τη βελτίωση και την ορθολογική χρήση όλων των ειδών των τηλεπικοινωνιών. Να προωθήσει και να ενισχύσει τη συµµετοχή των οργανισµών στις δραστηριότητες της ITU και να ενθαρρύνει την καρποφόρα συνεργασία και την εταιρική σχέση µεταξύ αυτών και των κρατών µελών για την εκπλήρωση των γενικών στόχων της Ένωσης. Να προωθήσει και να προσφέρει τεχνική βοήθεια στις αναπτυσσόµενες χώρες στον τοµέα των τηλεπικοινωνιών και επίσης να προωθήσει την κινητοποίηση των υλικών, ανθρώπινων και οικονοµικών πόρων, ώστε να βελτιωθεί η πρόσβαση τέτοιων χωρών στις τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες. Να προωθήσει την ανάπτυξη των τεχνικών εγκαταστάσεων και την αποδοτικότερη λειτουργία τους µε σκοπό τη βελτίωση της αποδοτικότητας των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών και την αύξηση της διαθεσιµότητας τους στο κοινό. 11

18 Ενότητα 1 ορυφορικές Επικοινωνίες Να προωθήσει τη χρήση των νέων τηλεπικοινωνιών υπηρεσιών στους κατοίκους όλου του κόσµου. Να εναρµονίσει τις ενέργειες των κρατών µελών και να προωθήσει την καρποφόρα και εποικοδοµητική συνεργασία µεταξύ των κρατών µελών στην επίτευξη αυτών των στόχων. Να προωθήσει, στο διεθνές επίπεδο, την υιοθέτηση µιας ευρύτερης προσέγγισης στα ζητήµατα των τηλεπικοινωνιών στην κοινωνία της πληροφορίας µέσα από τη συνεργασία µε διάφορες παγκόσµιες αλλά και περιφερειακές διακυβερνητικές οργανώσεις καθώς και µε µη κυβερνητικές οργανώσεις µε ενδιαφέρον για τις τηλεπικοινωνίες. Ανάµεσα στις βασικότερες δραστηριότητες της ITU είναι η ανάθεση και η κατανοµή συχνοτήτων. Η αρχή διαχείρισης του φάσµατος συχνοτήτων κάθε χώρας έχει ως σηµείο αναφοράς τον διεθνή πίνακα κατανοµής συχνοτήτων της ITU κάθε φορά που αναθέτει συχνότητες σε σταθµούς για συγκεκριµένες υπηρεσίες. 12

19 Ενότητα 2 Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU

20 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU 2.1 Η Ιστορία των Κινητών ορυφορικών Επικοινωνιών. Η ιστορία των κινητών δορυφορικών επικοινωνιών ξεκινά σχεδόν παράλληλα µε την ιστορία των ίδιων των δορυφορικών επικοινωνιών. Στα εκτοξεύθηκαν από τη NASA οι Syncom II και Syncom ΙΙΙ, οι πρώτοι γεωσύγχρονοι γεωστατικοί τηλεπικοινωνιακοί δορυφόροι. Στη συνέχεια αναφέρονται χρονολογικά µερικά από τα γεγονότα εκείνα που καθόρισαν την εξέλιξη των κινητών δορυφορικών επικοινωνιών: Η πρώτη απογείωση τηλεπικοινωνιακού δορυφόρου από τη NASA. Ήταν φανερό ότι είχε αρχίσει να διαφαίνεται η προοπτική παροχής µιας υψηλής ποιότητας επικοινωνίας µεταξύ πλοίων µε τη βοήθεια των δορυφόρων. Ωστόσο το κόστος θεωρήθηκε ότι ήταν πολύ υψηλό για να µπορεί να καλυφθεί από κάθε χώρα µεµονωµένα. Για το λόγο αυτό έπρεπε να δηµιουργηθεί κάποιος διεθνής οργανισµός που θα µπορούσε να παράσχει τις κινητές δορυφορικές επικοινωνίες σε παγκόσµια κλίµακα ηµιουργία της Intelsat (International Telecommunication Satellite Organization) για την παροχή υπηρεσιών τηλεφωνίας διεθνών κλήσεων Ο οργανισµός IMCO (Inter-Governmental Maritime Consultative Committee) ξεκίνησε τις έρευνες για τη χρήση των δορυφόρων προκείµενου να βελτιωθούν οι επικοινωνίες µεταξύ των πλοίων Ανάθεση των συχνοτήτων 1.5/1.6 GHz στις κινητές δορυφορικές επικοινωνίες από το WARC-71, των 7.5 MHz στις θαλάσσιες και αεροναυτικές κινητές επικοινωνίες 1973 Η IMCO συγκαλεί µια διεθνή συνοδό µε στόχο τη δηµιουργία ενός διεθνούς οργανισµού που θα ασχολείται µε τις θαλάσσιες κινητές τηλεπικοινωνίες Η διεθνής σύνοδος πραγµατοποιείται στο Λονδίνο και αποφασίζει τη δηµιουργία της Inmarsat. Το 1976 ολοκληρώθηκαν οι όροι και οι συµφωνίες για την Inmarsat και ξεκίνησε η εγράφη των χωρών που ήθελαν να συµµετάσχουν στον οργανισµό αυτό. 14

21 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU 1976 Εκτόξευση τριών δορυφόρων από τις Ηνωµένες Πολιτείες Αµερικής, οι οποίοι τοποθετήθηκαν πάνω από τον Ατλαντικό, τον Ειρηνικό και τον Ινδικό Ωκεανό Στις 26 Ιουλίου οι συµφωνίες για τη λειτουργία των δορυφορικών συστηµάτων υπεγράφησαν από 29 χώρες 1982 Η Inmarsat ξεκίνησε τη λειτουργία της παγκοσµίως 1983 έσµευση του φάσµατος ,1 MHz από τους δορυφόρους χαµηλής ισχύος (EPIRBs) 1985 Λειτουργία του συστήµατος Cospas-Sarsat 1987 Ανάθεση των συχνοτήτων 1.5/1.6 GHz στα επίγεια κινητά δορυφορικά συστήµατα από την WARC Mob Το διεθνές πρόγραµµα Cospas-Sarsat υπεγράφη από τον Καναδά, τη Γαλλία, τη USA και τη USSR Η Inmarsat εκτόξευσε του δικούς της δορυφόρους, τους λεγόµενους δεύτερης γενιάς, µε υψηλότερα επίπεδα E.I.R.P αλλά µε δέσµη ευρείας κάλυψης Το WARC-92 έκανε επιπρόσθετες αναθέσεις συχνοτήτων στα 1.5/1.6 GHz, 1.6/1.4 GHz, 2.5/2.6 GHz και στα 1.9/2.1 GHz για τους little LEOs Σχεδιασµός νέων µη γεωστατικών συστηµάτων επικοινωνιών όπως Globalstar, ICO, Iridium και Orbcomm. 15

22 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU 2.2 Εισαγωγή στις Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες Στην ενότητα αυτή θα ασχοληθούµε µε τα συστήµατα κινητών επικοινωνιών, που γίνονται µε τη χρήση δορυφορικού αναµεταδότη. Τα συστήµατα αυτά θα τα αναφέρουµε µε την συντοµογραφία MSS, ο οποίος προέρχεται από τα αρχικά της αγγλικής ορολογίας Mobile Satellite Services. Ένας γενικός ορισµός των συστηµάτων MSS είναι ο ακόλουθος: Κινητό δορυφορικό σύστηµα είναι ένα σύστηµα ραδιοεπικοινωνίας : µεταξύ κινητών επίγειων σταθµών και ενός ή περισσοτέρων δορυφορικών σταθµών, ή µεταξύ δορυφορικών σταθµών που χρησιµοποιούνται από αυτό το σύστηµα, ή µεταξύ κινητών επίγειων σταθµών δια µέσου ενός ή περισσότερων δορυφορικών σταθµών. Τα παραπάνω συστήµατα µπορούν να χρησιµοποιούν και ζεύξεις δορυφορικού αναµεταδότη µε σταθερούς επίγειους σταθµούς αν αυτό είναι απαραίτητο για την επικοινωνία. Ένα τέτοιο σύστηµα φαίνεται και στο παρακάτω σχήµα : 16

23 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU Gateway Earth Station Mobile Earth Station PSTN Σχήµα

24 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU 2.3 Είδη Mobile Satellite Services (MSS) Η διάκριση των MSS γίνεται ανάλογα µε την τοποθεσία του κινητού σταθµού πάνω στη γη. Περαιτέρω διάκριση µπορεί να γίνει µε βάση τις υπηρεσίες που προσφέρει ή για τις οποίες διατίθεται ένα τέτοιο σύστηµα. Συγκεκριµένα λοιπόν τα MSS διακρίνονται στις ακόλουθες κατηγόριες: Land ΜSS: Είναι εκείνα τα συστήµατα στα οποία ο επίγειος κινητός σταθµός είναι τοποθετηµένος, ή σωστότερα κινείται, πάνω στην ξηρά. Maritime MSS: Είναι τα συστήµατα εκείνα στα οποία ο επίγειος κινητός σταθµός είναι τοποθετηµένος στην πλατφόρµα κάποιου πλοίου. Aeronautical MSS: Είναι τα συστήµατα εκείνα στα οποία ο επίγειος κινητός σταθµός είναι τοποθετηµένος στην πλατφόρµα κάποιου αεροσκάφους. Στο σηµείο αυτό πρέπει να τονίσουµε ότι στις δυο παραπάνω κατηγόριες εµπίπτουν και τα συστήµατα που χρησιµοποιούν τα διασωστικά σκάφη και οι σταθµοί εντοπισµού θέσης µε τη χρήση ραδιακτίνων. Οι παραπάνω κατηγόριες µπορούν να αναλυθούν περαιτέρω µε κριτήριο τις υπηρεσίες των MSS: Aeronautical MSS (R = route): Είναι µια υποκατηγορία των Aeronautical MSS τα οποία χρησιµοποιούνται αποκλειστικά και µόνο για επικοινωνίες που αφορούν θέµατα ασφάλειας πτήσεων, οι οποίες βρίσκονται εντός εθνικών ή διεθνών δροµολογίων της πολιτικής αεροπορίας. Aeronautical MSS (ΟR = off-route): Είναι µια υποκατηγορία των Aeronautical MSS τα οποία χρησιµοποιούνται αποκλειστικά και µόνο για επικοινωνίες που αφορούν θέµατα ασφάλειας πτήσεων, οι οποίες βρίσκονται εκτός εθνικών η διεθνών δροµολογίων της πολιτικής αεροπορίας. Radiodetermination MSS: Αφορά τα συστήµατα τα οποία χρησιµοποιούνται µε στόχο τον καθορισµό της χρήσης ενός ή περισσότερων δορυφορικών σταθµών. Safety ΜSS: Αναφέρεται σε συστήµατα ραδιοεπικοινωνίας που χρησιµοποιούνται µόνιµα ή προσωρινά για λόγους ασφάλειας της ανθρώπινης ζωής και περιουσίας. 2.4 Ανάθεση Συχνοτήτων στα Mobile Satellite Services (MSS) 18

25 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU Στην παράγραφο αυτή αναφέρουµε τις περιοχές συχνοτήτων που χρησιµοποιούνται συνηθέστερα από τα κινητά δορυφορικά συστήµατα. Στον Πίνακα 2.1 αναφέρονται οι συχνότητες κάτω του 1 GHz που έχουν ανατεθεί και χρησιµοποιούνται από τα λεγόµενα Little LEO συστήµατα MSS. Τα συστήµατα αυτά είναι συστήµατα που χρησιµοποιούν µη γεωστατικούς δορυφόρους σε δίκτυα για τη µεταφορά µόνο ψηφιακών δεδοµένων και όχι φωνητικών µε ρυθµό που κυµαίνεται από 2.8 έως 19.2 kbits/s. Ο Πίνακας 2.2 αναφέρεται στις συχνότητες από 1 έως 3 GHz που χρησιµοποιούνται από τα λεγόµενα Big LEO συστήµατα MSS. Τα συστήµατα αυτά επίσης χρησιµοποιούν µη γεωστατικούς δορυφόρους σε δίκτυα για τη µεταφορά ψηφιακών δεδοµένων, τα οποία όµως τώρα µπορεί να είναι και φωνητικά ενώ ο ρυθµός µετάδοσης τους µπορεί να φτάσει και τα 144 kbits/s. 19

26 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU Πίνακας 2.1 Πίνακας

27 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU 2.5 Ταυτόχρονη Χρήση Συχνότητας από συστήµατα MSS Οι αναθέσεις των συχνοτήτων που είδαµε χρησιµοποιούνται ευρύτατα από διάφορους διακοµιστές για τα εθνικά αλλά και διεθνή δίκτυα. Παρατηρούµε όµως ότι στους πίνακες αυτούς υπάρχει κάποιες φορές αλληλεπικάλυψη κάποιων συχνοτήτων µε αποτέλεσµα το φάσµα που έχει ανατεθεί σε κάποιο σύστηµα να χρησιµοποιείται εν µέρη και από κάποιο άλλο. Είναι δηλαδή συχνό φαινόµενο δυο ή περισσότερα διαφορετικά συστήµατα MSS να χρησιµοποιούν το ίδιο φάσµα, που έχει δοθεί από την ITU, είτε βρίσκονται σε διαφορετικά είτε στο ίδιο ITU Region. Αυτό το φαινόµενο κάνει επιτακτική την ανάγκη λήψης µέτρων που θα οδηγήσουν στην ελαχιστοποίηση των αµοιβαίων παρεµβολών µεταξύ των συστηµάτων, που λειτουργούν στην ίδια συχνότητα. Για να διατηρείται λοιπόν η παρεµβολή σε ανεκτά επίπεδα η ITU έθεσε σε εφαρµογή κάποια από τα µέτρα που έχει λάβει για την λύση του ίδιου προβλήµατος, όταν αυτό παρουσιάστηκε στα συστήµατα FSS (Fixed Satellite Service). Βέβαια λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών που διαφοροποιούν τα MSS από τα FSS τα µέτρα αυτά χρειάστηκε να τροποποιηθούν κατά περίπτωση. Επιπλέον, η εισαγωγή συστηµάτων MSS µε µη γεωστατικούς δορυφόρους επέβαλε και την αναβάθµιση των διαδικασιών ανίχνευσης θέσης που υπήρχαν για τα MSS µε δορυφόρους γεωστατικής τροχιάς. Μια από τις δυσκολίες που παρουσιάστηκαν µε τα κινητά δορυφορικά συστήµατα είναι το γεγονός ότι η κατευθυντικότητα των κεραιών που χρησιµοποιούνται για το σκοπό αυτό είναι πολύ χαµηλότερη από εκείνη των αντίστοιχων που λειτουργούν στα FSS. Οι κεραίες των κινητών σταθµών, εξάλλου, έχουν πολύ χαµηλότερο κέρδος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, επειδή ακριβώς αυτές οι κεραίες είναι πάνω σε κάποια κινητή πλατφόρµα (π.χ. πλοίο ή αεροπλάνο) ή σε κάποιο άτοµο, πρέπει να έχουν πολύ χαµηλές διαστάσεις. Αποτέλεσµα είναι ότι το άνοιγµα της κεραίας, από το οποίο όπως γνωρίζουµε εξαρτάται το κέρδος, να είναι περιορισµένο σε πολύ µικρές διαστάσεις. Το κέρδος G µιας κεραίας, µε επιφάνεια διατοµής της κεραίας A, δίνεται από την παρακάτω σχέση: 4π = n A (2.1) λ G a 2 Ως αποτέλεσµα των παραπάνω το εύρος της δέσµης της κεραίας είναι µεγαλύτερο. Το γεγονός αυτό περιορίζει την ικανότητα της κεραίας ενός κινητού σταθµού να διαχωρίζει το επιθυµητό σήµα ή το δορυφόρο στον οποίο στοχεύει, από το ανεπιθύµητο σήµα ή 21

28 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU δορυφόρο, όταν οι δυο αυτοί δορυφόροι βρίσκονται αρκετά κοντά ή σωστότερα έχουν µικρή γωνιακή απόσταση. Επιπλέον τα συστήµατα MSS παρουσιάζουν ένα ακόµη πρόβληµα σε σχέση µε τα FSS. Η απαιτούµενη γωνιακή απόσταση, ώστε οι αµοιβαίες παρεµβολές να είναι σε ικανοποιητικά επίπεδα, είναι κοντά στις 3 ο για τα FSS που λειτουργούν στα 4/6 GHz ή ακόµη και 2 ο για εκείνα που λειτουργούν σε υψηλότερες συχνότητες (11/12 GHz). Στα κινητά ωστόσο συστήµατα, η γωνιακή αυτή απόσταση, που είναι ικανή να εξασφαλίσει χαµηλή παρεµβολή, είναι περίπου 40 ο ή και περισσότερο ακόµη και για συχνότητες 1.5/1.6 GHz. Αυτός λοιπόν ο παράγοντας κάνει προτιµότερη τη χρήση τεχνικών διαίρεσης συχνότητας από την οµοδιαυλική ταυτόχρονη χρήση συχνοτήτων. Ωστόσο, στα MSS συστήµατα νέας γενιάς χρησιµοποιούνται κεραίες µε στενό εύρος δέσµης. Αυτό επιτρέπει ως ένα βαθµό την αναχρησιµοποίηση συχνότητας, όταν υπάρχει ικανοποιητικός διαχωρισµός µεταξύ των δορυφόρων δυο συστηµάτων MSS που είναι γειτονικοί και λειτουργούν στην ίδια συχνότητα. Σε γενικές λοιπόν γραµµές, τα συστήµατα κινητών δορυφορικών επικοινωνιών µπορούν να χρησιµοποιήσουν το ίδιο εύρος συχνοτήτων, η αλληλοκαλυπτόµενα εύρη, δεδοµένου ότι η παρεµβολή που προκαλεί το ένα στο άλλο είναι µικρή και στα δυο τµήµατα της ζεύξης (uplink και downlink). Υπάρχει περιορισµένος αριθµός µηχανισµών που µπορεί να χρησιµοποιήσει ένα σύστηµα προκείµενου να µη προκαλεί αλλά και να µην υφίσταται την παρεµβολή άλλων συστηµάτων. Οι παράγοντες, που βοηθούν στην αξιόπιστη λειτουργία της ζεύξης, είναι οι ακόλουθοι: Χρήση της γωνιακής κατευθυντικότητας των κεραιών του δορυφορικού σταθµού. Χρήση της γωνιακής κατευθυντικότητας των κεραιών του επίγειου σταθµού. Χρήση αντίστροφης πόλωσης στα επιθυµητά και τα ανεπιθύµητα σήµατα. Αυτό σηµαίνει ότι, αν επιλέξουµε το σήµα να έχει οριζόντια πόλωση και οι παρεµβολές κάθετη, τότε η κεραία, που προφανώς θα είναι ρυθµισµένη να δέχεται σήµα σε οριζόντια πόλωση, δε θα λάβει καθόλου τα σήµατα της παρεµβολής (εκτός από ένα µικρό ποσοστό λόγω του φαινοµένου της αποπόλωσης). Το κατά πόσο κάθε ένας από τους παραπάνω παράγοντες µπορεί να προσδώσει µερικό ή πλήρη διαχωρισµό µεταξύ των συστηµάτων και αποκλεισµό των παρεµβολών, εξαρτάται από το µέγεθος και το σχεδιασµό του επίγειου και του δορυφορικού σταθµού. Άλλες παράµετροι είναι: η θέση του δορυφόρου (στη γεωστατική ή σε άλλη τροχιά), η 22

29 Ενότητα 2 - Εισαγωγή στις ορυφορικές Επικοινωνίες - Ρόλος της ITU γεωγραφική κάλυψη των κεραιών των δυο γειτονικών δορυφορικών σταθµών, το κόστος και άλλοι πρακτικοί και λειτουργικοί παράγοντες. 23

30 Ενότητα 3 Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες σε Θάλασσα (ESV)

31 Ενότητα 3 Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες σε Θάλασσα (ESV) 3.1 Εισαγωγή Στις µέρες µας υπάρχει ένας µεγάλος αριθµός από επίγειους σταθµούς που λειτουργούν πάνω σε πλοία σε όλες τις περιοχές που έχει ορίσει η ITU. Μάλιστα οι σταθµοί αυτοί είναι τοποθετηµένοι σε διάφορους τύπους πλοίων και σε κινητές πλατφόρµες. Παραδείγµατα τέτοιων πλοίων είναι τα κρουαζιερόπλοια, τα ferries, πλοία που µετρούν τη σεισµική δραστηριότητα, ακόµη και πλατφόρµες για την εξόρυξη πετρελαίου. Μερικά από τα πλοία αυτά έχουν εγκατεστηµένα τερµατικά που επικοινωνούν µε δορυφορικούς σταθµούς στα 6/4 GHz (δηλαδή MHz uplink και MHz downlink ). Σε γεωγραφικές περιοχές που είναι διαθέσιµο το εύρος ζώνης 14/11 GHz που ονοµάζεται Ku band, είναι προτιµότερο να χρησιµοποιείται αυτό για τις δορυφορικές επικοινωνίες. Για συστήµατα που λειτουργούν στην Ku band το εύρος MHz χρησιµοποιείται για το uplink ενώ το για downlink. 3.2 Περιγραφή των Συστηµάτων ESV που Λειτουργούν στην Ku Band Οι επίγειοι σταθµοί, που είναι τοποθετηµένοι σε πλοία ή πλατφόρµες που κινούνται στη θάλασσα αποτελούνται από τα παρακάτω τρία τµήµατα: Το υποσύστηµα της κεραίας. Το υποσύστηµα ραδιοσυχνοτήτων RF Το υποσύστηµα modem. Το τελευταίο συνήθως είναι τοποθετηµένο κάτω από το κατάστρωµα, ενώ τα υποσυστήµατα της κεραίας και το RF είναι τοποθετηµένα πάνω από αυτό. Μάλιστα τα στοιχεία που αποτελούν τα δυο τελευταία τµήµατα είναι παρόµοια µε εκείνα που χρησιµοποιούνται για τους επίγειους σταθµούς που βρίσκονται σε ξηρά. Στη συνέχεια θα αναπτύξουµε χωριστά κάθε ένα από τα παραπάνω υποσυστήµατα. 25

32 Ενότητα 3 Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες σε Θάλασσα (ESV) Το Υποσύστηµα της Κεραίας Το τµήµα αυτό περιλαµβάνει µια πλατφόρµα, που είναι κατάλληλα κατασκευασµένη για να προσφέρει στήριξη και σταθερότητα στο σύστηµα και µια κεραία. Αυτά είναι, όπως έχουµε ήδη πει, τοποθετηµένα πάνω από το κατάστρωµα και καλύπτονται από ένα άκαµπτο κουβούκλιο, κατασκευασµένο από συνθετικό υαλοβάµβακα. Οι τυπικές διάµετροι των κεραιών που χρησιµοποιούνται εδώ είναι 1.2m έως 1.5m γεγονός που κάνει τα συστήµατα αυτά εύχρηστα για πολλές κατηγόριες πλοίων και όχι µόνο τα πολύ µεγάλα επιβατηγά ή µεταφορικά πλοία. Ο τύπος της κεραίας που συνήθως χρησιµοποιείται είναι τα συµµετρικά παραβολικά κάτοπτρα µε γραµµική τροφοδότηση. Το κέρδος των κεραιών αυτών κυµαίνεται συνήθως από 0 έως 10 dbi ενώ ο λόγος G/T είναι 17dB/K ή µεγαλύτερος. Τέλος να τονίσουµε ότι το υποσύστηµα αυτό είναι κατασκευασµένο µε τέτοιο τρόπο ώστε να αντισταθµίζει τις αναταράξεις από την κίνηση του πλοίου και να διατηρεί µια σταθερότητα στη στόχευση ± 0,2 µοίρες ή καλύτερη Το Υποσύστηµα Ραδιοσυχνοτήτων RF Το τµήµα αυτό αποτελείται από τυπικούς ποµπούς και δεκτές και άνω-, κάτω- µετατροπείς που είναι ειδικά κατασκευασµένοι να λειτουργούν σε δορυφορικές ζεύξεις. Μάλιστα οι µετατροπείς αυτοί είναι τοποθετηµένοι πάνω από το κατάστρωµα στο ίδιο κουβούκλιο που είναι τοποθετηµένη και η κεραία. Η πυκνότητα ισχύος του ποµπού στην είσοδο της κεραίας κυµαίνεται από -7 έως -8 (db(w/4khz)). Η ακριβής τιµή της πυκνότητας ισχύος εξαρτάται από αρκετές παραµέτρους, όπως: Τη θέση του πλοίου σε συνδυασµό µε την περιοχή κάλυψης της δέσµης του δορυφόρου Το µέγεθος της κεραίας του πλοίου (που είναι σε άµεση συνάρτηση µε το κέρδος εκποµπής) Τη θέση του επίγειου σταθµού λήψης (αν αυτός υπάρχει ως τµήµα του συστήµατος MSS) σε συνδυασµό µε την περιοχή κάλυψης της δέσµης του δορυφόρου Το µέγεθος της κεραίας του δέκτη Το κέρδος λειτουργίας του δορυφορικού αναµεταδότη. Το πιο απαισιόδοξο σενάριο (worst case scenario) είναι να τοποθετήσουµε τους επίγειους σταθµούς εκποµπής και λήψης στην άκρη της δέσµης του δορυφορικού 26

33 Ενότητα 3 Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες σε Θάλασσα (ESV) σταθµού. Άλλα σενάριο είναι η παρουσία βροχής κατά τη διάρκεια της µετάδοσης που θα έχει ως αποτέλεσµα την εξασθένηση του σήµατος και συνεπώς µεγαλύτερη απαίτηση σε πυκνότητα ισχύος Το Υποσύστηµα Modem Το τµήµα αυτό είναι τοποθετηµένο κάτω από το κατάστρωµα. Περιλαµβάνει ένα σύστηµα έλεγχου της κεραίας και άλλο διαθέσιµο ηλεκτρονικό εξοπλισµό που είναι κατασκευασµένος να δουλεύει σε συµφωνία µε τα υπόλοιπα τµήµατα του συστήµατος. Το υποσύστηµα Modem είναι ουσιαστικά το τµήµα όπου διαµορφώνεται το σήµα για να σταλεί από την κεραία του πλοίου και αποδιαµορφώνεται το σήµα που λαµβάνεται από το δορυφόρο ώστε να αποκατασταθεί η επικοινωνία. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας, που εισήγαγε νέες και πιο σύγχρονες µεθόδους κωδικοποίησης, µείωσε τη συχνότητα λαθών BER (Bit Error Rate) σε σύγκριση µε παλιότερα συστήµατα. Για παράδειγµα η εισαγωγή των κωδίκων Turbo µείωσε την απαίτηση σε E b 0 N κατά 3dB σε σχέση µε τους κωδικούς Reed-Solomon και την κωδικοποίηση Viterbi. Αυτή η µείωση αναλογικά οδηγεί και σε µείωση της απαίτησης για πυκνότητα ισχύος κατά ένα παράγοντα 3dΒ. RF Υποσύστηµα Modem Vessel Σχήµα

34 Ενότητα 3 Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες σε Θάλασσα (ESV) 3.3 Κατανοµή Συχνοτήτων σε Σύστηµα ESV Τα maritime κινητά δορυφορικά σύστηµα µπορούν να λειτουργήσουν σε δυο περιοχές συχνοτήτων, γύρω από τα 6 GHz και γύρω από το 14 GHz. Τα δορυφορικά δίκτυα που λειτουργούν στα 6 GHz µπορούν να εξασφαλίσουν ευρεία γεωγραφική κάλυψη, επιτρέποντας µε τον τρόπο αυτό στα πλοία να επικοινωνούν από οποιαδήποτε σηµείο της θάλασσας (σε κάθε γεωγραφικό µήκος και πλάτος). Αντιθέτως οι δορυφορικοί σταθµοί στα 14 GHz µπορούν να παράσχουν κάλυψη σε µια στενότερη περιοχή που περιλαµβάνει την περιοχή κάλυψης της δέσµης του δορυφόρου. Μια ενδεικτική απεικόνιση της κάλυψης του δορυφόρου δίνεται στο παρακάτω σχήµα: Σχήµα 3.2 Το πρόβληµα µε τη χρήση του εύρους των 6 GHz είναι ότι σε πολλές χώρες η µπάντα αυτή χρησιµοποιείται από επίγεια συστήµατα που λειτουργούν σε µικροκυµατικες συχνότητες. Το αποτέλεσµα είναι ότι κάθε φορά που ένα τέτοιο σκάφος µε σταθµό πλησιάσει κοντά στην ακτή υπάρχει πιθανότητα παρεµβολής στη µικροκυµατική ζεύξη. Αυτό επιτείνει την ανάγκη να ύπαρξης κάποιων διακανονισµών που θα διασφαλίσουν χαµηλά επίπεδα παρεµβολής και καλύτερης ποιότητας ζεύξεις. Ως λύση προβάλλεται η χρήση τους εύρους των 14 GHz κάτι που δε θα απαιτούσε τους παραπάνω διακανονισµούς. 28

35 Ενότητα 3 Κινητές ορυφορικές Επικοινωνίες σε Θάλασσα (ESV) Αν η λειτουργία του δορυφορικού συστήµατος στην Ku band (14GHz) δεν είναι δυνατή, προτείνεται µια ακόµη λύση για την αποφυγή παρεµβολών στα 6 GHz. Η λύση αυτή είναι να λειτουργήσει το σύστηµα σε ένα εύρος συχνοτήτων που είναι λίγο πάνω από τα 6 GHz και αναφέρεται ως extended 6 GHz band. Το εύρος αυτό περιλαµβάνει τις συχνότητες MHz. Αυτή η εναλλακτική πρόταση µπορεί να χρησιµοποιηθεί στο µέλλον αλλά ακόµη και τότε θα είναι απαραίτητη η λήψη κάποιων µέτρων ώστε να αποφεύγονται οι παρεµβολές. Μια άλλη λύση θα ήταν η χρήση κεραιών dual band για συστήµατα ESV, κεραιών δηλαδή που λειτουργούν και στις δυο συχνότητες 6 και 14 GHz. Μια τέτοια λύση όµως, όσο αποδοτική και αν φαίνεται, είναι οικονοµικά ασύµφορη και για το λόγο αυτό δεν προτείνεται στο εµπόριο. 29

36 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης

37 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης 4.1 Εισαγωγή Το 1962, η Αµερικανική εταιρία AT&T, που θεωρείται κολοσσός στον τοµέα των τηλεπικοινωνιών εκτόξευσε και έθεσε σε τροχιά γύρω από τη γη τον πρώτο τηλεπικοινωνιακό δορυφόρο, ο οποίος ονοµαζόταν Telstar. Από τότε ένα µεγάλο πλήθος τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων έχουν τεθεί σε τροχιά γύρω από τη γη, και η τεχνολογία που αναφέρεται στα συστήµατα αυτά γνωρίζει πλέον µεγάλη ανάπτυξη. Οι δορυφορικές επικοινωνίες αποτελούνται από 2 κύρια στοιχεία, τον δορυφόρο και τους επίγειους σταθµούς. Ο δορυφόρος αποτελείται γενικά από τρία βασικά τµήµατα, που είναι ξεχωριστά µεταξύ τους και καθένα από τα οποία επιτελεί µια διαφορετική λειτουργία. Ονοµαστικά τα τµήµατα αυτά είναι το υποσύστηµα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, το υποσύστηµα έλεγχου θέσης και τηλεµετρίας του δορυφόρου και ο αναµεταδότης. Το υποσύστηµα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιµοποιεί ως πρωτογενή πηγή ενέργειας την ηλιακή την οποία και συλλέγει µε τη βοήθεια ηλιακών κυψελών, ενώ παράλληλα διαθέτει και συσσωρευτές, που επίσης φορτίζονται από τις κυψέλες, για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών σε περίπτωση ηλιακών εκλείψεων. Το υποσύστηµα έλεγχου θέσης προσδιορίζει µε ακρίβεια την πραγµατική υπό κλίση απόσταση του δορυφόρου από το σταθµό έλεγχου και σταθεροποιεί τη θέση του δορυφόρου και την κατεύθυνση εκποµπής της κεραίας του. Το υποσύστηµα τηλεµετρίας παρακολουθεί όλα τα υποσυστήµατα και επιµέρους τµήµατα του δορυφόρου και µεταδίδει στον επίγειο σταθµό έλεγχου τις κατάλληλες πληροφορίες για τον προσδιορισµό της θέσης και της λειτουργικής κατάστασης του δορυφόρου. Ο αναµεταδότης, αρχικά, αποτελείται από µια κεραία λήψης για τη λήψη των σηµάτων από τον επίγειο σταθµό, έναν κάτω µετατροπέα συχνότητας για να γίνει η µετάβαση από τη συχνότητα uplink στη συχνότητα downlink, ένα πολυπλέκτη εισόδου που χρησιµοποιείται πριν περάσουν τα σήµατα µέσω ενός πολύ ισχυρού ενισχυτή. έκτης/κάτω Μετατροπέας Πολυπλέκτης Εισόδου TWTA TWTA Πολυπλέκτης Εξόδου ιπλέκτης Σχήµα

38 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης Κατόπιν τα σήµατα περνούν από έναν πολυπλέκτη εξόδου και οδηγούνται στην κεραία εκποµπής του δορυφορικού αναµεταδότη για να σταλούν στην κάτω ζεύξη (Σχήµα 4.1). Πρωταρχικός ρόλος του δορυφόρου είναι η ανάκλαση ηλεκτρονικών σηµάτων. Στην περίπτωση ενός τηλεπικοινωνιακού δορυφόρου αυτό σηµαίνει λήψη των σηµάτων από των επίγειο σταθµό και επανεκποµπή τους προς κάποιο άλλο επίγειο σταθµό, ο οποίος είναι εγκατεστηµένος σε µεγάλη απόσταση από τον πρώτο. Ανάλογα τώρα µε το είδος των υπηρεσιών στις οποίες καλείται να ανταποκριθεί ο δορυφορικός αναµεταδότης έχουµε τη µονόδροµη και την αµφίδροµη ζεύξη. Κατά τη µονόδροµη ζεύξη ο ένας επίγειος σταθµός λειτουργεί µόνο ως δέκτης, ενώ ο άλλος µόνο ως ποµπός και κατά την αµφίδροµη ζεύξη και οι δυο σταθµοί µπορούν να λάβουν και να εκπέµψουν. Μια άλλη διάκριση γίνεται ανάµεσα στα point to point και τα point to multipoint δορυφορικά συστήµατα. Στην πρώτη περίπτωση έχουµε σύζευξη ενός σταθµού εκποµπής µε ένα σταθµό λήψης, ενώ στη δεύτερη περίπτωση το σήµα δύναται να ληφθεί από περισσότερους σταθµούς λήψης. Μπορούµε επίσης να έχουµε και σύστηµα multipoint to point. Ο επίγειος σταθµός έχει διπλό ρόλο. Στην περίπτωση της άνω ζεύξης είναι ο σταθµός εκποµπής. Εδώ τα σήµατα βασικής ζώνης περνούν µέσα από έναν επεξεργαστή σηµάτων όπου γίνεται η κωδικοποίηση και η διαµόρφωση τους. Στη συνέχεια το σήµα περνά µέσα από ένα άνω µετατροπέα συχνότητας για να τεθεί γύρω από τη συχνότητα της άνω ζεύξης και µετά περνά από έναν ενισχυτή χαµηλού θορύβου για την ενίσχυση του στην επιθυµητή στάθµη ισχύος. Τέλος το σήµα οδηγείται σε ένα παραβολικό κάτοπτρο όπου γίνεται και η εκποµπή του προς το δορυφορικό αναµεταδότη. Στην κάτω ζεύξη, όπου ο επίγειος σταθµός λειτουργεί ως δέκτης, ακολουθείται η ακριβώς αντίστροφη διαδικασία και τελικά παίρνουµε το σήµα βασικής ζώνης. Ο λόγος που η χρησιµοποιούµενη κεραία είναι παραβολικό κάτοπτρο είναι τα πλεονεκτήµατα που έχει ο συγκεκριµένος τύπος κεραίας, τα οποία είναι πολύ σηµαντικά για τη συγκεκριµένη εφαρµογή. Πιο αναλυτικά, η κεραία αυτή έχει υψηλό κέρδος και πολύ µικρής στάθµης πλευρικούς λοβούς, οι οποίοι είναι ανεπιθύµητοι ώστε να µην προκαλούν παρεµβολές σε γειτονικούς δορυφόρους και να µη λαµβάνουν ανεπιθύµητα Άνω Κωδικοποιητής ιαµορφωτής Μετατροπέας ΗPA Συχνότητας Επίγειο ίκτυο Κάτω Αποκωδικοποιητής Αποδιαµορφωτής Μετατροπέας LNA Συχνότητας Σχήµα

39 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης σήµατα 4.2 Γεωµετρικά χαρακτηριστικά δορυφόρου Τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά του δορυφόρου, που είναι απαραίτητα στην ανάλυση µιας δορυφορικής ζεύξης και µε τα οποία θα ασχοληθούµε, είναι τα ακόλουθα: 1. Η περιοχή κάλυψης ( E καλ ), δηλαδή η περιοχή, η οποία παρατηρεί το δορυφόρο µε γωνία ανύψωσης µεγαλύτερη από µια προκαθορισµένη τιµή φ α. Ως γωνία ανύψωσης φα ονοµάζουµε τη γωνία που σχηµατίζεται ανάµεσα στην ευθεία που συνδέει τον επίγειο σηµείο µε το δορυφορικό αναµεταδότη και την εφαπτόµενη στην επιφάνεια της γης από το συγκεκριµένο σηµείο. 2π φ Γ 2 2 [ R sinθ ] = 2πR ( 1 cosφ ) E καλ = dφ dθ Γ Γ Γ (4.1) 0 0 όπου R Γ είναι η ακτίνα της γης και φ Γ η γωνία που σχηµατίζουν οι ευθείες που ενώνουν το κέντρο της γης µε τον επίγειο σταθµό και το δορυφορικό αναµεταδότη αντίστοιχα. Η γωνία αυτή ονοµάζεται, χαρακτηριστικά, επίκεντρη γωνία κάλυψης και συνδέεται µε τις γεωγραφικές συντεταγµένες τόσο του επίγειου σταθµού όσο και του δορυφορικού αναµεταδότη όπως δείχνει και η σχέση που ακολουθεί: φ Γ [ ] [ cos( θ ) cos( φ )] = arccos cos( θ ) cos( φ φ ) = arccos (4.2) e es e e s όπου θ e είναι το γεωγραφικό πλάτος του επίγειου σταθµού φ e είναι το γεωγραφικό µήκος του επίγειου σταθµού φ s είναι το γεωγραφικό µήκος του ίχνους του δορυφόρου. 2. Η πραγµατική απόσταση επίγειου σταθµού και δορυφορικού αναµεταδότη (Z ), που συνδέεται άµεσα µε τις χρονικές καθυστερήσεις και τις αποσβέσεις της τηλεπικοινωνιακής ζεύξης. 2 2 ( RΓ sinφα ) + 2RΓh + h Γ sinφα Z = R (4.3) 33

40 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης όπου h το ύψος πάνω από τη γη, στο οποίο γίνεται η κίνηση του δορυφόρου και φ α η γωνία ανύψωσης, που δίνεται από τη σχέση: φ α ( R h) cosφγ RΓ Γ + = arctan sinφγ (4.4) 4.3 Ανάλυση µιας απλής ζεύξης ενός επίγειου σταθµού εκποµπής και ενός λήψης µε χρήση δορυφορικού αναµεταδότη. Η ζεύξη αποτελείται από δυο τµήµατα: την προς τα άνω ζεύξη (uplink) και την προς τα κάτω ζεύξη (downlink). G δ G π P, G T T G R Σχήµα Άνω ζεύξη (uplink) Η ισχύς που φτάνει στην είσοδο του δορυφόρου δίνεται από τη σχέση : P α = Pασ + Pαθ (4.5) ισούται, δηλαδή, µε το άθροισµα της ισχύος του σήµατος και αυτής του θορύβου όπως αυτές φτάνουν στο δορυφόρο µετά τη διάδοση τους. Τα δυο αυτά µεγέθη δίνονται από τις ακόλουθες σχέσεις : 34

41 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης P ασ = PT G L T c 4πf ad a 2 G δ (4.6) και Pαθ = ktα B (4.7) όπου στη σχέση (4.6) PT και GT είναι ισχύς του σήµατος που τροφοδοτεί την κεραία του επίγειου σταθµού εκποµπής και το κέρδος της κεραίας αντίστοιχα, L είναι όλες οι πιθανές απώλειες τις οποίες υφίσταται το σήµα καθ όλη τη διάρκεια της διάδοσης του από την επίγειο σταθµό στο δορυφορικό αναµεταδότη πλην των απωλειών ελευθέρου χώρου. Οι απώλειες L, πιο συγκεκριµένα, αναφέρονται στις απώλειες λόγω σφαλµάτων σκόπευσης αλλά και σε λοιπές ατµοσφαιρικές απώλειες. Οι απώλειες ελευθέρου χώρου 2 c αποτελούν τον επόµενο όρο της σχέσης (4.6) δηλαδή το 4, όπου c είναι η πf a d a ταχύτητα του φωτός ( c = m / sec ), f α είναι η συχνότητα του σήµατος στην άνω ζεύξη και dα είναι η διάσταση της άνω ζεύξης ή µε αλλά λόγια η απόσταση επίγειου σταθµού δορυφορικού αναµεταδότη. Τέλος, ο όρος G δ αναφέρεται στο κέρδος της κεραίας λήψης του δορυφορικού αναµεταδότη. 23 Για τη σχέση (4.7) k είναι η σταθερά Boltzman ( k 1, ) και T a είναι η ισοδύναµη θερµοκρασία θορύβου του δορυφόρου που υπολογίζεται αφ ενός από την ισοδύναµη θερµοκρασία θορύβου της κεραίας λήψης του δορυφόρου ( 290 Κ ) και αφ έτερου από τη θερµοκρασία θορύβου του δορυφορικού αναµεταδότη. Τέλος το B είναι το εύρος ζώνης θορύβου του δορυφορικού καναλιού. Έχοντας υπολογίσει τώρα την ισχύ του σήµατος αλλά και του θορύβου για το άνω τµήµα της ζεύξης µπορούµε να υπολογίσουµε και το σηµατοθορυβικό λόγο uplink µε τη βοήθεια των σχέσεων (4.6) και (4.7). C N α για το C N α P = P ασ αθ ( 2) = ( 3) 2 T T δ 1 P G L c 4πf ad a G T a ( kb) (4.8) Μετά τη λήψη του το σήµα, το οποίο έχει ληφθεί µαζί µε το θόρυβο από την κεραία, υφίσταται µια µετατροπή συχνότητας για να τεθεί από τη συχνότητα f a σε µια χαµηλότερη συχνότητα f κ και µετά ενισχύεται από τον ποµπό του δορυφορικού 35

42 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης αναµεταδότη µε αποτέλεσµα τη δηµιουργία ενός νέου σήµατος στην έξοδο του αναµεταδότη. Κατά τη διαδικασία αυτή ο σηµατοθορυβικός λόγος παραµένει για το νέο σήµα ίδιος µε αυτόν του παλαιού. Συνεπώς η ισχύς του θορύβου του νέου σήµατος για να επιτευχθεί ο ίδιος σηµατοθορυβικός λόγος θα πρέπει να δίνεται από τη σχέση P θ E. I. R. Ps = (4.9) ( C N ) α όπου το E. I. R. P είναι η ενεργός ισοτροπικά ακτινοβολούµενη ισχύς από το δορυφόρο s όσον αφορά το σήµα και δίνεται από τη σχέση : 4πf ad ( 2) PT GT c E. I. R. Ps = P ασ Gπ = Gδ Gπ L a 2 (4.10) Στη σχέση (4.10) το δορυφορικού αναµεταδότη σε αντιστοιχία µε το G π αναφέρεται στο κέρδος της κεραίας εκποµπής του G δ που αναφέρεται στην κεραία λήψης Κάτω ζεύξη (downlink) Στη συνέχεια το σήµα ενισχύεται από την κεραία εκποµπής του δορυφορικού αναµεταδότη και στον επίγειο σταθµό λήψης φτάνει ισχύς που αποτελείται και πάλι από δυο όρους, αυτόν του σήµατος και αυτόν του θορύβου όπως δείχνει η παρακάτω σχέση: P = P + P (4.11) κ κσ κθ Στην παραπάνω σχέση οι δυο όροι δίνονται αναλυτικά στις σχέσεις (4.12), (4.15) που ακολουθούν: P κσ = E. I. R. Ps L c 4πf κ d κ 2 G R (4.12) όπου το E. I. R. P είναι η ενεργός ισοτροπικά ακτινοβολούµενη ισχύς από το δορυφόρο s όσον αφορά το σήµα και δίνεται από τη σχέση (4.10). 36

43 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης Το L αναφέρεται στις απώλειες λόγω της µη ακριβούς σκόπευσης και των ατµοσφαιρικών αποσβέσεων που αφορούν το τµήµα της κάτω ζεύξης (downlink) και είναι το αντίστοιχο του L της άνω ζεύξης (uplink). Τα συχνότητα του σήµατος της κάτω ζεύξης και την απόσταση δορυφορικού αναµεταδότη επίγειου δέκτη αντίστοιχα. Στο σηµείο αυτό πρέπει να τονίσουµε ότι η συχνότητα της άνω ζεύξης f a διαφέρει από αυτή της κάτω ζεύξης fκ και µάλιστα είναι κατά κανόνα κάπως µικρότερη για να µην υπάρχει παρεµβολή ανάµεσα στα δυο σήµατα που διαδίδονται (προς και από τον δορυφορικό αναµεταδότη). Τέλος το G R αναφέρεται στο κέρδος του επίγειου σταθµού λήψης σε αντιστοιχία µε το G T που αναφερόταν στον σταθµό εκποµπής. f κ και d κ αναφέρονται στην Τέλος όσον αφορά τον θόρυβο, ο οποίος συνοδεύει το σήµα, αυτός έχει ισχύ P κθ, που δίνεται από την παρακάτω σχέση: P = N kt B (4.13) κθ + κ Αποτελείται, δηλαδή, από δυο όρους, ο πρώτος από τους οποίους αναφέρεται στο θόρυβο που συνόδευε το σήµα ήδη στην προς τα άνω ζεύξη, ενώ ο δεύτερος αναφέρεται στην ισχύ του θορύβου του κάτω τµήµατος της ζεύξης. Στο δεύτερο αυτό όρο το T κ είναι η ισοδύναµη θερµοκρασία θορύβου του επίγειου δέκτη σε αναλογία µε το T a που ήταν η ισοδύναµη θερµοκρασία θορύβου του δορυφόρου. Αναλυτικά, για τον πρώτο όρο έχουµε ότι αυτός οφείλεται στο θερµικό θόρυβο που εισήχθη στο άνω τµήµα της ζεύξης και µετά τη συχνοτική του µετατροπή και την ενίσχυση από τον ποµπό του δορυφορικού αναµεταδότη έχει ισχύ που δίνεται από τη σχέση (4.9) που αναφέρεται και εδώ για ευκολία P θ E. I. R. Ps = (4.14) ( C N ) α Όµως η ισχύς αυτή, όπως άλλωστε και το σήµα κατά τη διάδοση του, υφίσταται κάποιες απώλειες µέχρι να ληφθεί από την κεραία του επίγειου δέκτη, η οποία και το ενισχύει. Συνεπώς, η συνιστώσα N θα δίνεται από τη σχέση : N 1 c = P 4 θ GR L πf κ dκ 2 ( 1.14) 37

44 Ενότητα 4 Ανάλυση ορυφορικής Ζεύξης 38 ( ) α N C R P E I N s... = R G d f c L κ κ π (4.15) Αντικαθιστώντας την παραπάνω σχέση στη σχέση (4.13) προκύπτει ότι τελικά η ισχύς του θορύβου στο δέκτη θα είναι : ( ) α κθ N C R P E I P s... = B kt G d f c L R κ κ κ π (4.16) Έχοντας, λοιπόν, από τις σχέσεις (4.12) και (4.16) τις ισχείς σήµατος και θορύβου στο δέκτη µπορούµε να υπολογίσουµε το σηµατοθορυβικό λόγο για τη συνολική ζεύξη: ( ) ( ) ( ) = + = = kb T G d f c L RP E I N C B kt G d f c L C N RP E I G d f c L RP E I P P N C R s R s R s κ κ κ α κ κ κ α κ κ κθ κσ π π π όπου, αν στην παραπάνω σχέση ορίσουµε τον δεύτερο όρο ως το σηµατοθορυβικό λόγο που αφορά µόνο στο κάτω τµήµα της ζεύξης, δηλαδή : kb T G d f c L R P E I N C R s = κ κ κ κ π (4.18) έχουµε τελικά ότι = κ α N C N C N C (4.19). (1.17)

45 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών

46 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών 5.1 Εισαγωγή Στην ενότητα αυτή θα ασχοληθούµε µε το πρόβληµα των παρεµβολών που προκαλούν τα συστήµατα δορυφορικών κινητών επικοινωνιών στις µικροκυµατικές ζεύξεις. Στη συνέχεια η µικροκυµατική ζεύξη θα αναφέρεται συνοπτικά ως FS από τα αρχικά της αγγλικής ορολογίας Fixed Service. Επιπλέον η αναφορά µας θα περιοριστεί στις παρεµβολές που προκαλούν τα συστήµατα MMSS (Maritime Mobile Satellite Systems) εκείνα, δηλαδή, στα οποία ο επίγειος κινητός σταθµός βρίσκεται στην πλατφόρµα κάποιου πλοίου. Το πρόβληµα των παρεµβολών αυτών είναι ιδιαίτερα σηµαντικό στη χώρα µας όπου υπάρχουν πολύ συχνά δροµολόγια πλοίων που πιθανό να διέρχονται από διάφορες FS και για αρκετό χρονικό διάστηµα. Για το λόγο αυτό είναι επιτακτική η ανάγκη µελέτης του προβληµάτων για τη λήψη µέτρων τα οποία θα µειώσουν τις παρεµβολές και θα εξασφαλίσουν καλής ποιότητας επικοινωνία µέσω των µικροκυµατικών ζεύξεων. Στις παραγράφους που ακολουθούν θα δούµε σχηµατικά αλλά και αναλυτικά τις παρεµβολές αυτές καθώς και τους παράγοντες που µπορούν να τις επηρεάσουν. 5.2 Σχηµατική Αναπαράσταση του Προβλήµατος Στο σχήµα που ακολουθεί παρατηρούµε δυο ζεύξεις µε πράσινη γραµµή και µια µε κόκκινη. Οι δυο πρώτες είναι µια µικροκυµατική ζεύξη FS µεταξύ ενός επίγειου σταθµού και ενός επίγειου δέκτη που βρίσκονται σε δυο διαφορετικά νησιά και µια δορυφορική ζεύξη µεταξύ ενός πλοίου και ενός γεωστατικού δορυφόρου. Η δορυφορική αυτή ζεύξη αποτελεί µέρος ενός συστήµατος MMSS 40

47 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών Σχήµα 5.1 Η ζεύξη µε την κόκκινη γραµµή είναι ουσιαστικά µια µη επιθυµητή ζεύξη που καταχρηστικά την ονοµάζουµε έτσι και παριστά την παρεµβολή που δέχεται ο επίγειος δέκτης από το σήµα του πλοίου προς αυτή την κατεύθυνση. Αν θεωρήσουµε ότι η διάδοση του σήµατος στην περίπτωση αυτή είναι διάδοση ελευθέρου χώρου, τότε το σήµα το οποίο φτάνει στον επίγειο δέκτη από τον ποµπό του πλοίου και το οποίο χαρακτηρίζεται ως παρεµβολή I θα δίνεται από τη σχέση : I = κτη ' ' ' ' E. I. R. P. πλο ί ου + Gδέκτη F. S. L = Pπλοίου + Gπλοίου + Gδέ F. S. L (5.1) όπου στην παραπάνω σχέση τα κέρδη τόσο του πλοίου όσο και του δέκτη δεν αναφέρονται στην τιµή του κέρδους στην κατεύθυνση του µέγιστου αλλά στην κατεύθυνση που το πλοίο «βλέπει» τον επίγειο δέκτη και αντίστροφα. Μάλιστα, για µια τυπική κεραία, που χρησιµοποιείται, η τιµή του κέρδους δίνεται από τη σχέση: log, όταν D λ > 150 G = (5.2) log, όταν D λ < 150 όπου η γωνία είναι µια γωνία στο χώρο που σχηµατίζεται ανάµεσα στην ευθεία που ενώνει το πλοίο µε τον δέκτη και στην κατεύθυνση µέγιστου της κεραίας (του πλοίου ή του δέκτη σε κάθε περίπτωση). Η γωνία αυτή συνδέεται µε τις γνωστές γωνίες θ και φ, που είναι η γωνίες που µετρούνται στο οριζόντιο και το κατακόρυφο επίπεδο αντίστοιχα και πάλι από την κατεύθυνση του µέγιστου, µε την ακόλουθη σχέση: 41

48 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών ( ) cosθ cosφ = cos 1 (5.3) 5.3 Αναλυτικός Υπολογισµός των Γωνιών θ και φ Στην παράγραφο αυτή θα προχωρήσουµε στον αναλυτικό υπολογισµό των γωνιών θ και φ. Για το λόγο αυτό θα θεωρήσουµε δυο επίπεδα, ένα οριζόντιο για τη µέτρηση της γωνίας θ και ένα κατακόρυφο, κάθετο δηλαδή στο προηγούµενο για τον υπολογισµό της γωνίας φ. Με τον τρόπο αυτό µπορούµε να περιγράψουµε οποιαδήποτε γωνία στο χώρο. Πρέπει ακόµη να τονίσουµε για µια ακόµη φορά ότι όλες οι γωνίες τόσο για το πλοίο όσο και για τον επίγειο δέκτη µετρούνται από την κατεύθυνση µέγιστου της εκάστοτε κεραίας, ή σωστότερα από την προβολή της στο αντίστοιχο επίπεδο. Η παρακάτω ανάλυση αφορά το συγκεκριµένο Σχήµα (5.1), για να µπορέσουµε να καταλήξουµε σε πρακτικά αποτελέσµατα, αλλά µε ανάλογο τρόπο µπορεί να γίνει και για οποιαδήποτε άλλη περίπτωση Υπολογισµός των Γωνιών θ Για τον υπολογισµό της γωνίας θ θεωρούµε ότι όλες οι οριζόντιες αποστάσεις µεταξύ των κεραιών είναι µικρές ώστε η καµπυλότητα της γης να µπορεί να θεωρηθεί αµελητέα. Σε αυτή λοιπόν την περίπτωση θεωρούµε ότι ο ποµπός, ο δέκτης, το πλοίο και το ίχνος του δορυφόρου πάνω στην επιφάνεια της γης είναι στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο. Προφανώς δεν έχουµε λάβει υπόψη ούτε και τα ύψη στα οποία βρίσκονται οι κεραίες, αφού αυτά θα µας απασχολήσουν στον υπολογισµό της γωνίας φ. Με βάση όλες τις παραπάνω θπλο ί ου παραδοχές καταλήγουµε στο σχήµα που ακολουθεί. Στο σχήµα αυτό η γωνία είναι η γωνία µε την οποία βλέπει το πλοίο τον δέκτη και συνεπώς είναι η γωνία που θα υπεισέλθει στον υπολογισµό του κέρδους της κεραίας του πλοίου. Όµοια η θδ έ κτη είναι η γωνία µε την οποία βλέπει ο δέκτης το πλοίο. Οι υπόλοιπες γωνίες είναι ουσιαστικά τα αζιµούθεια κάποιων σταθµών µε βάση κάποια αλλά σηµεία πάνω στην επιφάνεια της γης τα οποία θα δούµε αναλυτικότερα στη συνέχεια. 42

49 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών Β ΒΟΡΡΑΣ Α Ν Ποµπός θ1 Πλοίο θ2 θπλοίου θδέκτη θ4 θ3 έκτης Βόρειο Ηµισφαίριο Ίχνος ορυφόρου Σχήµα 5.2 Όπως φαίνεται και στο σχήµα οι γωνίες θπλο ί ου και θδ έ κτη δίνονται από τις σχέσεις: θ πλο ί ου = θ 1 θ 2 (5.4) και θ δ κτη έ = θ 4 θ 3 (5.5) Όπως είπαµε και προηγουµένως οι γωνίες θ 1, θ 2, θ 3, θ 4 υπολογίζονται όπως ακριβώς το αζιµούθιο κάποιου σηµείου από κάποιο άλλο σηµείο πάνω στην επιφάνεια της γης. Για το λόγο αυτό παρακάτω θα αναλύσουµε τι είναι ακριβώς το αζιµούθιο και πώς αυτό µπορεί να υπολογιστεί αν γνωρίζουµε τα γεωγραφικά µήκη και πλάτη των δυο αυτών σηµείων. Ας υποθέσουµε ότι έχουµε δυο σηµεία πάνω στην επιφάνεια της γης, από τα οποία το πρώτο είναι το ίχνος ενός δορυφόρου και το δεύτερο είναι ένας επίγειος σταθµός (Σχήµα 5.3). Στην περίπτωση αυτή καλούµε αζιµούθιο του δορυφόρου από το δεδοµένο σηµείο του επίγειου σταθµού, τη γωνία ξ που σχηµατίζεται µεταξύ της ευθείας που ενώνει το σηµείο πάνω στη γη (επίγειος σταθµός), µε το ίχνος του δορυφόρου, και της διεύθυνσης του Βορρά. Η γωνία ξ µετριέται κατά τη φορά κίνησης των δεικτών του ρολογιού. 43

50 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών Βορράς Σχήµα 5.3 Για τον υπολογισµό της γωνίας ξ θα χρησιµοποιήσουµε µια άλλη βοηθητική γωνία F, η οποία έχει άµεση σχέση µε τα δυο σηµεία πάνω στη γη, αφού υπολογίζεται µε βάση τις συντεταγµένες τους. Η γωνία αυτή F δίνεται από την εξίσωση που ακολουθεί: tanφes F = arctan (5.6) sinθ e όπου η γωνία φ es δίνεται από τη σχέση: φ es = φ φ (5.7) e s Στις δυο παραπάνω σχέσεις οι γωνίες που υπεισέρχονται και έχουν δείκτη το e είναι αυτές που αναφέρονται στον επίγειο σταθµό δηλαδή το σηµείο αναφοράς πάνω στη γη, ενώ οι γωνίες µε δείκτη s αναφέρονται στο ίχνος του δορυφόρου δηλαδή του σηµείου που θέλουµε να υπολογίσουµε το αζιµούθιο. Πιο συγκεκριµένα: θ e είναι το γεωγραφικό πλάτος του επίγειου σταθµού φ e είναι το γεωγραφικό µήκος του επίγειου σταθµού φ s είναι το γεωγραφικό µήκος του ίχνους του δορυφόρου. Στη συνέχεια και αφού έχουµε υπολογίσει τη γωνία F βρίσκουµε τη γωνία ξ χρησιµοποιώντας µια από τις ακόλουθες σχέσεις ανάλογα µε την περίπτωση που έχουµε: 44

51 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών Όταν ο δορυφόρος βρίσκεται δυτικά του επίγειου σταθµού και αναφέρεται στο βόρειο ηµισφαίριο: 0 ξ = F (5.8α) Όταν ο δορυφόρος βρίσκεται ανατολικά του επίγειου σταθµού και αναφέρεται στο βόρειο ηµισφαίριο: 0 ξ = 180 F (5.8β) Όταν ο δορυφόρος βρίσκεται δυτικά του επίγειου σταθµού και αναφέρεται στο νότιο ηµισφαίριο: 0 ξ = 360 F (5.8γ) Όταν ο δορυφόρος βρίσκεται ανατολικά του επίγειου σταθµού και αναφέρεται στο νότιο ηµισφαίριο: ξ = F (5.8δ) Έχοντας λοιπόν δώσει το γενικό τρόπο υπολογισµού για το αζιµούθιο θα προχωρήσουµε στο προσδιορισµό των γωνιών για τη συγκεκριµένη περίπτωση που έχουµε. Παρατηρώντας και πάλι το Σχήµα 5.2 βλέπουµε ότι η γωνία θ 1 είναι το αζιµούθιο του ίχνους του δορυφόρου ως προς το πλοίο. Επειδή αναφερόµαστε στο βόρειο ηµισφαίριο θα χρησιµοποιήσουµε µια από τις σχέσεις (5.8α) ή (5.8β). Μάλιστα το ίχνος του δορυφόρου είναι δυτικά του πλοίου και συνεπώς είµαστε στην πρώτη περίπτωση όπου η γωνία δίνεται από τη σχέση (5.8α). Συνεπώς έχουµε: όπου η F είναι: και άρα 0 θ 1 = F (5.9) tanφπλο ίου δορυφόρου F = arctan (5.10) sinθπλο ίου tan φ πλοίου φδορυφ όρου θ = arctan (5.11) sinθ πλοίου Με τρόπο ανάλογο προκύπτουν και οι υπόλοιπες γωνίες: Η γωνία θ 2 που είναι το αζιµούθιο του επίγειου δέκτη ως προς το πλοίο: 45

52 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών tan φ πλοίου φδ έκτη θ = arctan (5.12) sinθ πλοίου Η γωνία θ 3 που είναι το αζιµούθιο του επίγειου ποµπού ως προς τον επίγειο δέκτη: tan φ δέκτη φποµπο ύ θ = arctan (5.13) sinθ δέκτη Η γωνία θ 4 που είναι το αζιµούθιο του πλοίου ως προς τον επίγειο δέκτη: tan φ δέκτη φπλο ίου θ = arctan (5.14) sinθ δέκτη Αντικαθιστώντας λοιπόν τις σχέσεις (5.11) (5.14) στις σχέσεις (5.4) (5.5) υπολογίζουµε τελικά τις γωνίες θπλο ί ου και θδ έ κτη αντίστοιχα Υπολογισµός των Γωνιών φ Όπως για τον υπολογισµό της γωνίας θ θεωρήσαµε ότι όλες οι κεραίες (του πλοίου και των επίγειων σταθµών) και το ίχνος του δορυφόρου βρίσκονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο, έτσι και τώρα θα θεωρήσουµε ότι βρίσκονται στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο. Η παραδοχή αυτή γίνεται για να παρουσιαστεί ευκολότερα η διάταξη και να φανούν µε µεγαλύτερη ακρίβεια οι γωνίες φ. Ένα τέτοιο σχήµα που αναφέρεται ακριβώς στο παράδειγµά µας είναι το Σχήµα 5.4 που φαίνεται παρακάτω: 46

53 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών φ δέκτη φ 1 φ 2 φ α h δέκτη h ποµπού φ πλοίου h πλοίου φ 3 Χ -ΠΛ Χ -ΠΟ Σχήµα 5.4 Στο σχήµα αυτό φαίνεται καθαρά η γεωµετρία από την οποία µπορούν να προκύψουν οι δυο γωνίες που µας ενδιαφέρουν. Έτσι λοιπόν οι γωνίες φδ έ κτη και φπλο ί ου δίνονται από τις ακόλουθες δυο σχέσεις: φ δ κτη έ = φ 1 φ 2 (5.15) και φ πλοί ου = φα φ 3 (5.16) Στις παραπάνω σχέσεις οι γωνίες φ 1, φ2, φ3 προκύπτουν αναλυτικά από τα δυο ορθογώνια τρίγωνα, ενώ η γωνία φ a είναι η γωνία ανύψωσης που είδαµε και στην πρώτη ενότητα και δίνεται από τη σχέση (4.4) που αναφέρουµε και εδώ για ευκολία: cosφγ RΓ ( RΓ + h) φ α = arctan (5.17) sinφγ όπου R Γ είναι η ακτίνα της γης, h το ύψος, στο οποίο κινείται ο δορυφόρος και φ Γ η επίκεντρη γωνία κάλυψης, που υπολογίζεται µε τη βοήθεια της σχέσης (4.2), την οποία αναφέρουµε ξανά για ευκολία: φ Γ [ cos( θ ) cos( φ φ )] = arccos (5.18) e e s 47

54 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών Η γωνία φ 1 προκύπτει από το ορθογώνιο τρίγωνο µε την πράσινη υποτείνουσα και δίνεται από τη σχέση: x ΠΟ φ = 1 arctan (5.19) h hπο Οι άλλες δυο γωνίες φ 2,φ3 προκύπτουν από το ορθογώνιο τρίγωνο µε την κόκκινη υποτείνουσα και δίνονται από τις σχέσεις: x ΠΛ φ = 2 arctan h hπλ (5.20) και h hπλ φ = 3 arctan x ΠΛ (5.21) Σε όλες τις παραπάνω σχέσεις τα µεγέθη που αναφέρονται είναι είτε οριζόντιες αποστάσεις είτε κατακόρυφα υψη και σε κάθε περίπτωση απεικονίζονται στο Σχήµα 5.4. Αντικαθιστώντας λοιπόν τις σχέσεις (5.17) (5.21) στις σχέσεις (5.15) (5.16) υπολογίζουµε τελικά τις γωνίες φδ έ κτη και φπλο ί ου αντίστοιχα. 5.4 Αναλυτικός Υπολογισµός των Παρεµβολών (Ι) Έχοντας πλέον υπολογίσει όλες τις γωνίες που υπεισέρχονται στη µελέτη του προβλήµατος των παρεµβολών θα προχωρήσουµε στον υπολογισµό της παρεµβολής που προκαλεί το πλοίο στoν δέκτη της µικροκυµατικής ζεύξης µεταξύ των επίγειων σταθµών. Η παρεµβολή αυτή είναι συνάρτηση τόσο της ισχύος εκποµπής του πλοίου όσο και του κέρδους των κεραιών του πλοίου και του επίγειου δέκτη. Η εξίσωση που δίνει την παρεµβολή είναι η (5.1), που αναφέρουµε και εδώ για ευκολία: I = κτη ' ' ' ' E. I. R. P. πλο ί ου + Gδέκτη F. S. L = Pπλοίου + Gπλοίου + Gδέ F. S. L (5.22) Τα τονούµενα κέρδη είναι τα κέρδη των κεραιών στην κατεύθυνση που ενώνει το πλοίο µε τον δέκτη (κόκκινη γραµµή στο Σχήµα 5.4). Αν δεχτούµε ότι ο λόγος D / λ είναι µικρότερος από 150, τότε το κέρδος αυτό θα δίνεται από τη σχέση: 48

55 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών G = 32 25log (5.23) όπου η γωνία δίνεται από το σχέση (5.3). Συνοψίζοντας λοιπόν τις σχέσεις (5.3) και ( ) η παρεµβολή προκύπτει ότι είναι: I ' ' I = P + G + G F. S L πλο ί ου πλοίου δέκτη. [ log f + 20log ] = P + 25log log d πλο ίου 32 πλοίου δέκτη MHz ΠΛ Ε (5.24) όπου στην παραπάνω σχέση οι γωνίες και δέκτη δίνονται από τις σχέσεις: πλοίου πλοίου ( cosθ cosφ ) = cos 1 δέκτη πλοίου πλοίου ( cosθ cosφ ) = cos 1 δέκτη δέκτη (5.25) και (5.26) 5.5 Παράγοντες που Επηρεάζουν την Παρεµβολή Οι παράγοντες που επηρεάζουν το µέγεθος της παρεµβολής είναι το θέµα που θα µας απασχολήσει σε αυτή την παράγραφο. Ήδη από την επιλογή του τύπου που θα µας δώσει το κέρδος της κεραίας είδαµε ότι ένας από αυτούς τους παράγοντες είναι η διάµετρος της κεραίας. Ο λόγος D / λ µπορεί να επηρεαστεί µόνο από τη διάµετρο, επειδή στην εφαρµογή που µελετάµε το σύστηµα MSS λειτουργεί γύρω από τη συχνότητα των 14 GHz και συνεπώς και το µήκος κύµατος λ είναι σταθερό. Όταν ο παραπάνω λόγος είναι µεγαλύτερος από 150 το κέρδος της κεραίας σε γωνιακή απόσταση από εκείνη του µεγίστου είναι 29 20log, ενώ για τιµή από είναι 32 20log. Παρατηρούµε, δηλαδή, ότι η πρώτη περίπτωση είναι πιο συµφέρουσα αφού για την ίδια γωνιακή απόσταση δίνει µικρότερη τιµή κέρδους. Είναι, βέβαια, φανερό ότι και το κέρδος στην κατεύθυνση µέγιστου είναι µικρότερο, γεγονός που είναι µη επιθυµητό για το MSS σύστηµα, όµως εδώ εξετάζουµε το πρόβληµα από την πλευρά της παρεµβολής στο FS. Παρατηρώντας τη σχέση (5.24) βλέπουµε ότι και η ισχύς εκποµπής του πλοίου P ( πλοίου ) επηρεάζει την παρεµβολή. Συνεπώς για να µειώσουµε το µέγεθος I µπορούµε να προχωρήσουµε σε µικρή µείωση της ισχύος αυτής, σε επίπεδα βέβαια που δεν θα καταστήσουν προβληµατική την επικοινωνία του πλοίου µε το δορυφόρο. Μπορούµε, εξάλλου, να συνδυάσουµε την ισχύ µε τα χαρακτηριστικά της κεραίας επιλέγοντας µια 49

56 Ενότητα 5 Αναλυτική Περιγραφή του Προβλήµατος των Παρεµβολών κεραία µε πολύ µεγάλη κατευθυντικότητα. Στην περίπτωση αυτή ακόµη και µειωµένη ισχύς εκποµπής θα διοχετευτεί σε ένα πολύ στενό λοβό µε αποτέλεσµα η ισχύς που θα φτάνει στο δορυφόρο να είναι σε ικανοποιητικά επίπεδα. Επιπλέον παρατηρούµε ότι το κέρδος της κεραίας παρουσιάζει µεγαλύτερη µείωση όσο αποµακρυνόµαστε από την κατεύθυνση του µεγίστου και µεγαλώνει η γωνιακή απόσταση. Αυτό σηµαίνει ότι µεταβάλλοντας τα υψη των κεραιών αλλά και το δροµολόγιο του πλοίου µπορούµε να επιτύχουµε όσο το δυνατό µεγαλύτερη εκτροπή από το µέγιστο λοβό. Εξάλλου, µε τη µεταβολή των αποστάσεων και πιο συγκεκριµένα αυτή µεταξύ της κεραίας του πλοίου και αυτής του επίγειου δέκτη µεγαλώνουν και οι απώλειες λόγω διάδοσης. Βέβαια, αυτή η λύση είναι εξαιρετικά περίπλοκη, αφού όλα τα µεγέθη συνδέονται µεταξύ τους και συνεπώς µια επιθυµητή µεταβολή στο ένα µπορεί να προκαλέσει µια ανεπιθύµητη µεταβολή στο άλλο. Πάντως σε κάθε περίπτωση είναι προτιµότερο το δροµολόγιο να πραγµατοποιείται όσο το δυνατό µακρύτερα από τον επίγειο σταθµό του δέκτη, ώστε το σήµα (I ) να φτάσει µε τη µεγαλύτερη δυνατή εξασθένηση λόγω διάδοσης. 50

57 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse

58 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse 6.1 Εισαγωγή Σε αυτή την ενότητα θα κάνουµε µια περιγραφή του συστήµατος προσοµοίωσης Visualyse. Πρώτα όµως θα πρέπει να απαντήσουµε στο ερώτηµα Τι είναι το Visualyse;. Το Visualyse είναι ένα λογισµικό βασισµένο στα Windows, που χρησιµοποιείται για τη µοντελοποίηση µιας ευρείας γκάµας συστηµάτων ραδιοεπικοινωνίας και το οποίο, µέσω την προσοµοίωσης, µάς δίνει τη δυνατότητα να παρακολουθήσουµε την παρεµβολή ανάµεσα σε αυτά τα συστήµατα. Παρακάτω αναφέρουµε κάποια σηµαντικά χαρακτηριστικά του Visualyse: Το λογισµικό είναι κατασκευασµένο έτσι ώστε η δοµή της κάθε ζεύξης να ανταποκρίνεται σε αυτή που συναντάµε στην πραγµατικότητα. Για παράδειγµα, τα σήµατα διαδίδονται από τον ένα σταθµό στον άλλο µέσω κεραιών µε συγκεκριµένους λοβούς ακτινοβολίας. Το λογισµικό δίνει τη δυνατότητα να µοντελοποιηθεί ο τρόπος µε τον οποίο κινούνται οι σταθµοί, είτε αυτοί είναι δορυφορικοί, είτε επίγειοι σταθµοί (land, maritime ή aeronautical). Το λογισµικό δίνει τη δυνατότητα παρακολούθησης όλων των διαδικασιών που ακολουθούνται κατά των υπολογισµό των µεγεθών (π.χ. του επιπέδου της παρεµβολής). Με τον τρόπο αυτό ο χρήστης έχει πρόσβαση σε όλες τις µεταβλητές, τις οποίες µάλιστα µπορεί να παραστήσει και γραφικά. Επιπλέον ο σχεδιασµός της γραφικής παράστασης γίνεται ταυτόχρονα µε την προσοµοίωση και ο χρήστης µπορεί να την παρακολουθήσει βήµα προς βήµα. Κατά την κατασκευή κάποιου σεναρίου (π.χ. της διαδροµής που ακολουθεί κάποιο πλοίο) το λογισµικό βοηθά το χρηστή δείχνοντας του µε γραφικό τρόπο ακριβώς το αποτέλεσµα που έχουν οι τιµές που δίνει στις µεταβλητές. Το λογισµικό δίνει τη δυνατότητα στατιστικής ανάλυσης όλων των παραµέτρων που µεταβάλλονται κατά την προσοµοίωση. Η στατιστική ανάλυση περιλαµβάνει τον υπολογισµό του µέσου όρου, της πιθανότητας ένα µέγεθος να ξεπεράσει µια 52

59 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse προκαθορισµένη τιµή και άλλων χρήσιµων δεικτών. Φυσικά και αυτά τα µεγέθη µπορούν να παρασταθούν γραφικά. Με την επιλογή import από την µπάρα file µπορούµε να ενσωµατώσουµε µια προσηµείωση σε µια άλλη χωρίς να χρειαστεί να ορίζουµε από την αρχή τις µεταβλητές stations, carriers και antennas. 6.2 Βήµατα για την Κατασκευή µιας Προσοµοίωσης στο Visualyse Για την κατασκευή ενός σεναρίου στο Visualyse πρέπει να ακολουθήσουµε τα παρακάτω 11 βήµατα: 1. Ορισµός µιας λίστας από antenna beams. 2. Ορισµός µιας λίστας από carriers. 3. Ορισµός µιας λίστας από στρατηγικές τις οποίες θα χρησιµοποιήσουν οι κινητοί σταθµοί προκείµενου να επιλέξουν το δορυφόρο από τον οποίο θα λαµβάνουν τα carriers σε περίπτωση handover. 4. Καθορισµός των παραµέτρων που αφορούν τον κάθε σταθµό. Μερικές από τις παραµέτρους αυτές είναι η κεραία που θα χρησιµοποιούν και ο λοβός ακτινοβολίας της (beam) καθώς ο τρόπος που θα κινείται ο σταθµός (αν είναι mobile). 5. Οµαδοποίηση των σταθµών (αν και αυτό το βήµα είναι προαιρετικό). 6. ηµιουργία της ζεύξης (link) µεταξύ των σταθµών που δηµιουργήθηκαν πρωτύτερα. 7. Οµαδοποίηση των link (και αυτό το βήµα είναι επίσης προαιρετικό). 8. Καθορισµός των παρεµβαλλόµενων ζεύξεων σε κάθε µια από τις επιθυµητές ζεύξεις που ορίστηκαν στο βήµα Καθορισµός του χρόνου που θα διαρκέσει η προσοµοίωση και του time step που θα χρησιµοποιηθεί. Το time step είναι µια µορφή χρονικής κλίµακας, ώστε αν η προσοµοίωση διαρκεί τρεις ώρες, να εκτελεστεί σε πολύ µικρότερο χρόνο. 53

60 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse 10. Εκτέλεση (run) της προσοµοίωσης. 11. Συλλογή και ανάλυση των αποτελεσµάτων είτε γραφικά είτε µέσω κειµένου είτε µε κάποια άλλη µορφή που παρέχει το λογισµικό. Τα κυριότερα από τα βήµατα αυτά, που χρειάστηκαν για τις προσοµοιώσεις, που κατασκευάσαµε για την διπλωµατική θα αναφερθούν πιο αναλυτικά στη συνέχεια. Μάλιστα θα έχουµε τη δυνατότητα να παρουσιάσουµε παράλληλα και τις κατάλληλες επιλογές που απαιτούνται για τα δικά µας σενάρια. 6.3 Αναλυτική Κατασκευή µιας Προσοµοίωσης στο Visualyse Στις σελίδες που ακολουθούν θα δούµε αναλυτικά πώς προσδιορίζονται οι παράµετροι για τις µεταβλητές beam type, carrier, station, link και interference path. Όλα αυτά βρίσκονται στο µενού edit όπως φαίνεται και από το σχήµα που ακολουθεί: Σχήµα

61 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Beam Types Εισαγωγή Η παράµετρος Beam Type χρησιµοποιείται από το Visualyse για να µοντελοποιήσει τα χαρακτηριστικά του λοβού ακτινοβολίας της δέσµης της κεραίας. Μάλιστα µια κεραία είναι δυνατό να έχει περισσότερες δέσµες, κάθε µια από τις οποίες µπορεί να έχει διαφορετικό λοβό ακτινοβολίας. Μάλιστα τα χαρακτηριστικά αυτά µπορούν να δοθούν ως συνάρτηση της γωνίας από την κατεύθυνση µέγιστου, ή ως συνάρτηση του αζιµούθιου και τις γωνίας ανύψωσης. Σε κάθε Σχήµα 6.2 περίπτωση η τιµή της συνάρτησης αυτής είναι η τιµή του κέρδους της κεραίας. Στην πρώτη περίπτωση έχουµε τη µονοδιάστατη καταχώρηση των δεδοµένων ενώ στη δεύτερη τη διδιάστατη. Επιπλέον το Visualyse δίνει στο χρήστη τη δυνατότητα να εισαγάγει προκαθορισµένη κεραία, της οποίας ο λοβός ακτινοβολίας είναι δεδοµένος Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Στο παράθυρο του Σχήµατος 6.1 πατάµε το εικονίδιο beam types εµφανίζεται ένα παράθυρο, όπως αυτό που φαίνεται στο Σχήµα Τότε 55

62 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Στο παράθυρο αυτό πατάµε το εικονίδιο add για να προσθέσουµε στη λίστα ένα ακόµη τύπο beam types. Πατώντας το εικονίδιο αυτό θα εµφανιστεί άλλο ένα παράθυρο (Σχήµα 6.4) µε τις επιλογές: predefined equations gain table shaped beam counter beam που είναι και οι τρόποι µε τους οποίους µπορούµε να ορίσουµε το beam type, όπως είδαµε και στην Σχήµα 6.3 εισαγωγή. Σε αυτό το παράθυρο επιλέγουµε το predefined equations που περιέχει πρότυπες συναρτήσεις ακτινοβολίας που προτείνονται από την ITU-R. Στη συνέχεια ξεκινάµε την εισαγωγή των παραµέτρων που αφορούν τη δική µας προσοµοίωση στο παράθυρο edit beam type του Σχήµατος 6.5. Σχήµα 6.4 Σχήµα

63 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Από το τµήµα Key features δηλώνουµε το όνοµα που θέλουµε να έχει στη λίστα το συγκεκριµένο beam type. Από το τµήµα Specify by επιλέγουµε τον τρόπο, µε τον οποίο θέλουµε να ορίσουµε το κέρδος της κεραίας. Στη συγκεκριµένη εφαρµογή επιλέγουµε ότι θέλουµε να το ορίσουµε µέσω της τιµής του κέρδους στην κατεύθυνση µέγιστου. Στη συνέχεια στο τµήµα Gain pattern επιλέγουµε ένα από τα πρότυπα που υπάρχουν από την ITU για το λοβό ακτινοβολίας. Στη συγκεκριµένη περίπτωση επιλέξαµε το ETS Rx για της κεραίες που αφορούν τους σταθµούς των µικροκυµατικών ζεύξεων. Κατόπιν στο πεδίο που αντιστοιχεί στο peak gain εισάγουµε την τιµή 43 dbi που είναι το κέρδος στην κατεύθυνση µέγιστου. Τα πεδία dish size και efficiency δεν µπορούµε να τα αλλάξουµε, αφού επιλέξαµε να προσδιορίσουµε το λοβό µέσω του κέρδους. Τέλος από το παράθυρο nominal operating parameters επιλέγουµε την τιµή για τις υπόλοιπες παραµέτρους. Θερµοκρασία της κεραίας (Rx Temperature (antenna)) : = 1500 ο Κ Μέγιστη εκπεµπόµενη ενέργεια (Maximum Transmit E.I.R.P) : = 45 dbw Ελάχιστη εκπεµπόµενη ενέργεια (Minimum Transmit E.I.R.P) : = 45 dbw Συχνότητα (Default Frequency) : = GHz Πόλωση (Polarization) : = γραµµική οριζόντια πόλωση Carriers Εισαγωγή Το σήµα (φέρον, carrier) περιλαµβάνει όλα εκείνα τα χαρακτηριστικά του ραδιοσήµατος και αναφέρεται στο σήµα που χρησιµοποιείται για να επικοινωνήσουν δύο σταθµοί µέσω ενός link. Τα κυριότερα από αυτά τα χαρακτηριστικά είναι το εύρος ζώνης (bandwidth) που καταλαµβάνει το σήµα και η πόλωση. Επιπλέον το Visualyse δίνει τη δυνατότητα να µελετήσουµε παρεµβολές, στις οποίες το εύρος ζώνης του επιθυµητού σήµατος διαφέρει από εκείνο της παρεµβολής. Αυτό εφαρµόζεται, για παράδειγµα, όταν ένα στενού εύρους ραδιοσήµα παρεµβάλλεται σε ένα σήµα µεγαλύτερου εύρους. 57

64 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Στο παράθυρο που φαίνεται στο Σχήµα 6.1 πατάµε το εικονίδιο beam types και τότε εµφανίζεται το παράθυρο του Σχήµατος 6.6. Στο παράθυρο αυτό πατάµε και πάλι το εικονίδιο add για να προσθέσουµε στη λίστα ένα νέο σήµα µε τα χαρακτηριστικά που επιθυµούµε. Να πούµε στο σηµείο αυτό ότι, όταν έχουµε κατασκευάσει ένα carrier µε τα χαρακτηριστικά που θέλουµε και µετά θέλουµε να δηµιουργήσουµε ένα επιπλέον σήµα µε τα ίδια χαρακτηριστικά, πατάµε το εικονίδιο Duplicate. Στο καινούργιο αυτό carrier µπορούµε να κάνουµε όποιες αλλαγές θέλουµε, χωρίς να χρειαστεί να το κατασκευάσουµε από την αρχή. Το ίδιο ισχύει και για τα υπόλοιπα από τα µεγέθη Σχήµα 6.6 beam type, carrier, station, link και interference path. Τέλος σε περίπτωση που θέλουµε να σβήσουµε κάποιο από τα carriers που έχουµε δηµιουργήσει διότι δε θα το χρησιµοποιήσουµε µπορούµε να το επιλέξουµε και να πατήσουµε το Delete. Τα σήµατα που διαδίδονται στις µικροκυµατικές ζεύξεις µεταξύ των επίγειων σταθµών αλλά και αυτά των συστηµάτων MSS ανάµεσα στα πλοία και το δορυφόρο είναι ψηφιακά. Και τα δυο είναι διαµορφωµένα µε διαµόρφωση QPSK. Επίσης έχουµε επιλέξει να έχουν την ίδια πόλωση: γραµµική οριζόντια. Η επιλογή αυτή έγινε για να µελετήσουµε το πιο απαισιόδοξο σενάριο παρεµβολής, αφού στην περίπτωση που τα δυο αυτά σήµατα, το επιθυµητό και τα παρεµβαλλόµενα, είχαν αντίθετες πολώσεις η παρεµβολή θα ήταν από πολύ µικρή. Τέλος, το σήµα έχει εύρος ζώνης 28 MHz ενώ το παρεµβάλλον 2,346 MHz. Παρατηρούµε, δηλαδή, ότι υπάρχει το overlap, για το οποίο κάναµε λόγο στην εισαγωγή. Στη συνέχεια θα δείξουµε πώς εισάγουµε τα στοιχεία αυτά για ένα σήµα ενός FS link. Με τον ίδιο τρόπο θα γίνει η εισαγωγή και για τα υπόλοιπα FS links και για τα MSS links. 58

65 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Πατώντας λοιπόν το add εµφανίζεται το παράθυρο του Σχήµατος 6.7. Σχήµα 6.7 Στο πεδίο name βάζουµε και πάλι την ονοµασία που θέλουµε για το συγκεκριµένο σήµα, ώστε να µπορούµε να το ξεχωρίζουµε. Στη συγκεκριµένη περίπτωση το όνοµα trans-carrier1 δηλώνει ότι αναφέρεται στο σήµα που εκπέµπεται από τον ποµπό της πρώτης µικροκυµατικής ζεύξης. Στο τµήµα Polarization επιλέγουµε το είδος της πόλωσης που θέλουµε να έχουµε και που στη συγκεκριµένη περίπτωση είναι γραµµική οριζόντια. Στο τµήµα Code, Access and Load επιλέγουµε ότι η µέθοδος κωδικοποίησης θα είναι η QPSK και ο τρόπος προσπέλασης είναι πολλαπλή προσπέλαση µε διαίρεση χρόνου (TDMA). Τέλος στο τµήµα Bandwidths and data rate επιλέγουµε ότι το σήµα θα έχει εύρος ζώνης 28 MHz και ρυθµό µετάδοσης 34 Mbps. Να τονίσουµε και πάλι ότι ενώ όλα τα προηγούµενα πεδία θα συµπληρωθούν µε τον ίδιο τρόπο για τα carrier των FS και των 59

66 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse MSS links το πεδίο αυτό θα διαφοροποιηθεί αφού το εύρος ζώνης της παρεµβολής είναι µικρότερο και ίσο µε MHz Stations Εισαγωγή Οι σταθµοί στο Visualyse λειτουργούν ως κουτιά, τα οποία περιέχουν τις κεραίες και τις ακτίνες και ως σηµεία κατάληξης των link. Επιπλέον εδώ µπορούµε να καθορίζουµε και όλα τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά του σεναρίου της προσοµοίωσης όπως το ύψος του σταθµού και το γεωγραφικό µήκος και πλάτος. Τέλος, αν ο σταθµός αυτός είναι κινητός µπορούµε να ορίσουµε και τον τρόπο µε τον οποίο κινείται, όπως θα δούµε στη συνέχεια. Όπως φαίνεται και στο Σχήµα 6.8 κάθε σταθµός µπορεί να περιλαµβάνει πολλές κεραίες µε περισσότερες δέσµες (beams). Σχήµα Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Στο παράθυρο που φαίνεται στο Σχήµα 6.1 πατάµε το εικονίδιο stations, οπότε εµφανίζεται ένα παράθυρο παρόµοιο µε αυτό του Σχήµατος 6.6, στο οποίο πατάµε το add. Στη συνέχεια εµφανίζεται µια φόρµα σαν αυτή του Σχήµατος 6.9, στην οποία πρέπει να επιλέξουµε το είδος του σταθµού. Το παράθυρο αυτό έχει τις ακόλουθες επιλογές ανάλογα µε το πως προκύπτει η θέση του σταθµού κάθε χρονική στιγµή: Earth Stations Aircraft Geostationary Satellite General Satellite Εµείς για την περίπτωση του επίγειου σταθµού του ποµπού και του δέκτη στις 4 µικροκυµατικές 60 Σχήµα 6.9

67 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse ζεύξεις θα επιλέξουµε την πρώτη περίπτωση. Για τους σταθµούς που βρίσκονται στα πλοία θα επιλέξουµε τη δεύτερη περίπτωση ενώ, τέλος, για το δορυφόρο µε τον οποίο επικοινωνούν οι κεραίες των πλοίων θα επιλέξουµε την τρίτη περίπτωση. Η επιλογή General Satellite δεν θα µας απασχολήσει διότι δε θα ασχοληθούµε µε δορυφόρους που δεν κινούνται σε γεωστατική τροχιά. Μετά την επιλογή του σταθµού εµφανίζεται το κυρίως παράθυρο του Station το οποίο αποτελείται από 7 φύλλα που είναι τα ακόλουθα: General Characteristics - όπου επιλέγουµε όνοµα και εικονίδιο για το σταθµό. Attitude (pitch, roll και yaw) - που επιλέγονται για όλη τη διάρκεια της προσοµοίωσης. Load - που επιλέγονται πάλι για όλη τη διάρκεια της προσοµοίωσης. Antennas - όπου επιλέγονται οι κεραίες που θα χρησιµοποιηθούν, οι τεχνικές παρακολούθησης κάποιας άλλης κεραίας και οι απώλειες στην τροφοδότηση των κεραιών. Beams - όπου επιλέγονται ο τύπος της δέσµης και η επιπλέον γωνία ανύψωσης από εκείνη της κεραίας. Dynamics - όπου περιλαµβάνονται οι πληροφορίες για τη θέση του σταθµού και την ταχύτητα του (αν πρόκειται για mobile station). XYZ - όπου µπορούν να δοθούν οι συντεταγµένες της θέσης και η ταχύτητα στο τρισορθογώνιο σύστηµα συντεταγµένων xyz. Στην συνέχεια θα δούµε τα παράθυρα αυτά και ταυτόχρονα θα αναφέρουµε τις τιµές µε τις οποίες τα συµπληρώνουµε στην προσοµοίωση που κάνουµε. Θα ξεκινήσουµε µε το πρώτο φύλλο το General που εικονίζεται στο Σχήµα 6.10: 61

68 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Στο φύλλο αυτό αρχικά επιλέγουµε Σχήµα το όνοµα 6.10του σταθµού. Το όνοµα που έχουµε επιλέξει εµείς αποτελείται από τρία µέρη. Tο πρώτο δείχνει ότι ο σταθµός ανήκει σε µια επίγεια µικροκυµατική ζεύξη, το δεύτερο αναφέρει αν πρόκειται για τον ποµπό ή τον δέκτη και το τρίτο σε ποια από τις µικροκυµατικές ζεύξεις ανήκει. Εµείς σε όλες τις προσοµοιώσεις έχουµε τέσσερις µικροκυµατικές ζεύξεις και συνεπώς έχουµε δηµιουργήσει 8 επίγειους σταθερούς (fixed) σταθµούς. Οι τέσσερις ποµποί αναφέρονται µε τα ονόµατα earth-trans1, earth-trans2, earth-trans3 και earth-trans4 ενώ οι τέσσερις δέκτες µε τα ονόµατα earth-reciev1, earth-reciev2, earth-reciev3 και earth-reciev4. Εκτός από τις µικροκυµατικες ζεύξεις, όµως, υπάρχουν και κινητές δορυφορικές ανάµεσα στα πλοία και έναν γεωστατικό δορυφόρο. Ο σταθµός που βρίσκεται πάνω στο πλοίο αναφέρεται ως vessel1, vessel2 και ο αριθµός στο τέλος δείχνει σε ποιο πλοίο αντιστοιχεί. Τέλος ο δορυφορικός σταθµός ονοµάζεται Geo. Για station icon έχουµε επιλέξει τα ακόλουθα: Το Το Το Το για τους επίγειους µικροκυµατικούς ποµπούς για τους επίγειους µικροκυµατικούς δέκτες για τους σταθµούς πάνω στα πλοία για το σταθµό στο γεωστατικό δορυφόρο Τέλος στο πεδίο δίπλα από το Station Service (Σχήµα 6.10) επιλέγουµε το είδος της ζεύξης στην οποία συµµετέχει ο σταθµός. Εµείς έχουµε δυο είδη ζεύξεων: τις 62

69 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse µικροκυµατικές (FS: Fixed Service) και τις κινητές δορυφορικές (MSS: Mobile Satellite Service). Στα επόµενα δυο φύλλα (Attitude, Load) δεν κάνουµε καµία αλλαγή και επιλέγουµε το τέταρτο φύλλο που αναφέρεται στις κεραίες και είναι αυτό που εικονίζεται στο Σχήµα Σχήµα 6.11 Στο φύλλο αυτό επιλέγουµε την κεραία την οποία θα χρησιµοποιεί ο σταθµός. Μάλιστα το Visualyse δίνει στο χρήστη τη δυνατότητα να τοποθετήσει περισσότερες από µία κεραίες στο σταθµό και να ορίσει τις παραµέτρους που αφορούν κάθε µια από αυτές ξεχωριστά. Εµείς στο παράδειγµα µας επιλέγουµε µια κεραία που θα την ονοµάσουµε Antenna trans1. Στη συνέχεια επιλέγουµε τη µέθοδο εκείνη που θα καθορίζει την κατεύθυνση, κατά την οποία η κεραία έχει το µέγιστό της (Pointing Method). Για τη δική µας προσοµοίωση επιλέγουµε η κεραία να είναι πάντοτε προσανατολισµένη σε κάποιο σταθµό (που αποτελεί το άλλο τερµατικό της ζεύξης). Επιλέγοντας αυτή τη µέθοδο ανοίγει και το πεδίο tracked station στο οποίο επιλέγουµε το σταθµό τον οποίο θα στοχεύει η κεραία. Στο πεδίο tracked antenna επιλέγουµε την κεραία, την οποία θέλουµε να στοχεύσει ο ποµπός. Αυτή η επιπλέον δυνατότητα παρέχεται, επειδή, όπως 63

70 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse αναφέραµε, ένα σταθµός µπορεί να περιλαµβάνει περισσότερες από µια κεραίες, εποµένως η επιλογή µόνο του tracked station δε θα ήταν αρκετή. Τέλος από το type to use επιλέγουµε µια από τις κεραίες που έχουµε κατασκευάσει στη λίστα. Στο επόµενο µισό του φύλλου αυτού εισάγουµε το ύψος της κεραίας (height), τις απώλειες που υπεισέρχονται κατά την τροφοδοσία (feed loss) και τη θερµοκρασία στην οποία βρίσκεται ο σταθµός (Feed Temperature). Αυτά τα στοιχεία είναι περίπου κοινά για όλους τους σταθµούς που θα δηµιουργήσουµε σε αυτή την προσοµοίωση και οι τιµές τους αναφέρονται στη συνέχεια: Height := 5m Feed loss := 3 db Feed Temperature := 1500 ο Κ Το επόµενο φύλλο αναφέρεται στα χαρακτηριστικά της δέσµης που εκπέµπεται από την κεραία ή τις κεραίες του σταθµού (Σχήµα 6.12): Σχήµα

71 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Το φύλλο αυτό είναι παρόµοιο µε εκείνο που αναφέρεται στις κεραίες. Μπορούµε και εδώ να επιλέξουµε µια ή περισσότερες δέσµες που θα είναι τις µορφής που θα ορίσουµε από το πεδίο beam types. Στο πεδίο αυτό επιλέγουµε έναν από τους τύπους δεσµών που έχουµε δηµιουργήσει όπως είδαµε στην ενότητα Στη συνέχεια, επειδή από το προηγούµενο βήµα έχουµε αναθέσει στην κεραία να στοχεύει στον ζητούµενο σταθµό, δίνουµε στα µεγέθη azimuth, elevation, orientation µηδενικές τιµές. Ακολουθεί το φύλλο Dynamics που φαίνεται στο Σχήµα 6.13: Σχήµα 6.13 Στο παράθυρο αυτό εισάγουµε τα γεωµετρικά στοιχεία του σεναρίου, όπως η θέση του σταθµού και η ταχύτητα µε την οποία αυτός κινείται. Στα πεδία latitude και longitude συµπληρώνουµε το γεωγραφικό µήκος και πλάτος του σηµείου που βρίσκεται ο σταθµός. Στο Station Height τοποθετούµε το ύψος, το οποίο έχει ο σταθµός, που µετριέται από την πλατφόρµα (terrain) και πάνω. Το ύψος της πλατφόρµας ορίζεται στο τµήµα ακριβώς πάνω από το Station Height και το Visualyse µάς δίνει δυο δυνατές εκδοχές. Η µια είναι να εγκαταστήσουµε τον υψοµετρικό χάρτη από τα κατάλληλα CD και στη συνέχεια το ίδιο το λογισµικό, µε βάση τα δεδοµένα του χάρτη να συµπληρώσει το ύψος. Αυτό 65

72 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse γίνεται στη περίπτωση που επιλέγουµε το from terrain data. Υπάρχει όµως και το ενδεχόµενο να θέλουµε εµείς να καθορίσουµε το ύψος στο οποίο είναι τοποθετηµένη η πλατφόρµα. Τότε επιλέγουµε το δεύτερο κουτάκι fix at και εισάγουµε εµείς το ύψος που θέλουµε. Την ταχύτητα στην περίπτωση των κινητών σταθµών που βρίσκονται πάνω σε πλοία θα την ορίσουµε µε κάποιο εναλλακτικό τρόπο που θα περιγράψουµε αργότερα. Για το λόγο αυτό τα πεδία heading και speed τα συµπληρώνουµε µε µηδενικές τιµές Links Εισαγωγή Το link χρησιµοποιείται από το Visualyse προκείµενου να συνδεθούν µεταξύ τους δυο σταθµοί δηµιουργώντας ένα σύστηµα επικοινωνίας. Έτσι λοιπόν το link είναι το κοµµάτι του Visualyse που συγκεντρώνει τις πληροφορίες για τους σταθµούς, τα σήµατα, τις συχνότητες, τα µοντέλα διάδοσης, τα κριτήρια παρεµβολών και τα συνδυάζει προκείµενου να καθορίσει µια ζεύξη επικοινωνιών Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Στο παράθυρο που φαίνεται στο Σχήµα 6.1 πατάµε το εικονίδιο stations εµφανίζεται ένα παράθυρο παρόµοιο µε αυτό του Σχήµατος 6.6, στο οποίο πατάµε το add. Πατώντας το add εµφανίζεται το φύλλο του επόµενου σχήµατος (Σχήµα 6.14), όπου καλούµαστε να επιλέξουµε το είδος του link, στο οποίο ανήκει η δική µας ζεύξη. Το λογισµικό δίνει τις παρακάτω επιλογές:. Τότε Transmit link Receive link Fixed link Dynamic link Load link 66

73 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Στη συνέχεια, θα αναφέρουµε λίγα λόγια για καθένα από τα παραπάνω είδη ζεύξεων. Το Transmit link έχει ένα καθορισµένο σταθµό εκκίνησης (start station) (το σταθµό στον οποίο είναι ο ποµπός) αλλά δεν έχει συγκεκριµένο τελικό σταθµό (end station). Αυτός ο τύπος ζεύξης είναι κατάλληλος στην περίπτωση που µας ενδιαφέρει η παρεµβολή από ένα σταθµό και συνεπώς δεν µας αφορά το σήµα που φτάνει στο δέκτη. Σε ένα τέτοιο σενάριο οι σταθµοί λήψης δε θα µας ενδιέφεραν και για το λόγο αυτό θα µπορούσαµε να τους παραλείψουµε. Ακριβώς αντίστοιχο είναι και το Receive link, µε τη Σχήµα διάφορα 6.14 ότι εδώ είναι καθορισµένο το τελικό σηµείο της ζεύξης (end station) και όχι το αρχικό (start station). Αυτός ο τύπος ζεύξης µπορεί να χρησιµοποιηθεί στην περίπτωση που έχουµε ένα επίγειο σύστηµα παρακολούθησης των δορυφόρων. Ο τρίτος τύπος ζεύξης είναι το Fixed link. Η ζεύξη αυτή έχει καθορισµένους και τους δυο σταθµούς (start end stations), οι οποίοι δεν αλλάζουν κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης αλλά δεν είναι απαραίτητα στάσιµοι. Αυτό σηµαίνει ότι µπορεί ο τελικός σταθµός να είναι κινητός (mobile) αλλά δεν µπορεί να αλλάζει. Για παράδειγµα δεν µπορεί να ορίζεται τελικός σταθµός ο station1 και κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης το τελικό σηµείο της ζεύξης να µεταβεί σε άλλο σταθµό π.χ. τον station2. Αυτός ο τύπος ζεύξης µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε περίπτωση που έχουµε µια µικροκυµατική ζεύξη, την οποία θέλουµε να µελετήσουµε. Τέλος, Dynamic link είναι εκείνη η ζεύξη, στην οποία ο start ή/και o end station δεν είναι ακριβώς καθορισµένοι αλλά µπορούν να αλλάξουν κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης. Κάτι τέτοιο συµβαίνει στην περίπτωση που οι σταθµός επιλέγεται από ένα σύνολο σταθµών µε βάση κάποιο κριτήριο και συνεπώς αλλάζει κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης. Ένας τέτοιος τύπος ζεύξης βρίσκει εφαρµογή στην προσοµοίωση συστηµάτων, στα οποία υπάρχει ένας επίγειος σταθµός που λαµβάνει σήµα από κάποιο δορυφορικό αναµεταδότη και κάθε φορά που κάνει handover αλλάζει δορυφόρο. Στο δική µας προσοµοίωση θα θεωρήσουµε ότι όλες οι ζεύξεις είναι fixed link, έχουν δηλαδή καθορισµένους σταθµούς έναρξης και λήξης. Φυσικά στην περίπτωση των ζεύξεων των πλοίων µε το δορυφόρο θα µπορούσαµε να χρησιµοποιήσουµε και transmit link, δεδοµένου ότι µας ενδιαφέρει αποκλειστικά η παρεµβολή από το πλοίο και όχι το σήµα που φτάνει στο δορυφόρο. Επιλέξαµε όµως την πρώτη λύση διότι είναι περισσότερο σαφής και θέλαµε να ορίσουµε και τα στοιχεία της κεραίας του δορυφόρου. 67

74 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Επιλέγοντας λοιπόν το fixed link ανοίγει ένα παράθυρο µε πολλά φύλλα από τα οποία θα σχολιάσουµε µόνο εκείνα στα οποία έγιναν αλλαγές και ενδιαφέρουν άµεσα τα χαρακτηριστικά της προσοµοίωσης. Σχήµα 6.15 Το πρώτο φύλλο µε το οποίο θα ασχοληθούµε είναι το General που εικονίζεται στο Σχήµα Στο φύλλο αυτό εισάγουµε χαρακτηριστικά της ζεύξης, τα οποία αναφέρονται στις συχνότητες που χρησιµοποιούνται. Μάλιστα στη φόρµα του link description επιλέγουµε και το όνοµα που θα δώσουµε στην κάθε ζεύξη. Όλες τις µικροκυµατικές ζεύξεις τις έχουµε ονοµάσει ως FS (Fixed link) ακολουθούµενο από τον αύξοντα αριθµό του link. Έτσι για τις τέσσερις µικροκυµατικές ζεύξεις που έχουµε στα σενάρια µας τα ονόµατα είναι FS1, FS2, FS3 και FS4. Με παρόµοιο τρόπο έχουµε ονοµάσει και τις κινητές δορυφορικές ζεύξεις µε το χαρακτηριστικό MSS και τον αύξοντα αριθµό. Στη συνέχεια έχουµε δυο παρόµοιες φόρµες τις forward direction και return direction. Σε αυτές επιλέγουµε το σήµα που θα διαδοθεί από τον ποµπό στο δέκτη και αντίστροφα από τη λίστα των carriers που έχουµε ήδη δηµιουργήσει. Επιπλέον επιλέγουµε και τη συχνότητα που θα καταληφθεί από το σύστηµα για τη µετάδοση αυτή. Η συχνότητα που 68

75 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse θα χρησιµοποιήσουµε είναι 14,25 GHz τόσο για τις µικροκυµατικές όσο και για τις δορυφορικές ζεύξεις. Το επόµενο φύλλο είναι το start station και εικονίζεται στο Σχήµα 6.16: Σχήµα 6.16 Στη φόρµα station επιλέγουµε το σταθµό (ή το group των σταθµών) από τον οποίο θα ξεκινήσει η ζεύξη. Κάθε µια από τις µικροκυµατικές ζεύξεις της δικής µας προσοµοίωσης ξεκινάει από το σταθµό εκποµπής που έχει τον ίδιο αύξοντα αριθµό µε αυτόν της ζεύξης. Για παράδειγµα όταν κατασκευάζουµε το FS1 ο start station θα είναι ο earth-trans1. Για κάθε µια από τις δορυφορικές ζεύξεις ο σταθµός από τον οποίο ξεκινάει το σήµα είναι το πλοίο µε τον αύξοντα αριθµό της ζεύξης. Για παράδειγµα το vessel1 είναι ο σταθµός εκκίνησης για το link MSS1. Στη συνέχεια στη φόρµα transmit antenna εµφανίζονται οι επιλογές από τις κεραίες που βρίσκονται στο σταθµό που επιλέξαµε. Στη δική µας προσοµοίωση κάθε σταθµός έχει µια κεραία που είναι και αυτή την οποία επιλέγουµε. Αφού επιλέξουµε την κεραία δηλώνουµε και τη δέσµη που θα εκπέµπεται από την κεραία αυτή από τη φόρµα transmit beam. 69

76 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Ακριβώς όµοιο µε το φύλλο αυτό είναι και το φύλλο που αφορά το end station και εικονίζεται στο Σχήµα 6.17: Σχήµα 6.17 Εδώ επιλέγουµε το καταληκτικό σηµείο της ζεύξης. Αυτό για µεν τις µικροκυµατικές ζεύξεις είναι ο αντίστοιχος του link σταθµός λήψης (δηλαδή ο earth-receiv1 για το προηγούµενο παράδειγµα), για δε τις δορυφορικές είναι ο δορυφορικός σταθµός Geo. Η κεραία και η δέσµη επιλέγονται µε τον ίδιο τρόπο που επελέγησαν και στο προηγούµενο φύλλο. Μετά τη συµπλήρωση όλων των στοιχείων προχωράµε στην επόµενη σελίδα που θα µας απασχολήσει και είναι το Propagation When Wanted (Σχήµα 6.18): 70

77 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Σχήµα 6.18 Στη σελίδα αυτή επιλέγουµε το µοντέλο διάδοσης που θα χρησιµοποιήσουµε για το σήµα. Εµείς επιλέγουµε το µοντέλο Rec. ITU-R.452 (no clutter), που είναι ένα πρότυπο µοντέλο, το οποίο προτείνεται από την ITU και έχει εφαρµογή σε προσοµοιώσεις που αναφέρονται σε µετάδοση σηµάτων πάνω από θάλασσα. Επιλέγοντας το συγκεκριµένο µοντέλο εµφανίζεται στο δεξί µέρος της οθόνης το εικονίδιο Edit. Πατώντας το εικονίδιο αυτό ανοίγει το παράθυρο του παρακάτω σχήµατος: 71

78 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Σχήµα 6.19 Στη φόρµα αυτή συµπληρώνουµε το percentage of path over water το ποσοστό δηλαδή της διαδροµή από τον ποµπό στο δέκτη που βρίσκεται πάνω από θάλασσα. Το Visualyse δίνει τη δυνατότητα υπολογισµού αποστάσεων µε το εικονίδιο new terrain profile. Πατώντας το εικονίδιο αυτό εµφανίζεται ένας κέρσορας, τον οποίο σέρνουµε πάνω από την περιοχή που µας ενδιαφέρει, επιλέγοντας έτσι σηµείο εκκίνησης και σηµείο τερµατισµού και µετά εµφανίζεται ένα φύλλο (Σχήµα 6.20), που µας δείχνει κάθε δυνατή πληροφορία για τη διαδροµή, όπως το ύψος, το γεωγραφικό µήκος και πλάτος αλλά και την απόσταση. Με βάση λοιπόν την πληροφορία αυτή διαιρούµε την απόσταση πάνω από νερό µε τη συνολική απόσταση και βρίσκουµε το ζητούµενο ποσοστό. 72

79 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Σχήµα 6.20 Εδώ πρέπει να τονίσουµε άλλη µια φορά ότι τα σήµατα που διαδίδονται στις µικροκυµατικες ζεύξεις είναι τα επιθυµητά, ενώ όλα τα σήµατα των συστηµάτων MSS θεωρούνται ως παρεµβολές. Όταν λοιπόν κατασκευάζουµε τη µικροκυµατική ζεύξη επιλέγουµε το φύλλο propagation when wanted (Σχήµα 6.18) για να συµπληρώσουµε το µοντέλο διάδοσης. Αντίθετα για τις δορυφορικές ζεύξεις επιλέγουµε το φύλλο propagation when interferer και σε αυτό επιλέγουµε το µοντέλο Rec. ITU-R.452 (no clutter) για τη διάδοση που είναι 100% πάνω από νερό. Από τα υπόλοιπα φύλλα τα Return powers και Return Criteria δεν θα µας απασχολήσουν, αφού δε µελετάµε το σήµα που επιστρέφει αλλά µόνο εκείνο που διαδίδεται από τον ποµπό στο δέκτη. Το φύλλο Criteria θα το αναλύσουµε όταν εκτελέσουµε την προσοµοίωση. Τέλος το φύλλο Power αναφέρεται στην ισχύ εκποµπής, την οποία όµως έχουµε ήδη ορίσει από τα προηγούµενα και συνεπώς δεν κάνουµε εδώ καµία αλλαγή. 73

80 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Interference Paths Εισαγωγή Το interference path είναι ένα εργαλείο του Visualyse που δίνει τη δυνατότητα στο χρηστή να επιλέξει οµάδες που περιλαµβάνουν µια επιθυµητή ζεύξη (wanted link) και µια ή περισσότερες ανεπιθύµητες (interference link). Κάθε interference path ορίζεται, επιλέγοντας ποια από τις ζεύξεις που έχουν δηµιουργηθεί θεωρούµε επιθυµητή και ποια ή ποιες ως παρεµβάλλουσες. Μάλιστα το Visualyse δίνει τη δυνατότητα να επιλέξουµε οποιοδήποτε από τα δηµιουργούµενα link ως wanted ή interference και στην περίπτωση που οι παρεµβολείς είναι περισσότεροι από ένας το λογισµικό υπολογίζει αυτόµατα τον µέσο όρο της ισχύος όλων των παρεµβολών Εισαγωγή των Στοιχείων της Προσοµοίωσης Στο παράθυρο που φαίνεται στο Σχήµα 6.1 πατάµε το εικονίδιο stations. Τότε εµφανίζεται το παράθυρο του Σχήµατος 6.21, στο οποίο πατάµε το add κάθε φορά που θέλουµε να δηµιουργήσουµε ένα νέο interference path. Στο συγκεκριµένο παράδειγµα αλλά και σε όλα τα σενάρια της εργασίας αυτής έχουµε τέσσερα interference paths, ένα για κάθε µια από τις µικροκυµατικές ζεύξεις. Για το λόγο αυτό τα ονοµάζουµε Interf1, Interf2, Interf3 και Interf4 ανάλογα µε τη ζεύξη η οποία υφίσταται την παρεµβολή σε κάθε περίπτωση. Πατώντας το κουµπί Edit προχωράµε στον ακριβή προσδιορισµό του µονοπατιού όπως θα δούµε στη συνέχεια. Το παράθυρο που ανοίγει είναι αυτό του Σχήµατος 6.22, που εικονίζεται στη σελίδα που ακολουθεί. Το παράθυρο αυτό αποτελείται από τέσσερα φύλλα από τα οποία το πρώτο είναι το φύλλο Σχήµα 6.21 General. 74

81 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Σχήµα 6.22 Στο φύλλο αυτό αρχικά επιλέγουµε το όνοµα του Path στο πεδίο Name. Εδώ ονοµάζουµε το κάθε path µε το όνοµα Interf ακολουθούµενο από τον αύξοντα αριθµό της ζεύξης η οποία θεωρείται επιθυµητή για το συγκεκριµένο κοµµάτι. Το σηµαντικότερο όµως σε αυτή τη σελίδα είναι να επιλέξουµε το Check overlap. Αυτό δίνει στο λογισµικό την πληροφορία ότι το σήµα και οι παρεµβολές του δεν καταλαµβάνουν το ίδιο εύρος ζώνης. Στη συνέχεια από το µενού του Bandwidth adjustment καθορίζουµε τον τρόπο µε τον οποίο αυτό το overlap θα ληφθεί υπόψη από το λογισµικό και εµείς επιλέγουµε το carrier overlap. Με αυτή την επιλογή το λογισµικό υπολογίζει χωριστά το τµήµα εκείνο του σήµατος της παρεµβολής το οποίο βρίσκεται µέσα στο εύρος του επιθυµητού σήµατος. Με τον τρόπο αυτό, δηλαδή, το Visualyse θεωρεί ότι τα σήµατα έχουν το ίδιο εύρος. Άλλες επιλογές που µας δίνει το λογισµικό Visualyse είναι να χρησιµοποιήσουµε την πόλωση που έχει το επιθυµητό σήµα και η παρεµβολή για τον υπολογισµό της παρεµβολής. Αυτό σηµαίνει ότι το επίπεδο της ισχύος µπορεί να πέσει όταν το επιθυµητό και το ανεπιθύµητο σήµα έχουν αντίθετες πολώσεις. Εµείς όµως δε χρησιµοποιήσαµε αυτό το Polarization Advantage γιατί θελήσαµε να εξετάσουµε το πιο απαισιόδοξο σενάριο. 75

82 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Στη συνέχεια προχωράµε στο επόµενο φύλλο, το Wanted links, που εικονίζεται στο Σχήµα Σχήµα 6.23 Στο φύλλο αυτό επιλέγουµε, από τη λίστα των ζεύξεων που έχουµε δηµιουργήσει, το link εκείνο, το οποίο θεωρούµε ότι υφίσταται την παρεµβολή. Σε κάθε περίπτωση πρόκειται για τη µικροκυµατική ζεύξη µε τον ίδιο αύξοντα αριθµό µε αυτόν του interference path. Επίσης παρατηρούµε και πάλι ότι έχουµε επιλέξει µόνο το κουτάκι δίπλα από το forward link, αφού δε θα ασχοληθούµε καθόλου µε το return link. Το επόµενο φύλλο (Σχήµα 6.24) είναι παρόµοιο µε αυτό του wanted link µόνο που αναφέρεται στους παρεµβολείς. 76

83 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Σχήµα 6.24 Στο παράθυρο αυτό υπάρχουν όλες οι υπόλοιπες ζεύξεις πλην αυτής που επιλέξαµε στο προηγούµενο φύλλο, καθώς όλες οι υπόλοιπες θεωρείται ότι µπορούν να προκαλέσουν σ αυτήν παρεµβολή. Κάθε link που επιθυµούµε να θέσουµε ως παρεµβολέα το εκλέγουµε επιλέγοντας το κουτάκι που υπάρχει δίπλα από την ονοµασία του. Στα σενάρια της εργασίας αυτής, όπως έχουµε ήδη αναφέρει, ως παρεµβολείς λαµβάνονται όλα τα MSS. Το τέταρτο φύλλο αναφέρεται σε παρεµβολή από group ζεύξεων και δε θα το σχολιάσουµε, αφού δεν έχουµε δηµιουργήσει τέτοια group Variable Στην παράγραφο αυτή θα δούµε συνοπτικά τον τρόπο µε τον οποίο καθορίζουµε την πορεία αλλά και την ταχύτητα του πλοίου που φέρει τον κινητό σταθµό. Για να κάνουµε κάτι τέτοιο πρέπει να ορίσουµε ως µεταβλητές το γεωγραφικό µήκος και πλάτος του πλοίου. Αυτό γίνεται πατώντας το Edit Variable. Τότε εµφανίζεται ένα παράθυρο παρόµοιο µε αυτό του Σχήµατος 6.21 στο οποίο πατάµε το add για να ορίσουµε τη µεταβλητή. 77

84 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Σχήµα 6.25 Αρχικά δηλώνουµε το όνοµα της µεταβλητής. Στα αρχεία των δικών µας προσοµοιώσεων υπάρχουν δυο είδη µεταβλητών, αυτές που αφορούν το γεωγραφικό πλάτος και ονοµάζονται latitude και αυτές που αναφέρονται στο γεωγραφικό µήκος µε το όνοµα longitude. Το όνοµα αυτό ακολουθείται κάθε φορά από το όνοµα του πλοίου στο οποίο αναφέρεται. Στο παράθυρο Define Event Variable έχουµε άλλες δυο επιλογές: το variable από το οποίο επιλέγουµε το µέγεθος που θα µεταβάλλουµε και το Edit Events όπου θα καθορίσουµε πώς µεταβάλλεται το παραπάνω µέγεθος. Να τονίσουµε εδώ ότι το Visualyse διαθέτει µια ευρεία γκάµα από τρόπους µε τους οποίους µπορούµε να ορίσουµε τη διαδροµή των κινητών σταθµών και από αυτούς εµείς επιλέξαµε το Define Events. Με τη µέθοδο αυτή ορίζουµε ένα αριθµό γεγονότων (latitude και longitude στη δική µας περίπτωση) καθώς και το χρόνο στον οποίο θα συµβούν αυτά. 78

85 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Πατώντας το εικονίδιο variable εµφανίζεται ένας πίνακας που έχει όλα τα µεγέθη που έχουµε ορίσει µε τη µορφή δέντρου όπως φαίνεται στο Σχήµα Από το αριστερό πα- Σχήµα 6.26 ράθυρο επιλέγουµε αρχικά το vessel1 (και µετά παρόµοια τα 2 και 3) και από αυτό το Start LatLongHeight. Στη συνέχεια από το δεξί παράθυρο επιλέγουµε το Latitude (ή το Longitude ανάλογα µε τη µεταβλητή που θέλουµε να ορίσουµε). Έχοντας επιλέξει πλέον τη µεταβλητή πιέζουµε το εικονίδιο ΟΚ και το λογισµικό µάς επαναφέρει στο παράθυρο του Σχήµατος Εκεί επιλέγουµε το Edit Events για να µεταφερθούµε στο επόµενο παράθυρο Σχήµα 6.27 όπου θα πρέπει να ορίσουµε το γεωγραφικό µήκος του πλοίου και τη δεδοµένη στιγµή, στην οποία πρέπει να φτάνει εκεί. 79

86 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Σχήµα 6.27 Θα εξηγήσουµε περιληπτικά τον τρόπο µε τον οποίο υπολογίζουµε τις τιµές που θα συµπληρώσουµε στα παραπάνω κουτάκια. Έχοντας επιλέξει τη διαδροµή που θα πρέπει να ακολουθήσει το πλοίο µε τον κινητό σταθµό, τη χωρίζουµε σε ευθύγραµµα τµήµατα. Κάθε ένα από τα ευθύγραµµα αυτά τµήµατα έχει ένα σηµείο αρχής και ένα σηµείο τέλους, των οποίων τα γεωγραφικά µήκη και πλάτη είναι εύκολο να υπολογιστούν µε διαδικασίες του Visualyse που έχουµε ήδη αναφέρει. Μέχρι εδώ έχουµε καθορίσει µε ακρίβεια την πορεία του πλοίου, έχοντας βρει τα σηµεία από τα οποία θα περνάει. Τώρα µένει να καθορίσουµε και την ταχύτητα µε την οποία θα κινείται. Με το new terrain profile βρίσκουµε την οριζόντια απόσταση που καταλαµβάνει κάθε ένα από τα τµήµατα αυτά. Θεωρώντας ότι το πλοίο θα κινείται µε µια συγκεκριµένη ταχύτητα, µε βάση τη γνωστή σχέση: d d U = t = (6.1) t U διαιρούµε την απόσταση µε την επιθυµητή ταχύτητα και βρίσκουµε τις χρονικές στιγµές που το πλοίο πρέπει να βρίσκεται στα αντίστοιχα γεωγραφικά µήκη και πλάτη. Αφού έχουµε υπολογίσει όλα τα µεγέθη που χρειάζονται, επιλέγουµε από το Table Size τον αριθµό των γεγονότων στα οποία έχουµε υποδιαιρέσει τη διαδροµή και συµπληρώνουµε 80

87 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse τα αντίστοιχα κουτιά µε τιµές sec για τους χρόνους και degrees για τα latitude και longitude Επιλογή της Χρονικής ιάρκειας της Προσοµοίωσης Μέχρι το σηµείο αυτό περιγράψαµε βήµα προς βήµα τον τρόπο µε τον οποίο κατασκευάζουµε όλα τα στοιχεία της προσοµοίωσης σύµφωνα µε το εκάστοτε σενάριο. Στη συνέχεια θα περιγράψουµε εν συντοµία πως εκτελούµε την προσοµοίωση και κάποιες τυπικές διαδικασίες που πρέπει να προηγηθούν. Όπως είδαµε τα πλοία vessel της προσοµοίωσης µας κινούνται σε διαδοχικές θέσεις µε βάση κάποιους καθορισµένους χρόνους. Συγκρίνουµε τους χρόνους όλων των πλοίων και επιλέγουµε τον µεγαλύτερο για να τον θέσουµε ίσο µε το χρόνο που θα διαρκέσει η προσοµοίωση. Επιλέγουµε λοιπόν το Configure από το µενού Run και εµφανίζεται το αριστερό παράθυρο του Σχήµατος Σχήµα

88 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Στο παράθυρο αυτό επιλέγουµε να αλλάξουµε το End time. Έχοντας ως δεδοµένα το χρονικό σηµείο εκκίνησης (start time) και το χρόνο που θέλουµε να διαρκέσει η προσοµοίωση, υπολογίζουµε τη µέρα, την ώρα και τα λεπτά που θα βάλουµε στο δεξί παράθυρο. Στο παράδειγµα που εικονίζεται στο Σχήµα 6.28 η διάρκεια της προσοµοίωσης είναι 8 ώρες και 59 λεπτά (ή αλλιώς 539 λεπτά). Επιπλέον µπορούµε να επιλέξουµε να µεταβάλλουµε και το timestep. Αυτό γίνεται πατώντας το εικονίδιο change δίπλα στο timestep. Τότε εµφανίζεται το παράθυρο του Σχήµατος 6.29, στο οποίο µπορούµε να αυξήσουµε τον χρόνο, που στη συγκεκριµένη περίπτωση είναι 1 minute. Κάνοντας αυτή τη µεταβολή π.χ από 1 σε 5 η προσοµοίωση θα ολοκληρωθεί σε συντοµότερο χρονικό διάστηµα. Σχήµα

89 Ενότητα 6 Αναλυτική Περιγραφή του Visualyse Τέλος για να εκτελέσουµε την προσοµοίωση αρκεί να πιέσουµε τον εικονίδιο run από το κύριο µενού. 83

90 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης

91 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης 7.1 Εισαγωγή Στην ενότητα αυτή θα περιγράψουµε αναλυτικά τα σενάρια που υλοποιήσαµε στη εργασία προκείµενου να εξετάσουµε τα µεγέθη από τα οποία εξαρτάται η παρεµβολή και τον τρόπο που εξαρτάται από αυτά. Ελέγχοντας ποιοι είναι οι σηµαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν την παρεµβολή, µπορούµε να προβούµε και στις απαραίτητες αλλαγές ενός τέτοιου συστήµατος προκείµενου να εξασφαλίσουµε χαµηλά επίπεδα παρεµβολής. Αρχικά θα αναφέρουµε τα τεχνικά χαρακτηριστικά των σταθµών που χρησιµοποιούνται, τόσο των επίγειων σταθερών όσο και των κινητών που είναι τοποθετηµένοι στα πλοία. Αυτά είναι κοινά για όλα τα σενάρια αφού οι κεραίες που χρησιµοποιούνται από τα πλοία ή από τις µικροκυµατικές ζεύξεις είναι σε γενικές γραµµές τυποποιηµένες και συνεπώς δεν µπορούν να γίνουν αλλαγές σε αυτές. Κατόπιν θα αναπτύξουµε κάθε σενάριο χωριστά δίνοντας τα ιδιαίτερα στοιχεία που αναφέρονται σε αυτό. 7.2 Τυπικά Χαρακτηριστικά των Σταθµών Τα τυπικά στοιχεία των σταθµών έχουν αναφερθεί και στην προηγούµενη ενότητα, όταν εισαγάγαµε τα στοιχεία για να κατασκευάσουµε τα σενάρια. Ωστόσο στο σηµείο αυτό θα τα αναφέρουµε συγκεντρωτικά, ώστε για να γίνουν πιο εύκολα αντιληπτά. Οι επίγειοι σταθµοί εκποµπής και λήψης των µικροκυµατικών ζεύξεων έχουν κοινά χαρακτηριστικά και είναι αυτά που φαίνονται στον Πίνακα 7.1. Οι σταθµοί αυτοί είναι τοποθετηµένοι σε νησιά και επικοινωνούν µεταξύ τους µε ψηφιακά σήµατα. Μάλιστα µας ενδιαφέρει µόνο η κατεύθυνση διάδοσης από τον ποµπό στο δέκτη και όχι η αντίστροφη. Συνεπώς µέσα από τα σενάρια θα µελετήσουµε την παρεµβολή που υφίστανται αυτοί οι δεκτές. Επίγειοι Σταθµοί των Μικροκυµατικών Ζεύξεων Παράµετροι Συχνότητα Λειτουργίας f Κέρδος Εκποµπής Ισχύς Εκποµπής Μέγιστο Κέρδος Λήψης στην Κατεύθυνση του Ορίζοντα Εύρος -10 db Απώλειες Τροφοδοσίας Ρυθµός Μετάδοσης εδοµένων Εύρος Ζώνης Μετάδοσης Τιµές 14,25 GHz 35 dbi 10 dbw 43 dbi 2,2 deg 3 db 34 Mbps 28 MHz 85

92 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Θερµικός Θόρυβος στο έκτη (Τ=1500Κ) -122,86 dbw Πίνακας 7.1 Στον Πίνακα 7.2 αναφέρονται οι παράµετροι που αφορούν τους κινητούς σταθµούς που είναι τοποθετηµένοι στα πλοία και επικοινωνούν µε το γεωστατικό δορυφόρο. Επίγειοι Κινητοί Σταθµοί Τοποθετηµένοι σε Πλοία Παράµετροι Συχνότητα Λειτουργίας f Ύψος της Κεραίας πάνω από τη Θάλασσα Γεωγραφικό Μήκος του ορυφόρου Μέγιστο Κέρδος Μέγιστη Ισχύς Εκποµπής στην Είσοδο της Κεραίας Ελάχιστη ιάµετρος της Κεραίας Μέγιστο Χρησιµοποιούµενο Εύρος Ζώνης Ρυθµός Μετάδοσης εδοµένων Πίνακας 7.2 Τιµές 14,25 GHz 40m 39deg 39 dbi 12 dbw 1,2 m 2,346 MHz 1,544 Mbps Τα στοιχεία αυτά χρησιµοποιούνται για τον υπολογισµό της παρεµβολής. 7.3 Σενάρια Προσοµοίωσης Σενάριο 1 (Sim1) Επίδραση της Ταχύτητας Το σενάριο αυτό περιλαµβάνει τρία αρχεία τα Sim1(3-2.57), Sim1(3-5.08) και Sim1( ). Το σενάριο αυτό έχει στόχο να µελετήσει την επίδραση της ταχύτητας των πλοίων, που φέρουν τους κινητούς σταθµούς στην παρεµβολή. Σε κάθε αρχείο έχουµε τρία πλοία που κινούνται µε την ίδια ταχύτητα. Η ταχύτητα είναι 5 Knots (=2,57 m/sec) στο αρχείο Sim1(3-2.57), 10 Knots (=5,08 m/sec) στο αρχείο Sim1(3-5.08) και 20 Knots (=10,28 m/sec) στο αρχείο Sim1( ). Σε αυτά τα τρία αρχεία έχουµε καθορίσει και τις διαδροµές των πλοίων, που διέρχονται µέσα από τις ζεύξεις, και είναι τα ίδια και για τις τρεις ταχύτητες. Στον Πίνακα 7.3 αναφέρουµε τις θέσεις, µε γεωγραφικά µήκη και πλάτη (latitude, longitude), όπου βρίσκονται οι επίγειοι σταθµοί των τεσσάρων µικροκυµατικών ζεύξεων FS1, FS2, FS3 και FS4. Στον ίδιο πίνακα αναφέρεται και το ύψος που έχει το συγκεκριµένο σηµείο που βρίσκεται ο σταθµός, καθώς και η οριζόντια απόσταση µεταξύ 86

93 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης ποµπού και δέκτη. Τέλος αναφέρεται και το ποσοστό του µονοπατιού της ζεύξης το οποίο βρίσκεται πάνω από θάλασσα. Όλα τα παραπάνω υπολογίστηκαν µε διαδικασίες που περιλαµβάνει το λογισµικό όπως έχουµε ήδη δει στην Ενότητα Οι θέσεις των σταθµών είναι και αυτές σταθερές και στα τρία αρχεία προσοµοίωσης του σεναρίου αυτού, ώστε τα αποτελέσµατα και οι τυχόν διαφοροποιήσεις να οφείλονται αποκλειστικά στην ταχύτητα. FS4 FS3 FS2 FS1 Ποµπός Απόσταση (km) έκτης Path Over Water (%) Σύρος Νάξος latitude (deg) 37,43 37,12 longitude (deg) 24, ,50 83 height (m) 271,1 725,4 Αµοργός Θήρα latitude (deg) 36,90 36,45 longitude (deg) 26, ,42 93 height (m) 777,5 286,4 Ιός Μήλος latitude (deg) 36,70 36,67 longitude (deg) 25, ,38 68 height (m) 680,2 635,6 ήλος Πάρος latitude (deg) 37,41 37,02 longitude (deg) 25, ,19 64 height (m) 127,9 683 Πίνακας 7.3 Όσον αφορά τα πλοία, τόσο η διαδροµή όσο και η ταχύτητά τους είναι συνάρτηση δυο παραµέτρων: της θέσης (latitude, longitude) και της χρονικής στιγµής που το πλοίο βρίσκεται σε κάθε µια από τις θέσεις αυτές. Στους πίνακες που ακολουθούν φαίνονται τα στοιχεία αυτά για κάθε ένα από τα τρία πλοία της προσοµοίωσης. Μάλιστα για λόγους ευκολίας έχουµε βάλει στον ίδιο πίνακα τους χρόνους σε sec που αναφέρονται και στις τρεις ταχύτητες δηλαδή στα τρία διαφορετικά αρχεία Sim1. Τα στοιχεία αυτά θα πρέπει να τα εισαγάγουµε στις φόρµες των µεταβλητών Variable που έχουµε ορίσει στην προηγούµενη ενότητα. 87

94 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης vessel1 Latitude Longitude 20 κόµβοι 10 κόµβοι 5 κόµβοι 36,9 25, ,77 25, ,63 25, ,47 25, ,29 25, ,27 25, ,33 25, Πίνακας 7.4 Vessel2 Latitude Longitude 20 κόµβοι 10 κόµβοι 5 κόµβοι 37,44 24, ,46 25, ,46 25, ,25 25, ,16 25, ,16 25, ,2 25, ,15 25, ,15 25, Πίνακας 7.5 Vessel3 Latitude Longitude 20 κόµβοι 10 κόµβοι 5 κόµβοι 37,39 25, ,23 25, ,12 25, ,79 25, ,745 25, ,745 25, ,68 24, ,68 24, Πίνακας 7.6 Εισάγοντας όλα τα στοιχεία που αναγράφονται στους Πίνακες στις κατάλληλες θέσεις στο Visualize δηµιουργούµε τα αρχεία Sim1. Κάθε ένα από τα αρχεία αυτά έχει τους σταθµούς στις θέσεις που εικονίζονται στο Σχήµα 7.1. Τα δροµολόγια των τριών πλοίων είναι επίσης χαραγµένα στο ίδιο σχήµα. 88

95 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Σύρος Vessel2 ήλος Μύκονος Vessel3 Σίφνος Πάρος Νάξος Αµοργός Μήλος Ίος Vessel1 Σαντορίνη Ανάφη Σχήµα Σενάριο 2 (Sim2) Επίδραση του Αριθµού των Πλοίων Το σενάριο αυτό είναι παρόµοιο µε το προηγούµενο µε τη διαφορά ότι αντί για τρία πλοία έχουµε έξι πλοία, που κινούνται ανάµεσα στα νησιά και παρεµβάλλουν στις ζεύξεις. Αποτελείται από τρία αρχεία τα Sim2(6-2.57), Sim2(6-5.08) και Sim2( ). Σκοπός µας είναι να συγκρίνουµε τα αποτελέσµατα αυτής της προσοµοίωσης µε εκείνα της Sim1 και να εξετάσουµε κατά πόσο η παρεµβολή στις ζεύξεις εξαρτάται από τον αριθµό των πλοίων. Μάλιστα για να µπορεί να γίνει µια τέτοια σύγκριση προσπαθούµε να διατηρήσουµε, όσο αυτό είναι δυνατόν, τα περισσότερα από τα στοιχεία των αρχείων Sim1 αναλλοίωτα. Για το λόγο αυτό οι επίγειοι σταθµοί των µικροκυµατικών ζεύξεων είναι στις ίδιες θέσεις µε αυτές που αναγράφονται στον Πίνακα 7.3. Επιπλέον τα τρία πλοία, Vessel1, Vessel2 και Vessel3 κινούνται στα ίδια δροµολόγια µε αυτά της προηγούµενης προσοµοίωσης. Εκείνο που διαφοροποιεί τα αρχεία Sim2 από τα Sim1 είναι η εισαγωγή των τριών νέων πλοίων, των Vessel4, Vessel5 και Vessel6. Τα δροµολόγια των πλοίων αυτών δίνονται µε τον ίδιο ακριβώς τρόπο που δόθηκαν στην Ενότητα και αναφέρονται στους πίνακες που ακολουθούν (Πίνακες ): Vessel4 Latitude Longitude 20 κόµβοι 10 κόµβοι 5 κόµβοι 36,9 25, ,77 25, ,63 25, ,47 25, Πίνακας

96 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Vessel5 Latitude Longitude 20 κόµβοι 10 κόµβοι 5 κόµβοι 37,39 25, ,16 25, ,16 25, ,36 25, ,4 24, ,15 25, Πίνακας 7.9 Latitude Longitude 20 κόµβοι 10 κόµβοι 5 κόµβοι 36,9 25, ,77 25, ,63 25, ,47 25, ,29 25, ,27 25, ,33 25, Πίνακας 7.10 Τα δροµολόγια φαίνονται στο Σχήµα 7.2 που ακολουθεί όπου παρατηρούµε ότι όλα είναι ανάλογα µε τη Sim1 µε την προσθήκη τριών πλοίων: Vessel6 Vessel 4 Σύρος ήλος Μύκονος Vessel 5 Vessel3 Vessel2 Σίφνος Πάρος Νάξος Αµοργός Μήλος Ίος Vessel 6 Vessel1 Σαντορίνη Ανάφη Σχήµα

97 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Σενάριο 3 (Sim3) Επίδραση της Απόστασης των Κεραιών από την Ακτή Το σενάριο αυτό περιλαµβάνει δυο αρχεία προσοµοίωσης τα Sim3(1km) και Sim3(20km). Σκοπός είναι να µελετήσουµε την εξάρτηση που έχει η παρεµβολή από τη θέση των σταθµών και από την απόσταση των σταθµών από τη θάλασσα. Στο πρώτο αρχείο έχουµε τοποθετήσει τους σταθµούς σε απόσταση ενός χιλιόµετρου από τη θάλασσα. Στο δεύτερο αρχείο η απόσταση από τη θάλασσα είναι 20 km, όπου αυτό ήταν δυνατό, δηλαδή υπήρχε σηµείο πάνω στο νησί ή κοντά στα 20 km και όσο το δυνατό πιο αποµακρυσµένο από τη θάλασσα. Οι ακριβείς θέσεις των σταθµών φαίνονται στους Πίνακες 7.11 και 7.12 αντίστοιχα. Τα πλοία που κινούνται ανάµεσα στις ζεύξεις είναι τα Vessel1, Vessel1 και Vessel3 και κινούνται µε ταχύτητα 10 Knots. FS4 FS3 FS2 FS1 Ποµπός Απόσταση (km) έκτης Path Over Water (%) Σύρος Νάξος latitude (deg) 37,403 37,112 longitude (deg) 24,953 50,3 25, height (m) 93,4 6,5 Αµοργός Θήρα latitude (deg) 36,771 36,446 longitude (deg) 25, , height (m) 431,6 29,9 Ιός Μήλος latitude (deg) 36,699 36,683 longitude (deg) 25, , height (m) 160,1 193 ήλος Πάρος latitude (deg) 37,375 36,683 longitude (deg) 25, , height (m) 28,7 193 Πίνακας 7.11 Ο παραπάνω πίνακας αναφέρεται στο αρχείο Sim3(1km). Πρέπει στο σηµείο αυτό να τονίσουµε ότι µεταβάλλοντας την απόσταση του σταθµού από τη θάλασσα µεταβάλλουµε ταυτόχρονα και το µήκος της ζεύξης. Μια άλλη λύση θα ήταν να διατηρήσουµε σταθερό το µήκος της ζεύξης και να µεταφέρουµε του σταθµούς σε άλλη τοποθεσία ώστε η νέα απόσταση τους από τη θάλασσα να είναι µεγαλύτερη. Η σκέψη όµως αυτή έχει το µειονέκτηµα ότι στην περίπτωση αυτή δε θα µπορούσαµε να εξετάσουµε την παρεµβολή από κάποιο πλοίο αφού αυτό θα περνούσε από τη ζεύξη µε διαφορετικό τρόπο και για διαφορετικό χρονικό διάστηµα. Για το λόγο αυτό επιλέξαµε την πρώτη λύση, δηλαδή απλά αποµακρύναµε τους σταθµούς από τη θάλασσα διατηρώντας και πάλι όσο το δυνατό περισσότερα στοιχεία του αρχείου Sim3(1km) 91

98 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης αναλλοίωτα στο αρχείο Sim3(20km). Οι νέες θέσεις των σταθµών φαίνονται στον Πίνακα FS1 FS2 FS3 Ποµπός Απόσταση (km) έκτης Path Over Water (%) Σύρος Νάξος latitude (deg) ,008 longitude (deg) 24, ,571 height (m) 24,1 49,7 Αµοργός Θήρα latitude (deg) 36,923 36,349 longitude (deg) 26, ,395 height (m) 82,9 175,1 Ιός Μήλος latitude (deg) 36,712 36,680 longitude (deg) 25, ,335 height (m) 7 155,9 ήλος Πάρος latitude (deg) 37,429 36,983 longitude (deg) 25, , height (m) 8 37,6 Πίνακας 7.12 Ο χάρτης στον οποίο φαίνονται και οι δυο προσοµοιώσεις είναι αυτός που ακολουθεί στο Σχήµα 7.3. FS

99 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Σύρος Vessel2 ήλος Μύκονος Vessel3 Σίφνος Πάρος Νάξος Αµοργός Μήλος Ίος Vessel1 Σαντορίνη Ανάφη Σχήµα 7.3 Στο προηγούµενο σχήµα, οι σταθµοί που είναι κοντύτερα στη θάλασσα (κόκκινοι σταθµοί), αποτελούν τους σταθµούς του πρώτου αρχείου ενώ οι υπόλοιποι (πράσινοι) αναφέρονται στο δεύτερο αρχείο Σενάριο 4 (Sim4) Επίδραση του Ύψους των Κεραιών Στο σενάριο αυτό θέλουµε να µελετήσουµε τη µεταβολή της παρεµβολής σε συνάρτηση µε το ύψος των κεραιών ποµπού και δέκτη. Για το λόγο αυτό κατασκευάζουµε τέσσερα αρχεία τα Sim4(100m), Sim4(1000m), Sim4(t100-r1000m) και Sim4(t1000-r100m) σε καθένα από τα οποία εισάγουµε διαφορετικά ύψη κεραιών. Μάλιστα στα δυο πρώτα αρχεία τα ύψη του ποµπού και του δέκτη είναι ίσα, στην πρώτη περίπτωση στα 100m και στη δεύτερη περίπτωση 1000m. Στα επόµενα δυο αρχεία, όπως φαίνεται και από το όνοµα, τα ύψη αυτά διαφοροποιούνται, δηλαδή για το ίδιο αρχείο ο σταθµός εκποµπής βρίσκεται σε διαφορετικό ύψος από το σταθµό λήψης. Στο αρχείο Sim4(t100-r1000m) ο ποµπός βρίσκεται στα 100 m και ο δέκτης στα 1000m ενώ το αντίστροφο συµβαίνει στο αρχείο Sim4(t1000-r100m). Όπως είδαµε στην Ενότητα για να καθορίσουµε τα συγκεκριµένα υψη θα επιλέξουµε στο φύλλο Dynamics το fix at, σε αντίθεση µε όλες τις προηγούµενες προσοµοιώσεις όπου είχαµε επιλέξει το from terrain data. Στη φόρµα που αντιστοιχεί στο fix at θα εισαγάγουµε το ύψος που θέλουµε κάθε φορά. Οι θέσεις των σταθµών είναι αυτές που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα : 93

100 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Sim4(100m) Sim4(1000m) Ποµπός Απόσταση (km) έκτης Path Over Water (%) Sim4(t100- r1000m) FS1 FS2 FS3 FS4 Sim4(t1000- r100m) Σύρος Νάξος latitude (deg) 37,43 37,12 longitude (deg) 24, , height (m) Αµοργός Θήρα latitude (deg) 36,90 36,45 longitude (deg) 26, , height (m) Μήλος latitude (deg) 36,70 36,67 longitude (deg) 25,34 24, height (m) ήλος Πάρος latitude (deg) 37,41 37,02 longitude (deg) 25,22 25, height (m) Πίνακας 7.13 Τα πλοία που κινούνται είναι και πάλι τα πλοία Vessel1, Vessel2 και Vessel3 στα δροµολόγια που περιγράφονται από τους Πίνακες 7.4 έως 7.6 µε ταχύτητα 10 Knots. Η προσοµοίωση είναι αυτή που φαίνεται στο Σχήµα 7.4 όπου εικονίζονται οι σταθµοί εκποµπής και λήψης και τα δροµολόγια των τριών πλοίων Σύρος Vessel2 ήλος Μύκονος Vessel3 Σίφνος Πάρος Νάξος Αµοργός Μήλος Ίος Vessel1 Σαντορίνη 94 Ανάφη

101 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Σχήµα Σενάριο 5 (Sim5) Επίδραση της Ταχύτητας µε Μεταβλητό ροµολόγιο Αυτό είναι το τελευταίο σενάριο που πραγµατοποιήσαµε στο λογισµικό Visualyse και περιλαµβάνει τρία αρχεία, τα Sim5(2-2.57), Sim5(2-5.08) και Sim5( ). Είναι παρόµοιο µε το αρχικό σενάριο (Σενάριο 1), όπου ελέγχαµε την επίδραση που έχει η ταχύτητα µε την οποία κινείται το πλοίο στην παρεµβολή που αυτό προκαλεί. Στο σενάριο όµως εκείνο τα δροµολόγια των πλοίων ήταν καθορισµένα και κάθε φορά η προσοµοίωση σταµατούσε όταν ολοκληρώνονταν όλα τα δροµολόγια. Αυτό σηµαίνει ότι η προσοµοίωση, όταν τα πλοία κινούνταν µε 5 Knots, κρατούσε ένα µεγαλύτερο χρονικό διάστηµα από εκείνη µε τις ταχύτητες 10 Knots. Αντιθέτως στο πέµπτο σενάριο ο χρόνος που διαρκεί η προσοµοίωση είναι καθορισµένος ανεξάρτητα από τις ταχύτητες των πλοίων. Συνεπώς ενώ στο αρχείο Sim5( ) τα πλοία ολοκληρώνουν τη διαδροµή µέσα στο χρόνο της προσοµοίωσης, στο αρχείο Sim5(2-5.08) διανύουν µέρος µόνο του δροµολογίου και στο Sim5(2-2.57) ένα ακόµη µικρότερο τµήµα. Οι επίγειοι σταθµοί εκποµπής και λήψης βρίσκονται στις θέσεις και τα ύψη που έχουν καθοριστεί από τον Πίνακα 7.3, όπου και πάλι το ύψος συµπληρώνεται αυτόµατα από το λογισµικό µε βάση τον υψοµετρικό χάρτη (from terrain data). Επίσης στα αρχεία αυτά υπάρχουν µόνο δυο πλοία που κινούνται ανάµεσα στις ζεύξεις τα Vessel7 και Vessel8. Οι διαδροµές των πλοίων αυτών φαίνονται στους πίνακες που ακολουθούν (Πίνακες 7.14 και 7.15). Μάλιστα επειδή η προσοµοίωση διαρκεί σε πραγµατικό χρόνο sec, δηλαδή λίγο παραπάνω από πεντέµισι ώρες, στις µικρότερες ταχύτητες δεν είναι συµπληρωµένοι οι χρόνοι που υπερβαίνουν κατά πολύ τη συγκεκριµένη τιµή. Vessel7 Vessel8 Latitude Longitude 20 κόµβοι 10 κόµβοι 5 κόµβοι 36,4 25, ,65 25, ,95 25, ,33 25, ,13 24, Πίνακας 7.14 Latitude Longitude 20 κόµβοι 10 κόµβοι 5 κόµβοι 37,39 25, ,05 24, ,54 25, ,52 25, ,83 26, Πίνακας

102 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης Η εικόνα της προσοµοίωσης πλοίων φαίνεται στο παρακάτω σχήµα (Σχήµα 7.5) Σύρος ήλος Μύκονος Vessel7 Σίφνος Πάρος Νάξος Αµοργός Μήλος Ίος Σαντορίνη Ανάφη Vessel8 Σχήµα 7.5 Παρατηρούµε, για παράδειγµα, ότι το Vessel7 κάνει µια διαδροµή, που έχει προσοµοιωθεί ως τεθλασµένη και αποτελείται από 4 τµήµατα. Με ταχύτητα 20 Knots το πλοίο θα ολοκληρώσει και τα τέσσερα τµήµατα. Με ταχύτητα 10 Knots θα διανύσει τα δυο πρώτα τµήµατα και ένα µέρος από τρίτο, θα κάνει δηλαδή µικρότερη διαδροµή. 7.4 Επίλογος Τα παραπάνω σενάρια έγιναν µε σκοπό να µελετήσουµε τους παράγοντες που επηρεάζουν την παρεµβολή που υφίσταται µια µικροκυµατική ζεύξη από ένα διερχόµενο πλοίο που έχει εγκατεστηµένο κινητό σταθµό και επικοινωνεί µε δορυφόρο. Μερικοί από τους παράγοντες που επηρεάζουν την παρεµβολή έχουν ήδη αναφερθεί στην Παράγραφο 5.5 της πέµπτης ενότητας. Οι παράγοντες που αναφέρθηκαν εκεί, όπως η διάµετρος της κεραίας, η ισχύς εκποµπής, η συχνότητα λειτουργίας του συστήµατος προέκυψαν από τη θεωρητική µελέτη του προβλήµατος. Τα συστήµατα ωστόσο που είναι σε λειτουργία στις µέρες µας έχουν κάποια από τα παραπάνω στοιχεία καθορισµένα και τυποποιηµένα όπως είδαµε και στην αρχή της ενότητας αυτής. Στόχος των σεναρίων που δηµιουργήσαµε ήταν να εξετάσουµε κάποιους 96

103 Ενότητα 7 Αναλυτική Περιγραφή των Σεναρίων της Προσοµοίωσης παράγοντες οι οποίοι είναι εύκολο να µεταβληθούν. Για το λόγο αυτό µελετήσαµε τις ταχύτητες των πλοίων, τον αριθµό των πλοίων και το ύψος των κεραιών. Η µεταβολή των παραµέτρων αυτών είναι εύκολη και προσιτή, συνεπώς τα συµπεράσµατα που θα προκύψουν από την εκτέλεση των προσοµοιώσεων αυτών θα είναι εύκολα εφαρµόσιµα. 97

104 Ενότητα 8 Εκτέλεση της Προσοµοίωσης, Συλλογή και Σχολιασµός των Αποτελεσµάτων

105 Ενότητα 8 Εκτέλεση της Προσοµοίωσης, Συλλογή και Σχολιασµός των Αποτελεσµάτων 8.1 Εισαγωγή Στην ενότητα αυτή θα προχωρήσουµε στην εκτέλεση των προσοµοιώσεων που έχουµε δηµιουργήσει. Κατά την εκτέλεση αυτή το λογισµικό Visualyse συλλέγει κάποια στατιστικά στοιχεία των σηµάτων, τα οποία µπορούµε να µελετήσουµε µετά το τέλος της προσοµοίωσης. Μερικά από τα στοιχεία αυτά, που δίνονται µε τη µορφή αριθµητικών τιµών είναι η µέση τιµή του σήµατος, η χειρότερη τιµή του σήµατος, το κατά πόσο το σήµα πέφτει κάτω από ένα καθορισµένο ανεκτό κατώφλι. Εκτός όµως από τις αριθµητικές τιµές το Visualyse µάς δίνει τη δυνατότητα να παραστήσουµε γραφικά κάποια από τα µεγέθη αυτά. Αρχικά θα συλλέξουµε όλα τα στοιχεία από τα αρχεία κάθε προσοµοίωσης και στη συνέχεια µε βάση τα στοιχεία αυτά θα εξαγάγουµε κάποια συµπεράσµατα. Τα συµπεράσµατα αυτά είναι γενικά, εφόσον στα αρχεία των προσοµοιώσεων δε µελετάµε την παρεµβολή σε µια µόνο µικροκυµατική ζεύξη αλλά σε τέσσερις. 8.2 Κριτήρια Μέγιστης Επιτρεπόµενης Παρεµβολής (Short Term Criteria Long Term Criteria) Οι επίγειοι σταθµοί που είναι µέσα στη ζεύξη σε απόσταση τέτοια που δε επιτρέπει να αγνοηθούν πρέπει να τεθούν υπό µελέτη. Για κάθε επίγειο σταθµό είναι αναγκαίο να συγκρίνουµε τις υπάρχουσες απώλειες διάδοσης στο µονοπάτι της ζεύξης, µε το ελάχιστο επιτρεπόµενο όριο των απωλειών. Η σύγκριση αυτή θα γίνει για δυο ποσοστά του χρόνου. Το ένα ποσοστό είναι ίσο µε το 20% του χρόνου ( p 1) και το άλλο είναι το <1% ( p 2 ). Το πρώτο αναφέρεται ως long term criteria και το δεύτερο ως short term criteria. Η παρεµβολή στην περίπτωση αυτή θεωρείται αµελητέα, όταν η υπάρχουσα απώλεια διάδοσης κατά µήκος της ζεύξης, υπερβαίνει την ελάχιστη επιτρεπόµενη απώλεια µετάδοσης και για τα δυο αυτά ποσοστά του χρόνου. Πιο απλά όταν ικανοποιούνται τόσο το Long όσο και το Short term criteria Long Term Criteria Το κριτήριο αυτό µάς δίνει µια σχέση υπολογισµού µιας στάθµης ισχύος Pr ανεπιθύµητου σήµατος (παρεµβολής) που προέρχεται από οποιαδήποτε από n πήγες 99

106 Ενότητα 8 Εκτέλεση της Προσοµοίωσης, Συλλογή και Σχολιασµός των Αποτελεσµάτων παρεµβολής. Η στάθµη αυτή δεν πρέπει να ξεπεραστεί για χρονικό διάστηµα µεγαλύτερο από το ποσοστό p 1 του χρόνου. Το ποσοστό αυτό στην περίπτωση µας είναι 20%. Το ποσοστό αυτό έχει επιλέγει ώστε να ανταποκρίνεται σε κανονικές συνθήκες (κοντά στη µέση τιµή), κατά τις οποίες οι παρεµβολές από όλες τις πήγες παρεµβολής εµφανίζονται ταυτόχρονα και επιβαρύνουν την επιθυµητή ζεύξη. Στην περίπτωση λοιπόν αυτή η στάθµη της ισχύος δίνεται από τη σχέση (8.1): ( B) + J W Pr( 20%) = 10log kt r (8.1) όπου : 23 k : η σταθερά του Boltzman και έχει τιµή J / K T r : η θερµοκρασία θορύβου του συστήµατος λήψης και έχει τιµή (για την συγκεκριµένη εφαρµογή) 1500 ο Κ B : το χρησιµοποιούµενο εύρος ζώνης που αναφέρεται στο επιθυµητό σήµα που υφίσταται την παρεµβολή και έχει τιµή (για την συγκεκριµένη εφαρµογή) Hz J : παράγοντας που καθορίζει την ισχύ ανάλογα µε τον αριθµό των πηγών παρεµβολής. Ο παράγοντας αυτός δίνεται από τη σχέση (8.2): J ( ) = 10 10log (8.2) n i Η µεταβλητή αυτή δίνει τιµή σε db και n i είναι ο αριθµός των πηγών παρεµβολής. W : παράγοντας που σχετίζεται µε το θερµικό θόρυβο και αναφέρεται σε παρεµβολές που εκπέµπονται µέσα στο φάσµα ενδιαφέροντος. Ο παράγοντας αυτός είναι θετικός στην περίπτωση που ο θόρυβος της παρεµβολής θα προκαλούσε µεγαλύτερη υποβάθµιση απ ότι ο θερµικός θόρυβος. Στην εφαρµογή που εξετάζουµε ο παράγοντας W είναι 0 db. Με βάση τις παραπάνω τιµές των µεταβλητών που υπεισέρχονται στις σχέσεις (8.1) και (8.2) µπορούµε να υπολογίσουµε την τιµή που θα θέσουµε ως Long Term Criteria. Μάλιστα επειδή η τιµή αυτή εξαρτάται από τον αριθµό των πλοίων n i, ο οποίος µεταβάλλεται ανάλογα µε τα σενάρια θα υπολογίσουµε την τιµή του κριτηρίου αυτού τρεις φορές: για 3 πλοία (σενάρια 1 και 3), για 6 πλοία (σενάριο 2) και για 2 πλοία (σενάριο 4). Οι τιµές αυτές φαίνονται στον πίνακα που ακολουθεί (Πίνακας 8.1): 100

107 Ενότητα 8 Εκτέλεση της Προσοµοίωσης, Συλλογή και Σχολιασµός των Αποτελεσµάτων n i =2 Long Term Criteria (dbw) n i =3 n i =6 Τιµή -122,36-137,14-140,15 Σενάριο 1 Σενάριο 2 Σενάριο 3 Σενάριο 4 Σενάριο 5 Πίνακας Short Term Criteria Το κριτήριο αυτό διαφέρει από το προηγούµενο ως προς το ποσοστό του χρόνου στον οποίο αναφέρεται, ο οποίος είναι µικρότερος και µάλιστα έχει τιµή <1% του συνολικού χρόνου που διαρκεί η µελέτη του συστήµατος. Το ποσοστό αυτό έχει επιλέγει έτσι ώστε να ανταποκρίνεται σε κάπως υπερτιµηµένες συνθήκες παρεµβολής. Επίσης στην περίπτωση αυτή οι πήγες παρεµβολής θεωρείται ότι δεν εµφανίζονται ταυτόχρονα. Η τιµή της στάθµης ισχύος για το Short Term Criteria δίνεται από τη σχέση (8.3) I 10 N Pr r L στην παραπάνω σχέση τα µεγέθη που δεν έχουν αναφερθεί είναι τα: ( < ) = ( kt B) + 1% 10log 10log N W (8.3) I : ο λόγος της παρεµβολής προς το θερµικό θόρυβο. Η τιµή του παράγοντα αυτού, N για την περίπτωση που εξετάζουµε, είναι 19 db. N L : η συνεισφορά του θορύβου που υπάρχει στη ζεύξη. Η τιµή του παράγοντα αυτού για την περίπτωση που εξετάζουµε είναι 0 db. Με βάση τις παραπάνω τιµές υπολογίζουµε ότι το Short Term Criteria είναι για όλα τα σενάρια -103,42 dbw. 101

108 Ενότητα 8 Εκτέλεση της Προσοµοίωσης, Συλλογή και Σχολιασµός των Αποτελεσµάτων Εισαγωγή των Κριτηρίων στο Visualyse Εδώ θα αναφέρουµε τον τρόπο µε τον οποίο µπορούµε να εισαγάγουµε τα κριτήρια αυτά στο λογισµικό. Από το menu Edit/Links επιλέγουµε διαδοχικά κάθε µια από τις µικροκυµατικες ζεύξεις FS1, FS2, FS3 και FS4. Στο παράθυρο που εµφανίζεται επιλέγουµε το φύλλο Criteria που εικονίζεται στο παρακάτω σχήµα (Σχήµα 8.1): Σχήµα 8.1 Στην περιοχή Statistics Criteria εισάγουµε κάθε φορά την τιµή της στάθµης ισχύος που θέλουµε, ανάλογα µε το κριτήριο που εφαρµόζουµε και την τιµή που αυτό έχει στο συγκεκριµένο σενάριο. Επιπλέον πολύ σηµαντικό είναι να επιλέξουµε το use bins ώστε το λογισµικό να κάνει τους απαραίτητους υπολογισµούς που θα σχολιάσουµε στη συνέχεια. 8.3 Συλλογή των Αποτελεσµάτων στο Visualyse Στην παράγραφο αυτή θα αναφέρουµε εν συντοµία τον τρόπο µε τον οποίο βλέπουµε τα στατιστικά αποτελέσµατα στο Visualyse. Από το menu Analysis επιλέγουµε το εικονίδιο link status. Τότε ανοίγει ένα παράθυρο στο οποίο αναφέρονται όλες οι ζεύξεις που 102

109 Ενότητα 8 Εκτέλεση της Προσοµοίωσης, Συλλογή και Σχολιασµός των Αποτελεσµάτων έχουµε δηµιουργήσει στο συγκεκριµένο αρχείο. Επιλέγουµε τη ζεύξη την οποία θέλουµε να µελετήσουµε και πατάµε το εικονίδιο View status. Στη συνέχεια εµφανίζεται ένα νέο παράθυρο που περιέχει τις ζητούµενες πληροφορίες. Το φύλλο µε το οποίο θα ασχοληθούµε κατά κύριο λόγο είναι αυτό που εικονίζεται στο Σχήµα 8.2: Σχήµα 8.2 Στην περιοχή Statistics on value when valid βλέπουµε τη µέση τιµή της παρεµβολής και τη χειρότερη (µέγιστη) τιµή της. Από την περιοχή Statistics on events βλέπουµε το ποσοστό του χρόνου κατά το οποίο το εκάστοτε κριτήριο δεν ικανοποιείται. 8.4 Σενάριο 1 Αποτελέσµατα και Σχολιασµός Στο πρώτο σενάριο είχαµε τέσσερις µικροκυµατικές ζεύξεις και τρία πλοία, των οποίων τα δροµολόγια διέρχονταν για κάποιο χρονικό διάστηµα µέσα από αυτές. Στον πίνακα που ακολουθεί (Πίνακας 8.2) παρατηρούµε τα αποτελέσµατα που συγκεντρώθηκαν από το λογισµικό κατά τη διάρκεια της προσοµοίωσης. Σε αυτόν τον πίνακα αναγράφεται η µέση τιµή του σήµατος της παρεµβολής και η χειρότερη τιµή του σε dbw. Μάλιστα επειδή στα παραδείγµατα των προσοµοιώσεων οι πήγες της παρεµβολής είναι περισσότερες από µία, τα µεγέθη αυτά αναφέρονται στο σύνολο των παρεµβολών. 103