ΣΜΖΜΑ ΖΛΔΚΣΡΟΛΟΓΧΝ ΜΖΥΑΝΗΚΧΝ ΚΑΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΤΠΟΛΟΓΗΣΧΝ. ΣΟΜΔΑ ΣΖΛΔΠΗΚΟΗΝΧΝΗΧΝ ΚΑΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΛΖΡΟΦΟΡΗΑ Δξγαζηήξην Αζύξκαηεο Σειεπηθνηλσλίαο

Transcript

1 ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΠΑΣΡΧΝ ΣΜΖΜΑ ΖΛΔΚΣΡΟΛΟΓΧΝ ΜΖΥΑΝΗΚΧΝ ΚΑΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΤΠΟΛΟΓΗΣΧΝ. ΣΟΜΔΑ ΣΖΛΔΠΗΚΟΗΝΧΝΗΧΝ ΚΑΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΛΖΡΟΦΟΡΗΑ Δξγαζηήξην Αζύξκαηεο Σειεπηθνηλσλίαο Γηπισκαηηθή Δξγαζία ηνπ θνηηεηή ηνπ ηκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ηεο Πνιπηερληθήο ρνιήο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξψλ Αλαζηάζηνπ Εσρηνχ Αξηζκφο Μεηξψνπ : 5022 Θέκα: Σερληθέο ιήςεο δνξπθνξηθψλ ζπζηεκάησλ θηλεηήο ηειεθσλίαο Δπηβιέπσλ: ηαχξνο Κσηζφπνπινο, Καζεγεηήο Αξηζκφο Γηπισκαηηθήο Δξγαζίαο: Πάηξα, 2011

2

3 ΠΗΣΟΠΟΗΖΖ Πηζηνπνηείηαη όηη ε δηπισκαηηθή εξγαζία κε ζέκα: Σερληθέο ιήςεο δνξπθνξηθψλ ζπζηεκάησλ θηλεηήο ηειεθσλίαο ηνπ θνηηεηή ηνπ ηκήκαηνο Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ Αλαζηάζηνπ Εσρηνχ Αξηζκφο Μεηξψνπ : 5022 Παξνπζηάζηεθε δεκφζηα θαη εμεηάζηεθε ζην Σκήκα Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Σερλνινγίαο Τπνινγηζηψλ ζηηο /.../. Ο Δπηβιέπσλ Ο Γηεπζπληήο ηνπ Σνκέα ηαχξνο Κσηζφπνπινο Καζεγεηήο Νηθφιανο Φαθσηάθεο Καζεγεηήο

4

5 Αξηζκόο Γηπισκαηηθήο Δξγαζίαο: Θέκα: Σερληθέο ιήςεο δνξπθνξηθψλ ζπζηεκάησλ θηλεηήο ηειεθσλίαο Φνηηεηήο: Αλαζηάζηνο Εσρηφο Δπηβιέπσλ: ηαχξνο Κσηζφπνπινο, Καζεγεηήο

6

7 Πεξίιεςε Σα ζπζηήκαηα θηλεηήο ηειεθσλίαο απαηηνχλ νη θηλεηέο ζπζθεπέο λα βξίζθνληαη ζηελ πεξηνρή θάιπςεο ελφο ζηαζκνχ βάζεο γηα λα κπνξεί λα δηεμαρζεί επηθνηλσλία. Ση ζπκβαίλεη φκσο φηαλ έλα θηλεηφ ηεξκαηηθφ βξεζεί ζε πεξηνρή πνπ δελ θαιχπηεηαη απφ ζηαζκφ βάζεο; Απηφ κπνξεί λα ζπκβεί είηε ζε πεξίπησζε πνπ ε πεξηνρή είλαη απνκνλσκέλε ψζηε λα κε έρεη θαηαζηεί ζπκθέξνλ λα αλαπηπρζεί ππνδνκή θηλεηήο επηθνηλσλίαο, είηε αλ βξίζθεηαη ζηελ επηθξάηεηα ππναλάπηπθηεο ρψξαο φπνπ νη ππνδνκέο είλαη απαξραησκέλεο ή αλχπαξθηεο, είηε νη ππνδνκέο ηεο πεξηνρήο έρνπλ θαηαζηξαθεί ή θαηαζηεί πξαθηηθά κε ιεηηνπξγηθέο ιφγσ απξφζκελσλ ζπκβάλησλ (πφιεκνη, ζεηζκνί, παιίξξνηεο, θιπ). Σα θηλεηά ζπζηήκαηα δνξπθνξηθψλ επηθνηλσληψλ αλαπηχρζεθαλ αθξηβψο γηα λα παξέρνπλ αμηφπηζηεο ππεξεζίεο επηθνηλσληψλ «παληνχ θαη πάληνηε». Δηδηθά, ηελ δεθαεηία 1990 πνπ άξρηζε ε επξεία ρξήζε θηλεηψλ επηθνηλσληψλ, αληηκεησπίζηεθε ην αξρηθά ην πξφβιεκα πεξηνξηζκέλεο θάιπςεο ιφγσ κε επαξθνχο επίγεηαο ππνδνκήο. Ζ ηδέα ήηαλ λα εμππεξεηνχληαη νη ζπλδξνκεηέο απφ δνξπθφξνπο αληί ζηαζκψλ βάζεο, νη νπνίνη ζα παξείραλ παγθφζκηα θάιπςε θαη ζα παξέκεηλαλ αλεπεξέαζηνη απφ ηηο εμειίμεηο ζηελ Γε. πλεπψο, δελ ζα απαηηνχληαλ πξφζζεηεο ππνδνκέο γηα θάιπςε πεξηνρψλ αιιά νη αξρηθνί αζηεξηζκνί δνξπθφξσλ λα παξείραλ αδηάθνπε θάιπςε. Χζηφζν ιφγσ ηεο πςειήο ρξέσζεο δνξπθνξηθήο επηθνηλσλίαο, ηεο αδπλακίαο παξνρήο εμαξρήο ησλ δηαθεκηδφκελσλ ππεξεζηψλ θαη ηνπ αληαγσληζκνχ απφ ηα επίγεηα ζπζηήκαηα θηλεηήο ηειεθσλίαο, θάπνηα απφ ηα δνξπθνξηθά θηλεηά ζπζηήκαηα (Iridium, Globalstar) νδεγήζεθαλ ζε ρξεσθνπία ζηηο αξρέο ηεο δεθαεηίαο Σα ζπζηήκαηα απηά εμαγνξάζηεθαλ θαη αλαζπζηάζεθαλ, θαη εμππεξεηνχλ εθαηνληάδεο ρηιηάδσλ ζπλδξνκεηψλ, ελψ εηνηκάδνληαη γηα ηελ εθηφμεπζε λέαο γελεάο δνξπθφξσλ. Ζ παξνχζα δηπισκαηηθή εξγαζία πξαγκαηεχεηαη ηηο ηερληθέο δηαθνξηθήο ιήςεο ζηα ζπζηήκαηα θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ επηθνηλσληψλ θαη γίλεηαη πξνζνκνίσζε ηεο δηαθνξηθήο ιήςεο ζήκαηνο δνξπθφξνπ απφ πιεπξάο ρξήζηε. Γηα λα θαηαζηνχλ φκσο ζαθέζηεξεο ζηνλ ρξήζηε νη ηερληθέο απηέο, πξνεγείηαη επηζθφπεζε ησλ αξρψλ επηθνηλσλίαο θαη ηεο αξρηηεθηνληθήο ησλ ζπζηεκάησλ απηψλ, ελψ κειεηψληαη θαη ηερληθέο επεμεξγαζίαο πνπ εθαξκφδνληαη ζην θηλεηφ δνξπθνξηθφ ζήκα. πγθεθξηκέλα, ζην Κεθάιαην 1, αλαθέξνληαη νη αξρέο θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ επηθνηλσληψλ, δειαδή ε ζπρλφηεηεο επηθνηλσλίαο, νη ηξνρηέο ησλ δνξπθφξσλ, ηα θαηλφκελα δηάδνζεο ζην αζχξκαην δνξπθνξηθφ κνλνπάηη, ε θάιπςε ησλ δνξπθφξσλ θηλεηψλ επηθνηλσληψλ, νη δνξπθνξηθέο δεχμεηο θαη νη ηερληθέο κεηαπνκπήο ηνπ θηλεηνχ ζήκαηνο. ην Κεθάιαην 2, αλαιχεηαη ε αξρηηεθηνληθή ησλ δνξπθνξηθψλ ζπζηεκάησλ θηλεηψλ επηθνηλσληψλ, δειαδή φιεο νη ζπληζηψζεο δηαζηήκαηνο θαη εδάθνπο απφ ηηο νπνίεο απαξηίδεηαη έλα δνξπθνξηθφ ζχζηεκα πνπ επηηειεί ππεξεζίεο θηλεηψλ επηθνηλσληψλ. Έκθαζε δίλεηαη ζηα ππνζπζηήκαηα ηνπ ηειεπηθνηλσληαθνχ δνξπθφξνπ πνπ απνηειεί ηελ θεληξηθή ζπληζηψζα θάζε δνξπθνξηθνχ ζπζηήκαηνο. Γίλεηαη αλαθνξά θαη ζηελ επίγεηα ππνδνκή πνπ παξέρεη ππνζηήξημε ζηνπο δνξπθφξνπο θαη δηαζχλδεζε κε ηα άιια δίθηπα επηθνηλσληψλ. Αθνινπζεί πεξηγξαθή ηεο αξρηηεθηνληθήο ησλ δχν πην δεκνθηιψλ δνξπθνξηθψλ ζπζηεκάησλ ππεξεζηψλ θηλεηψλ επηθνηλσληψλ, Iridium θαη Globalstar. Πιένλ φια ηα ζήκαηα θηλεηψλ επηθνηλσληψλ είλαη ςεθηαθά, θαζφηη ε ςεθηαθή ηερλνινγία πξνζθέξεη πνιιά πιενλεθηήκαηα έλαληη ηεο αλαινγηθήο. ην Κεθάιαην 3,

8 αλαιχνληαη νη ςεθηαθέο ηερληθέο πνπ εθαξκφδνληαη ζην δνξπθνξηθφ ζήκα θηλεηψλ επηθνηλσληψλ αθνινπζψληαο φια ηα ζηάδηα απφ ηελ ςεθηνπνίεζε ηνπ αλαινγηθνχ ζήκαηνο πνπ παξάγεηαη απφ ηνλ νκηιεηή, ηηο δηάθνξεο κνξθέο θσδηθνπνίεζεο, πνιππιεμίαο, δηακφξθσζεο θαη ηέινο, πνιιαπιήο πξφζβαζεο ζηνλ δνξπθνξηθφ αλακεηαδφηε. Σν Κεθάιαην 4 κπαίλεη ζηελ θαξδηά ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο, δειαδή ηηο ηερληθέο δηαθνξηζκνχ. Αλαθέξνληαη γεληθά νη ηερληθέο δηαθνξηζκνχ πνκπνχ θαη δέθηε, θαη ν δέθηεο RAKE γηα δηαθνξηθή ιήςε θηλεηνχ ηειεθψλνπ. Δπηπιένλ αλαιχνληαη νη δηαδηθαζίεο δηαθνξηζκνχ πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζε φιν ην εχξνο ελφο δνξπθνξηθνχ ζπζηήκαηνο θαηά ηελ δηεμαγσγή θιήζεο, πνπ εκπιέθνπλ δχν ή πεξηζζφηεξεο πχιεο θαη δχν ή πεξηζζφηεξνπο δνξπθφξνπο. Σέινο, ζην Κεθάιαην 5, γίλεηαη πξνζνκνίσζε ηεο δηαθνξηθήο ιήςεο ηειεθσληθνχ ζήκαηνο CDMA πνπ εθπέκπεηαη απφ πνιιαπινχο δνξπθφξνπο πνπ βξίζθνληαη εληφο ηνπ νπηηθνχ πεδίνπ ελφο δνξπθνξηθνχ ηειεθψλνπ. Σα ζήκαηα ησλ δνξπθφξσλ ιακβάλνληαη απφ ηνλ δέθηε RAKE ηνπ ηειεθψλνπ θαη ζπλδπάδνληαη ζε έλα ζπλεθηηθφ ζήκα κε θάπνηα ηερληθή ζπλδπαζκνχ. Βάζεη ησλ απνηειεζκάησλ ησλ πξνζνκνηψζεσλ ζα αμηνινγεζεί ε πνηφηεηα ηνπ ιακβαλφκελνπ ζήκαηνο γηα θάζε πξφζζεην δνξπθφξν θαη γηα θάζε ηερληθή ζπλδπαζκνχ δηαθνξηζκνχ.

9 Abstract The mobile satellite systems were developed with the ambitious goal to provide reliable service anywhere, anytime. Whereas the cellular mobile systems depend on ground infrastructure in order to be operational, the mobile satellite systems indeed can still work even where ground infrastructure is inadequate or destroyed by unexpected events such as earthquakes, tides or wars. The concept of mobile satellite systems is that mobile satellite phones communicate directly with a fleet of dozens of satellites just like cell phones communicate with base stations. In such a way, communication can be delivered uninterrupted by events on Earth, as well as the need for additional ground infrastructure can be bypassed. However, due to high satellite service charges, inability to provide the advertised services and high competition from terrestrial cellular systems some of mobile satellite systems (Iridium, Globalstar) fell into bankruptcy in early 2000s. These systems were taken over and reestablished and are currently serving hundreds of thousands customers, while been prepared to launch a new generation of satellites. The purpose of the present diploma thesis is to study the reception techniques in the mobile satellite systems. Eventually, the diversity reception is simulated for the case of a satellite phone receiving signal from four LEO satellites, inspired by the Globalstar system. In order that the function of a MSS can be understood, before the presentation of the simulation, the principles of mobile satellite communications are presented, following the architecture of an MSS and the digital signal techniques that are utilized in mobile satellite communications. Specifically, in Chapter 1 the principles of mobile satellite communications are reviewed. We start with the types of mobile satellite services and frequency allocation. Then the communications satellites orbits are mentioned with emphasis to the advantages and disadvantages of each orbit that determines its utilization in satellite communications. We proceed with the mobile satellite links, the coverage of a LEO satellite and the handover techniques that are necessary in order to guarantee uninterrupted connection and seamless switching during a call. In Chapter 2, the architecture of a mobile satellite system is analyzed, i.e. the components of which a mobile satellite system is comprised. At first, we will take an insight in the structure and the various systems of a communications satellite. In addition, we will see the structure of the ground segment that supports the satellites and the user segment. Additionally the Iridium and Globalstar are presented that follow totally opposite philosophies in all implementation and function aspects. Digital technology has managed to prevail over its analog counterpart in most satellite communications thanks to its inherent advantages. The most common digital signal techniques will be reviewed in Chapter 3 concerning the MSS. Specifically, source coding, channel coding, line coding, modulation, multiplexing, multiple access, pulse shaping, and equalization techniques are taken into account since all these techniques are implemented in almost every wireless digital communication, rendering the digital signal resistant to wireless channel impairments as well as bandwidth effective. In Chapter 4, diversity analysis takes place. Diversity is a technique whereby multiple replicas of a signal are sent over a wireless channel so as to mitigate fading. We will see the various diversity techniques along with the diversity combining techniques which are used to finally combine the received signals into a single coherent signal. Furthermore, a reader will learn about some diversity techniques used

10 in mobile satellite systems involving multiple satellites and gateways during call establishment and routing. Finally, the knowledge acquired from the previous chapters will help understand the process of diversity reception in the case of a satellite phone. In Chapter 5, the signal reception by a satellite phone from four LEO satellites is simulated by use of the Matlab programming tool. Every satellite is presumed to transmit a replica of the same signal based on the CDMA spread spectrum technique whereas the signals arrive at the phone following different paths (path diversity). Hence the received signal is comprised of four multipath components arriving at the receiver at different times. The satellite phone includes a RAKE receiver which is composed of four fingers or braches each synchronized to a multipath component. The RAKE receiver combines the multipath components using each of the SC, EGC and MRC techniques. Conclusively, the signal-to-noise ratio (SNR) and energy per bit to noise power spectral density ratio (E b /N 0 ) are measured as a function of the number of RAKE receiver fingers and the combining technique. The simulation results will denote the importance of diversity in the quality of the received signal in a multipath environment as well as the efficiency of each of the combining techniques.

11 ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ 1 Αξρέο θηλεηώλ δνξπθνξηθώλ επηθνηλσληώλ Δηζαγσγή Δίδε θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ ππεξεζηψλ Σξνρηέο δνξπθφξσλ Υακειή ηξνρηά Γεο (Low Earth Orbit, LEO) Μεζαία ηξνρηά Γεο (Medium Earth Orbit, MEO) Γεσζηαηηθή ηξνρηά Γεο (Geostationary Earth Orbit, GEO) Άθξσο ειιεηπηηθή ηξνρηά (Highly Elliptic Orbit, HEO) Δπηινγή ηξνρηάο Φαηλφκελα δηάδνζεο Απψιεηα ειεχζεξνπ ρψξνπ Αηκνζθαηξηθή απνξξφθεζε Ηνλνζθαηξηθέο επηδξάζεηο Δμαζζέλεζε απφ πδξνκεηέσξα Πνιπφδεπζε Μεηαηφπηζε Doppler πρλφηεηεο MSS Κηλεηέο δνξπθνξηθέο δεχμεηο Κάιπςε απφ κε γεσζηαηηθφ δνξπθφξν Μεηαπνκπή πκπεξάζκαηα Αξρηηεθηνληθή ησλ δνξπθνξηθώλ ζπζηεκάησλ θηλεηήο ηειεθσλίαο Δηζαγσγή Σειεπηθνηλσληαθφο δνξπθφξνο Καηαζθεπαζηηθή ζρεδίαζε χζηεκα ζεξκηθνχ ειέγρνπ χζηεκα ειέγρνπ πξνζαλαηνιηζκνχ θαη ηξνρηάο χζηεκα ηζρχνο Σειεκεηξία, ηρλειάηεζε θαη έιεγρνο Αλακεηαδφηεο Κεξαίεο Αζηεξηζκνί δνξπθφξσλ Δπίγεηα ππνδνκή ηαζκνί εδάθνπο Κέληξν ειέγρνπ δηθηχνπ Κέληξν ειέγρνπ δνξπθφξσλ Σκήκα ρξήζηε Λεηηνπξγηθά δνξπθνξηθά ζπζηήκαηα LEO MSS Iridium Globalstar... 33

12 2.6 πκπεξάζκαηα Φεθηαθέο ηερληθέο δνξπθνξηθνύ ζήκαηνο Δηζαγσγή Κσδηθνπνίεζε ειέγρνπ ζθαικάησλ Γξακκηθνί θψδηθεο ζπζηάδαο Κπθιηθνί θψδηθεο πλειηθηηθνί θψδηθεο Γηεκπινθή Αιπζηδσηνί θψδηθεο Κψδηθεο turbo Απνθσδηθνπνίεζε απζηεξήο απφθαζεο θαη ραιαξήο απφθαζεο Γηακφξθσζε Φεθηαθά ζήκαηα δψλεο βάζεο QPSK Παξαιιαγέο ηεο QPSK Πνιππιεμία Πνιιαπιή πξφζβαζε FDMA TDMA MF-TDMA CDMA Κσδηθνπνίεζε θαη ζπκπίεζε νκηιίαο ρεκαηηζκφο παικψλ Ηζνζηάζκηζε πκπεξάζκαηα Αλάιπζε δηαθνξηζκνύ Δηζαγσγή Σερληθέο δηαθνξηζκνχ Γηαθνξηζκφο ρψξνπ Γηαθνξηζκφο πφισζεο Γηαθνξηζκφο γσλίαο Γηαθνξηζκφο ζπρλφηεηαο Γηαθνξηζκφο ρξφλνπ Γηαθνξηζκφο δέθηε Μνληέιν ζπζηήκαηνο πλδπαζκφο επηινγήο πλδπαζκφο θαησθιίνπ πλδπαζκφο κεγίζηνπ ιφγνπ πλδπαζκφο ίζσλ θεξδψλ Γέθηεο RAKE Γηαθνξηζκφο πνκπνχ Γνξπθνξηθφο δηαθνξηζκφο... 74

13 4.5.1 Γεληθά ρήκα δνξπθνξηθνχ δηαθνξηζκνχ Γηαθνξηζκφο πχιεο/δνξπθφξνπ Γηαζχδεπμε ππιψλ Δπηινγή δνξπθφξνπ πκπεξάζκαηα Πξνζνκνίσζε δηαθνξηθήο ιήςεο δνξπθνξηθνύ ηειεθώλνπ Δηζαγσγή ρήκα πξνζνκνίσζεο CDMA IS Πνκπφο Γίαπινο Γέθηεο Γηεμαγσγή πξνζνκνηψζεσλ Μεηαβνιή BER πξνο ηζρχ ζνξχβνπ Μεηαβνιή E s /N πγθξίζεηο απνηειεζκάησλ πκπεξάζκαηα Γεληθά ζπκπεξάζκαηα ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ ΑΚΡΧΝΤΜΗΑ A Πξνϋπνινγηζκόο δνξπθνξηθήο δεύμεο Α.1 Δμίζσζε δεχμεο Α.2 Θεξκνθξαζία ζνξχβνπ ζπζηήκαηνο Α.3 Τπνινγηζκφο ηνπ ιφγνπ C/N B Iridium B.1 Καηαζθεπή δνξπθφξσλ B.2 Αζηεξηζκφο δνξπθφξσλ B.3 Δπίγεηα ππνδνκή B.4 Μεηαγσγή θαη κεηαπνκπή θιήζεο B.5 Γηακφξθσζε θαη πνιιαπιή πξφζβαζε B.6 Έιεγρνο ηζρχνο B.7 ΣΣ&C Γ Globalstar Γ.1 Δπίγεηα ππνδνκή Γ.2 Γνξπθφξνη Γ.3 Κάιπςε θαη ιήςε θιήζεο Γ.4 Μεηαγσγή θιήζεο

14

15

16

17 Κεθάιαην 1 Αξρέο θηλεηώλ δνξπθνξηθώλ επηθνηλσληώλ 1.1 Δηζαγσγή Οη θηλεηέο δνξπθνξηθέο ππεξεζίεο σο ππεξεζίεο δνξπθνξηθψλ επηθνηλσληψλ δηέπνληαη θαηαξράο απφ ηηο γεληθέο αξρέο δνξπθνξηθήο επηθνηλσλίαο. Αζθαιψο σο θαηλνηφκνο θαηεγνξία ππεξεζηψλ παξνπζηάδνπλ ηδηαηηεξφηεηεο πνπ ηηο θαζηζηνχλ κνλαδηθφ πεδίν έξεπλαο θαη θαηλνηνκίαο. Σν θεθάιαην απηφ επηρεηξεί ησλ ηδηαίηεξσλ ραξαθηεξηζηηθψλ ησλ θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ επηθνηλσληψλ. πγθεθξηκέλα γίλεηαη αλαθνξά ζηα είδε ησλ θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ ππεξεζηψλ, ζηηο ηξνρηέο ησλ δνξπθφξσλ παξάιιεια κε παξάζεζε ησλ πιενλεθηεκάησλ θαη κεηνλεθηεκάησλ θαζεκηάο βάζεη ησλ νπνίσλ γίλεηαη επηινγή ηεο ηξνρηάο πνπ ζα ρξεζηκνπνηείηαη ζε ζπγθεθξηκέλν ζχζηεκα. Αθνινπζεί επηζθφπεζε ησλ θαηλνκέλσλ δηάδνζεο ζην αζχξκαην δνξπθνξηθφ κνλνπάηη πνπ θαζνξίδνπλ ηελ εμαζζέλεζε πνπ πθίζηαηαη ην δνξπθνξηθφ ζήκα. Δπίζεο, ηδηαίηεξε κλεία γίλεηαη ζηελ δνξπθνξηθή δεχμε θαη ζηα θξηηήξηα αμηνιφγεζεο απηήο, ζηελ θάιπςε πνπ παξέρεηαη απφ ηνπο δνξπθφξνπο, θαη ζηελ κεηαπνκπή, ηερληθή εκπλεπζκέλε απφ ηα ζπζηήκαηα θπςεισηήο θηλεηψλ επηθνηλσλίαο, αιιά κε ηδηαίηεξεο εθαξκνγέο ζηα ζπζηήκαηα δνξπθνξηθήο θηλεηήο επηθνηλσλίαο ιφγσ ηεο ηδηαίηεξεο θχζεο απηήο. 1.2 Δίδε θηλεηώλ δνξπθνξηθώλ ππεξεζηώλ Σα δίθηπα θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ ππεξεζηψλ (mobile satellite services, MSS) κεηάγνληαη κέζσ δνξπθφξνπ κεηαμχ κεγάισλ ζηαζεξψλ ζηαζκψλ γεο θαη κηθξψλ θηλεηψλ ηεξκαηηθψλ πξνζαξκνζκέλσλ ζε πινίν, αεξνζθάθνο, φρεκα, αθφκα θαη θνξεηψλ ζπζθεπψλ ρεηξφο. Σν 1996 ε ITU φξηζε ηηο Παγθφζκηεο Κηλεηέο Πξνζσπηθέο Δπηθνηλσλίεο απφ Γνξπθφξν (Global Mobile Personal Communications by Satellite, GMPCS) σο απνηεινχκελεο απφ ηα εμήο ζπζηήκαηα: GEO MSS γηα θηλεηέο πξνζσπηθέο ππεξεζίεο επηθνηλσληψλ θσλήο θαη δεδνκέλσλ ρακειήο ηαρχηεηαο. Non-GEO (NGEO) MSS γηα θηλεηέο πξνζσπηθέο ππεξεζίεο ζηελήο δψλεο εμαηξνπκέλεο θσλήο. Δπεηδή βαζίδνληαη ζε δνξπθφξνπο LEO, θαινχληαη επίζεο κηθξά LEO (little LEO). Γηαθξίλνπκε ηα ζπζηήκαηα Orbcomm, LEO One. NGEO MSS γηα θηλεηέο πξνζσπηθέο ππεξεζίεο ζηελήο δψλεο πεξηιακβαλνκέλεο θσλήο, πνπ ιεηηνπξγνχλ ζε LEO, MEO θαη HEO. Καινχληαη επίζεο κεγάια LEO (big LEO) θαη απνηεινχληαη απφ δνξπθφξνπο κεγαιχηεξνπο ζε κέγεζνο θαη εχξνο δψλεο απφ ηα little LEO. Γηαθξίλνπκε ηα ζπζηήκαηα Iridium, Globalstar. GEO θαη NGEO FSS πνπ πξνζθέξνπλ ζηαζεξέο θαη θνξεηέο ππεξεζίεο επξπεθπνκπήο. Καινχληαη επίζεο super LEO.

18 Ζ παξνχζα εξγαζία επηθεληξψλεηαη ζηα ζπζηήκαηα δνξπθνξηθήο θηλεηήο ηειεθσλίαο big LEO Iridium θαη Globalstar. 1.3 Σξνρηέο δνξπθόξσλ Σν χςνο ελφο δνξπθφξνπ πάλσ απφ ηελ Γε είλαη κείδσλ παξάγνληαο ηεο ρξεζηκφηεηάο ηνπ ζε ζχζηεκα επηθνηλσληψλ. Σν χςνο ηνπ δνξπθφξνπ θαζνξίδεη ηελ ηξνρηαθή πεξίνδν, ηνλ ρξφλν πνπ ν δνξπθφξνο είλαη νξαηφο ζε ζηαζκφ εδάθνπο, ην απνηχπσκα (πεξηνρή θάιπςεο ζηελ επηθάλεηα ηεο Γεο), ηελ θαζπζηέξεζε δηάδνζεο ζεκάησλ πξνο θαη απφ ηνλ δνξπθφξν, θαη ηελ εμαζζέλεζε πνξείαο. Άιιεο θπζηθέο επηξξνέο πεξηιακβάλνπλ ηηο δχν δψλεο αθηηλνβνιίαο Van Allen: αηρκέο αθηηλνβνιίαο ζπκβαίλνπλ ζε χςε πεξίπνπ km θαη km φπνπ παξαηεηακέλε έθζεζε κπνξεί λα κεηψζεη ζνβαξά ηελ δσή ηνπ δνξπθφξνπ. Δπηπιένλ, χςε κηθξφηεξα απφ 400 km είλαη αληηνηθνλνκηθά ιφγσ ηεο βαξχηεηαο ηεο Γεο θαη ησλ αηκνζθαηξηθψλ εκπνδίσλ πνπ κεηψλνπλ ηελ δηάξθεηαο δσήο ησλ δνξπθφξσλ. Υξεζηκνπνηνχληαη γεληθά ηέζζεξηο ηχπνη ηξνρηάο γηα ηειεπηθνηλσληαθνχο δνξπθφξνπο: Υακειή ηξνρηά Γεο (low earth orbit, LEO) ζε χςε κεηαμχ 500 θαη 2000 km Μεζαία ηξνρηά Γεο (medium earth orbit, MEO) κεηαμχ 5000 θαη km θαιείηαη επίζεο ελδηάκεζε θπθιηθή ηξνρηά (intermediate circular orbit, ICO) Γεσζηαηηθή ηξνρηά Γεο (geostationary earth orbit, GEO) ζε km Άθξσο ειιεηπηηθή ηξνρηά (highly elliptical orbit, HEO) κε απφγεην πνπ κπνξεί λα είλαη πέξαλ ηεο GEO Δηθόλα 1.1 Σξνρηέο δνξπθφξσλ

19 1.3.1 Υακειή ηξνρηά Γεο (Low Earth Orbit, LEO) Οη δνξπθφξνη LEO πεξηζηξέθνληαη ζε χςνο 160 σο 2000 km κε ηαρχηεηεο πνπ θπκαίλνληαη απφ 6 σο 8 km/s. ε αληίζεζε πξνο ηα επίγεηα θηλεηά ηειεπηθνηλσληαθά ζπζηήκαηα, ηα δίθηπα LEO έρνπλ άθξσο δπλακηθή δηθηπαθή ηνπνινγία. Μεηαπνκπή ζπκβαίλεη φρη κφλν ιφγσ ηεο θίλεζεο ησλ θηλεηψλ ηεξκαηηθψλ, αιιά επίζεο ιφγσ δηέιεπζεο ησλ δνξπθφξσλ πάλσ απφ ηα ηεξκαηηθά. Δπεηδή έλαο δνξπθφξνο LEO δελ κπνξεί λα παξέρεη επηθνηλσληαθή δεχμε γηα πεξηζζφηεξν απφ κία βξαρεία πεξίνδν, απαηηνχληαη αζηεξηζκνί LEO γηα ζπλερή θάιπςε. Ζ έλλνηα LEO πξψηα εμεηάζηεθε ηελ δεθαεηία 1960 γηα ππεξσθεάληεο επηθνηλσλίεο κε ρξήζε παζεηηθψλ αλαθιαζηήξσλ. Χζηφζν, ην θφζηνο θαη νη ηερλνινγηθνί πεξηνξηζκνί πεξηφξηζαλ ηελ επξείαο θιίκαθαο ρξήζε ησλ ζπζηεκάησλ LEO κέρξη ηελ δεθαεηία 1990, νπφηε ην ελδηαθέξνλ γηα ηελ ρξήζε ηνπο κεγάισζε ιφγσ ησλ πξνφδσλ ζηελ ηερλνινγία, ηεο αχμεζεο ηνπ θφζηνπο ηνπνζέηεζεο δνξπθφξσλ GEO ζε ηξνρηά, ηεο ζπκθφξεζεο ηεο ηξνρηάο GEO, θαη ηεο αλάπηπμεο εθηνμεπηήξσλ ρακεινχ θφζηνπο. Σα ζπζηήκαηα LEO ηαηξηάδνπλ πεξηζζφηεξν ζε ππεξεζίεο πξνζσπηθψλ επηθνηλσληψλ γηα ηνπο εμήο ιφγνπο: Δπηηξέπνπλ ηελ ρξήζε κηθξψλ ηεξκαηηθψλ ρεηξφο επεηδή απαηηνχλ ιηγφηεξε ελέξγεηα θαη ρξεζηκνπνηνχλ κηθξέο παγθαηεπζπληηθέο θεξαίεο. Μπνξνχλ λα θάλνπλ πην απνδνηηθή επαλάρξεζε ζπρλνηήησλ. Έρνπλ ειάρηζηε θαζπζηέξεζε δηάδνζεο αθφκα θαη ζε χςνο 1000 km, ε θαζπζηέξεζε είλαη κηθξφηεξε απφ 3,3 ms γηα θάζε άλσ θαη θάησ δεχμε νδεγψληαο ζε ζχλνιν 13 ms γηα ακθίδξνκν δηάινγν. Δίλαη ππφ ηηο δψλεο Van Allen. Τπφθεηληαη ζε κηθξφηεξε ζθίαζε απ φζε ηα ζπζηήκαηα GEO. Μπνξνχλ λα παξέρνπλ επηθνηλσληαθή θάιπςε νιφθιεξεο ηεο πδξνγείνπ. Έρνπλ κηθξφ θφζηνο εθηφμεπζεο δνξπθφξνπ κε ηελ ηθαλφηεηα λα εθηνμεχνληαη κεξηθνί δνξπθφξνη ζε κία εθηφμεπζε. Δληνχηνηο, ε ρξήζε ζπζηεκάησλ LEO έρεη θάπνηεο δπζθνιίεο, φπσο φηη: Απαηηείηαη κεγάινο αξηζκφο δνξπθφξσλ γηα λα παξέρεηαη ε ίδηα θάιπςε φπσο ζηα ζπζηήκαηα GEΟ. Γηα λα παξέρνληαη αδηάιεηπηεο επηθνηλσλίεο, απαηηείηαη ζπρλή κεηαπνκπή κεηαμχ δνξπθφξσλ ιφγσ ηεο ηαρχηεηαο ηνπ δνξπθφξνπ. Οη δνξπθφξνη πεξλνχλ ζεκαληηθφ ρξφλν θαιχπηνληαο άδεην ρψξν (φπσο σθεαλνχο θαη εξήκνπο). Οη δνξπθφξνη έρνπλ κηθξφηεξε δηάξθεηα δσήο ιφγσ ηξνρηαθήο θζνξάο. Οη δηάξθεηεο δσήο ησλ δνξπθφξσλ πεξηνξίδνληαη επίζεο ζε 5 σο 7,5 έηε επεηδή πεξλνχλ ρξφλν ζε έθιεηςε απφ ηελ Γε, κε απνηέιεζκα ζεκαληηθή δήηεζε ζε ηζρχ ζπζζσξεπηψλ Μεζαία ηξνρηά Γεο (Medium Earth Orbit, MEO) Οη δνξπθφξνη MEO θηλνχληαη ζε ηξνρηά κεηαμχ 5000 θαη km πάλσ απφ ηελ επηθάλεηα ηεο Γεο. ε εθείλα ηα χςε, έλα ηεξκαηηθφ ζα έβιεπε ηνλ δνξπθφξν γηα ιίγν πεξηζζφηεξν απφ 1 ψξα, απαηηψληαο δέθα δνξπθφξνπο ζε δχν επίπεδα θεθιηκέλα θαηά 45 απφ ηνλ ηζεκεξηλφ γηα πιήξε παγθφζκηα θάιπςε. Οη δνξπθφξνη MEO έρνπλ κεγαιχηεξα απνηππψκαηα απφ ηνπο LEO θαη απαηηνχληαη ιηγφηεξνη γηα ηελ ίδηα

20 θάιπςε. Απαηηνχλ, φκσο, κεγαιχηεξα, πην ηθαλά σθέιηκα θνξηία (κεγαιχηεξεο θεξαίεο θαη πνκπνχο πςειφηεξεο ηζρχνο) γηα λα αληαπνθξίλνληαη ζε απμεκέλεο απψιεηεο εθπνκπήο. Σα ζπζηήκαηα ΜΔΟ ηαηξηάδνπλ γεληθά θαιχηεξα ζηηο ππεξεζίεο πξνζσπηθψλ επηθνηλσληψλ απφ ηα GEO θαη έρνπλ ηα αθφινπζα πιενλεθηήκαηα ζπγθξηλφκελα κε ηα άιια ζπζηήκαηα: Δίλαη κεηαμχ ησλ δσλψλ Van Allen. Καζπζηέξεζε 17 σο 50 ms γηα θάζε άλσ θαη θάησ δεχμε νδεγεί ζε ζχλνιν 67 σο 200 ms γηα ακθίδξνκν δηάινγν. Μφλν ιίγνη δνξπθφξνη απαηηνχληαη γηα λα θαιπθζεί φιε ε Γε, θαη θάζε δνξπθφξνο έρεη ζρεηηθά επξχ απνηχπσκα. Ζ δηαδνξπθνξηθή κεηαπνκπή δελ είλαη ηφζν ζπρλή φζν γηα ηα ζπζηήκαηα LEO. Ληγφηεξνη θχθινη έθιεηςεο απφ ηα LEO επηηξέπνπλ δηάξθεηεο δσήο κεγαιχηεξεο απφ 7 έηε. Υακειφηεξε θνζκηθή αθηηλνβνιία ζπλεπάγεηαη κεγαιχηεξεο αλακελφκελεο δηάξθεηεο δσήο. Μεγαιχηεξε κέζε γσλία αλχςσζεο απφ ην ηεξκαηηθφ κεηψλεη ηελ ζθίαζε νπηηθήο επαθήο. Μηθξφηεξα θάζκαηα ινμφηεηαο απαηηνχλ ιηγφηεξε ελέξγεηα απφ ηα ζπζηήκαηα GEO, νδεγψληαο ζε κηθξφηεξνπο δνξπθφξνπο θαη θηλεηά ηεξκαηηθά. Χζηφζν, ηα ζπζηήκαηα MEO έρνπλ θάπνηα κεηνλεθηήκαηα, πεξηιακβαλνκέλσλ ησλ εμήο: Οη κεηαηνπίζεηο ζπρλφηεηαο Doppler είλαη κεγαιχηεξεο απ φηη γηα ηα ζπζηήκαηα GEO ιφγσ ηαρχηεξεο ζρεηηθήο δνξπθνξηθήο θίλεζεο, αιιά ρακειφηεξεο απ φηη ζηα LEO. Παξφηη απαηηνχληαη ιηγφηεξνη δνξπθφξνη απ φηη γηα ηα ζπζηήκαηα LEO, ε αληηζηάζκηζε κεηαμχ αξηζκνχ δνξπθφξσλ θαη θαζπζηέξεζεο ζεσξείηαη γεληθά ππνβέιηηζηε. Οη δνξπθφξνη πεξλνχλ ζεκαληηθφ ρξφλν θαιχπηνληαο άδεην ρψξν Γεσζηαηηθή ηξνρηά Γεο (Geostationary Earth Orbit, GEO) Οη δνξπθφξνη πνπ εθηεινχλ GEO έρνπλ ηξνρηαθή πεξίνδν ίζε ηεο πεξηφδνπ πεξηζηξνθήο ηεο Γεο. πλεπψο, παξακέλνπλ ζε ζηαζεξή ζέζε ζρεηηθά κε δεδνκέλν ζεκείν ζηε Γε. Έλα εκθαλέο πιενλέθηεκα είλαη φηη είλαη ζπλερψο δηαζέζηκνη ζε φινπο ηνπο ζηαζκνχο Γεο εληφο ηεο ζθηάο ηνπο. Ζ ζθηά ελφο δνξπθφξνπ πεξηιακβάλεη φινπο ηνπο ζηαζκνχο Γεο πνπ έρνπλ νπηηθή επαθή (line of sight, LOS) κε ηνλ δνξπθφξν θαη βξίζθνληαη εληφο ηνπ πεξηγξάκκαηνο αθηηλνβνιίαο ηεο θεξαίαο ηνπ δνξπθφξνπ. ε γεσζηαηηθή ηξνρηά, ν δνξπθφξνο έρεη θάιπςε θσληθήο γσλίαο 17,3 ή πεξίπνπ 40% ηεο επηθάλεηαο ηεο Γεο. Δληνχηνηο, νη πνιηθέο πεξηνρέο δελ θαιχπηνληαη. Σα πξψηκα νρήκαηα εθηφμεπζεο δελ είραλ επαξθή ρσξεηηθφηεηα γηα λα ζεθψζνπλ ρξήζηκα σθέιηκα θνξηία ζε γεσζηαηηθή ηξνρηά, έηζη ρξεζηκνπνηνχληαλ ρακειφηεξεο ηξνρηέο. Καζψο βειηηψλνληαλ ηα νρήκαηα εθηφμεπζεο, νη δνξπθφξνη GEO έγηλαλ νη

21 πην δεκνθηιείο γηα ηειεπηθνηλσληαθέο εθαξκνγέο επεηδή έρνπλ ηα θάησζη πιενλεθηήκαηα: Μφλν ηξεηο δνξπθφξνη ρξεηάδνληαη γηα λα παξέρεηαη παγθφζκηα θάιπςε. Κάζε δνξπθφξνο έρεη επξχ απνηχπσκα. Κάζε δνξπθφξνο παξακέλεη ζηαηηθφο ζρεηηθά κε θάπνην ζεκείν ηεο Γεο, ειαρηζηνπνηψληαο ηελ αλάγθε ην ηεξκαηηθφ λα ηρλειαηεί ην δνξπθφξν. Σν εθπεκπφκελν ζήκα παξνπζηάδεη κηθξή κφλν κεηαηφπηζε Doppler (επεξεάδνληαο ηα ζχγρξνλα ςεθηαθά ζπζηήκαηα) ιφγσ ηεο θίλεζεο ηνπ δνξπθφξνπ. Ζ απαηηνχκελε ηερλνινγία πνιχ γλσζηή θαηφπηλ 40 εηψλ ιεηηνπξγίαο γεσζηαηηθψλ δνξπθφξσλ. Γηα θηλεηέο επηθνηλσλίεο, φκσο, ηα ζπζηήκαηα GEO έρνπλ ηα αθφινπζα κείδνλα πξνβιήκαηα: Τςειή θαζπζηέξεζε θαζπζηέξεζε ηαμηδηνχ κεη επηζηξνθήο 250 ms πνπ νδεγεί ζε ζχλνιν 500 ms γηα ακθίδξνκν δηάινγν Πεληρξή θάιπςε γηα πάλσ απφ βφξεηα θαη λφηηα ηνπ ηζεκεξηλνχ Τςειή εμαζζέλεζε πνξείαο (θπξίσο απφ απψιεηα ειεπζέξνπ ρψξνπ) πνπ απαηηεί πνκπνχο πςειήο ηζρχνο θαη κεγάιεο θεξαίεο ζε ακθφηεξνπο ηνλ δνξπθφξν θαη ην θηλεηφ ηεξκαηηθφ Μεγάιεο απψιεηεο ιφγσ ζθίαζεο απφ θηίξηα ζην αζηηθφ πεξηβάιινλ Πεξηνξηζκέλνο αξηζκφο δηαζέζηκσλ ηξνρηαθψλ ζρηζκψλ πάλσ απφ θάζε ρψξα Άθξσο ειιεηπηηθή ηξνρηά (Highly Elliptic Orbit, HEO) Οη δνξπθφξνη HEO έρνπλ απφγεην πνπ κπνξεί λα είλαη πέξαλ ηεο GEO. Δπεηδή ηα ζπζηήκαηα HEO θαιχπηνπλ ηηο πνιηθέο πεξηνρέο, επηιέρζεθε ε ηξνρηά HEO γηα ην ζχζηεκα Molniya γηα λα παξέρεη θάιπςε ζηελ πξψελ ΔΓ. Σν Molniya έρεη πεξίνδν 12 σξψλ, 8 απφ ηηο νπνίεο παξέρεη θάιπςε ζηελ πεξηνρή ιεηηνπξγίαο. Γηα ζπλερή θάιπςε απαηηνχληαη ηξεηο δνξπθφξνη. Σα ζπζηήκαηα HEO έρνπλ ηα πιενλεθηήκαηα: Κάιπςεο ησλ πνιηθψλ πεξηνρψλ κε κηθξφ αξηζκφ δνξπθφξσλ Υακεινχ θφζηνπο εθηφμεπζεο Μεγαιχηεξεο γσλίαο αλχςσζεο γηα ηνπο ζηαζκνχο γεο Υακειφηεξσλ αηκνζθαηξηθψλ απσιεηψλ Δληνχηνηο, ηα ζπζηήκαηα HEO έρνπλ ζεκαληηθά κεηνλεθηήκαηα φπσο: Απαίηεζε γηα ζπλερή εληνπηζκφ ηνπ δνξπθφξνπ απφ ηνπο ζηαζκνχο γεο Δθηεηακέλεο πεξηφδνπο έθιεηςεο Δμαζζέλεζε ζήκαηνο Πην πνιχπινθν έιεγρν ησλ δνξπθφξσλ θαη ησλ ζηαζκψλ γεο Δπηινγή ηξνρηάο Ζ επηινγή ηξνρηάο ππαγνξεχεηαη θαζνξηζηηθά απφ ηηο πξνδηαγξαθέο ηνπ ηεξκαηηθνχ εδάθνπο. Αλ ην ηεξκαηηθφ πξέπεη λα είλαη ρεηξφο, νη δνξπθφξνη πξέπεη λα είλαη ζε LEO ή ηνπιάρηζηνλ ζε MEO ψζηε ην ηεξκαηηθφ λα κπνξεί λα

22 ρξεζηκνπνηεί ρακειέο ηζρείο θαη κηθξή παγθαηεπζπληηθή θεξαία. Χζηφζν, ζε απηά ηα κηθξά χςε, ην απνηχπσκα ηνπ δνξπθφξνπ κεηψλεηαη ζεκαληηθά θαη απαηηείηαη αζηεξηζκφο δεθάδσλ δνξπθφξσλ πνπ εμαξηάηαη απφ ην χςνο. Γεληθά ζηα ζπζηήκαηα δνξπθνξηθήο θηλεηήο ηειεθσλίαο έρεη επηιερζεί ε ηξνρηά LEO. Πίλαθαο 1.1 χγθξηζε ησλ δνξπθνξηθψλ ζπζηεκάησλ σο ζπλάξηεζε ηεο ηξνρηάο Υαξαθηεξηζηηθό LEO MEO GEO Ύςνο δνξπθφξνπ (km) Σξνρηαθή πεξίνδνο (hr) Αξηζκφο δνξπθφξσλ Καζπζηέξεζε ακθίδξνκεο δηάδνζεο (ms) Εσή δνξπθφξνπ (έηε) Γσλία αλχςσζεο Μεζαία Βέιηηζηε Καιή Οξαηφηεηα δνξπθφξνπ Μηθξή Μεζαία Μφληκε Σεξκαηηθφ ρεηξφο Πηζαλφ Πηζαλφ Πεξηνξηζκέλν Μεηαπνκπή πρλή πάληα Κακία Κφζηνο δνξπθφξνπ Μέγηζην Διάρηζην Μεζαίν Κφζηνο πχιεο Ύςηζην Μεζαίν Διάρηζην Πνιππινθφηεηα δηθηχνπ Πνιχπινθν Μεζαία Απινχζηαηε Ηζρχο εμφδνπ ξαδηνζπρλφηεηαο Υακειή Μεζαία Τςειή Απψιεηα δηαδξνκήο Υακειή Μεζαία Τςειή 1.4 Φαηλόκελα δηάδνζεο ην αζχξκαην κνλνπάηη κεηαμχ ηνπ ηεξκαηηθνχ θαη ηνπ δνξπθφξνπ, ε θχξηα εμαζζέλεζε ηείλεη λα πξνθαιείηαη απφ ηελ απψιεηα ειεχζεξνπ ρψξνπ. Τπάξρεη ζπληζηψζα πνιπφδεπζεο, παξφηη απηή ηείλεη είλαη θάπσο δηαθνξεηηθή απφ ηα επίγεηα κνλνπάηηα. Ζ κεηαηφπηζε ζπρλφηεηαο Doppler είλαη ζεκαληηθφο παξάγνληαο ζε φινπο ηνπο ηχπνπο ηξνρηάο, παξφηη είλαη πεξηζζφηεξν ζεκαληηθφο ζηηο ηξνρηέο LEO φπνπ ν δνξπθφξνο έρεη ηελ χςηζηε ηαρχηεηα σο πξνο ην έδαθνο. Ζ δηάδνζε κεηαμχ ηνπ δνξπθφξνπ θαη ηνπ εδάθνπο επεξεάδεηαη ζπλήζσο απφ αξηζκφ παξαγφλησλ πνπ εμαξηψληαη απφ ηελ πφισζε ηνπ θχκαηνο Απώιεηα ειεύζεξνπ ρώξνπ Ζ θχξηα απψιεηα ζην κνλνπάηη Γε-δνξπθφξνο είλαη ε απψιεηα ειεχζεξνπ ρψξνπ, L FS, πνπ δίλεηαη απφ L 92,44 20log d f ( db) (1.1) FS s φπνπ f: ζπρλφηεηα d s : πεξηνρή θιίζεο ζε km θαη f είλαη ζε GHz Αηκνζθαηξηθή απνξξόθεζε

23 Απψιεηεο ζπκβαίλνπλ ζηελ αηκφζθαηξα ηεο Γεο σο απνηέιεζκα ηεο απνξξνθνχκελεο ελέξγεηαο απφ αηκνζθαηξηθά αέξηα. Ζ απνξξφθεζε ζε νπνηαδήπνηε ζπρλφηεηα είλαη ζπλάξηεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο, πίεζεο, πγξαζίαο ηεο αηκφζθαηξαο, θαη γσλίαο αλχςσζεο ηνπ δνξπθφξνπ. Ζ απνξξφθεζε απμάλεηαη κε ηελ ζπρλφηεηα, θαζψο κεηψλεηαη ε γσλία αλχςσζεο θαη απμάλεηαη ην κνλνπάηη δηάδνζεο. Δηδηθέο δψλεο ζπρλφηεηαο έρνπλ πςειή απνξξφθεζε: ε πξψηε δψλε απνξξφθεζεο, πνπ πξνθαιείηαη απφ ηνλ πδξαηκφ, εζηηάδεηαη πεξίπνπ ζε 22,2 GHz, ελψ ε δεχηεξε δψλε, πνπ πξνθαιείηαη απφ ην νμπγφλν, εζηηάδεηαη θέληξν πεξίπνπ 60 GHz Ηνλνζθαηξηθέο επηδξάζεηο Σα ξαδηνθχκαηα πνπ ηαμηδεχνπλ κεηαμχ ησλ δνξπθφξσλ θαη ησλ ζηαζκψλ Γεο πξέπεη λα δηέιζνπλ απφ ηελ ηνλφζθαηξα, πνπ είλαη ε αλψηεξε πεξηνρή ηεο αηκφζθαηξαο ηεο Γεο πνπ ηνλίδεηαη απφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία. Σα ειεχζεξα ειεθηξφληα απηνχ ηνπ ζηξψκαηνο δελ είλαη θαηαλεκεκέλα νκνηφκνξθα, αιιά ζρεκαηίδνπλ ζηξψκαηα. Δπηπιένλ, λέθε ειεθηξνλίσλ (γλσζηά σο νδεχνπζεο ηνλνζθαηξηθέο δηαηαξαρέο) κπνξεί λα νδεχνπλ δηακέζνπ ηεο αηκφζθαηξαο θαη λα δεκηνπξγνχλ δηαθπκάλζεηο ζην ζήκα πνπ κπνξεί κφλν λα πξνζδηνξηζηεί ζε ζηαηηζηηθή βάζε. Οη επηδξάζεηο πεξηιακβάλνπλ: πηλζεξηζκφ Απνξξφθεζε Γηαθχκαλζε ζηελ θαηεχζπλζε άθημεο Καζπζηέξεζε δηάδνζεο θέδαζε Αιιαγή ζπρλφηεηαο Πεξηζηξνθή πνιηθφηεηαο Όιεο απηέο νη επηδξάζεηο κεηψλνληαη θαζψο απμάλεηαη ε ζπρλφηεηα, νη πεξηζζφηεξεο αληηζηξφθσο αλάινγα ηνπ ηεηξαγψλνπ ηεο ζπρλφηεηαο, θαη κφλν ε πεξηζηξνθή ζπρλφηεηαο θαη νη επηδξάζεηο ησλ ζπηλζεξηζκψλ είλαη κείδνλνο ζεκαζίαο γηα δνξπθνξηθέο επηθνηλσλίεο. Άιιεο επηδξάζεηο είλαη ακειεηέεο ζηηο ζπρλφηεηεο θπξίνπ ελδηαθέξνληνο γηα ηηο δνξπθνξηθέο επηθνηλσλίεο, εθηφο κηθξνχ θιάζκαηνο ηνπ ρξφλνπ ππφ ζπκβάληα φπσο νη ειηαθέο εθιάκςεηο. Σν αζχξκαην κνλνπάηη κεηαμχ ηνπ δνξπθφξνπ θαη ηνπ εδάθνπο επεξεάδεηαη απφ πιήζνο παξαγφλησλ πνπ εμαξηψληαη απφ ηελ πφισζε ηνπ θχκαηνο. Δπεηδή ε ζρεηηθή γεσκεηξία ηνπ κνλνπαηηνχ είλαη κεηαβαιιφκελε ζηνλ ρξφλν, ε γξακκηθή πφισζε κπνξεί λα είλαη δχζθνιν λα πξνζαλαηνιηζηεί, ηδηαίηεξα γηα ηεξκαηηθά ρεηξφο πνπ κπνξνχλ λα ιεηηνπξγνχληαη ζε ηπραίν πξνζαλαηνιηζκφ. Δπηπξνζζέησο, ην ζήκα ππφθεηηαη ζε κεηαβιεηνχο βαζκνχο πεξηζηξνθήο Faraday, ηδηαίηεξα ζε ρακειέο ζπρλφηεηεο. Ακθφηεξνη απηνί νη παξάγνληεο κπνξνχλ λα μεπεξαζηνχλ απφ ηελ ρξήζε θπθιηθήο πφισζεο ζε ζπζηήκαηα πξνζσπηθψλ επηθνηλσληψλ. Δληνχηνηο, ε θπθιηθή πφισζε είλαη αθφκε επαίζζεηε ζηελ δηάζιαζε θαη αλάθιαζε ηνπ ζήκαηνο πνπ πξνθχπηεη απφ εκπφδηα ζην κνλνπάηη, επεηδή ακθφηεξεο ε αλάθιαζε θαη δηάζιαζε είλαη επαίζζεηεο ζηελ πφισζε. Οη ηνλνζθαηξηθνί ζπηλζεξηζκνί είλαη ηαρείεο κεηαβνιέο ηνπ πιάηνπο, θάζεο, πφισζεο, ή γσλίαο άθημεο ησλ ξαδηνθπκάησλ. Πξνθαινχληαη απφ κηθξήο θιίκαθαο κεηαβνιέο ηνπ δείθηε δηάζιαζεο ζηελ πεξηνρή F ηεο ηνλφζθαηξαο πνπ πξνθαινχληαη απφ ηνπηθέο ζπγθεληξψζεηο ηνληζκνχ. Ζ θχξηα επίδξαζε ησλ ζπηλζεξηζκψλ είλαη ε

24 εμαζζέλεζε ηνπ ζήκαηνο. Οη εμαζζελήζεηο κπνξεί λα είλαη αξθεηά ζνβαξέο, θαη κπνξεί λα δηαξθέζνπλ κέρξη κεξηθά ιεπηά. Ο ηνλνζθαηξηθφο ζπηλζεξηζκφο κεηψλεηαη αλάινγα ηνπ αληίζηξνθνπ ηεηξαγψλνπ ηεο ζπρλφηεηαο. Ο κείδσλ ζπηλζεξηζκφο πεξηνξίδεηαη ζε ζπρλφηεηεο θάησ απφ 4 GHz. Δληνχηνηο, ζε αθξαίεο ζπλζήθεο φπσο καγλεηηθέο θαηαηγίδεο, ν ζπηλζεξηζκφο κπνξεί λα πξνθαιέζεη πξνβιήκαηα κέρξη 7 GHz. Μέγηζηα επίπεδα ζπηλζεξηζκνχ παξαηεξνχληαη ζε πεξηνρή γχξσ απφ ηνλ ηζεκεξηλφ. Ο ζπηλζεξηζκφο επίζεο απμάλεηαη ζε ζπλζήθεο πςειήο ειηαθήο δξαζηεξηφηεηαο θαη έρεη εκεξήζηα απφθιηζε κε πςεινχο αξηζκνχο ειηαθψλ θειίδσλ. Σα χςηζηα επίπεδα ζπκβαίλνπλ πεξίπνπ 1 σο 2 ψξεο κεηά ηελ δχζε ηνπ ειίνπ. Δίλαη ελδηαθέξνλ λα παξαηεξήζνπκε φηη ζε αληίζεζε πξνο ηελ ηξνπνζθαηξηθφ ζπηλζεξηζκφ, ν ηνλνζθαηξηθφο ζπηλζεξηζκφο είλαη αλεμάξηεηνο ηεο γσλίαο αλχςσζεο ηνπ αζχξκαηνπ κνλνπαηηνχ. Όηαλ αλακέλεηαη ζπηλζεξηζκφο ζε ζέζεηο ελδηαθέξνληνο, παξέρεηαη πεξηζψξην δεχμεο γηα λα κεηξηαζηεί ε επίδξαζε. Πεξηζψξηα δεχμεο κεξηθψλ decibel ζα κπνξνχζαλ λα απαηηεζνχλ γηα λα επηηχρνπκε πςειή αμηνπηζηία δεχμεο γηα πεληρξά εγθαηεζηεκέλνπο ζηαζκνχο γεο θαη ιεηηνπξγίεο θάησ απφ 3 σο 4 GHz. ε 4 GHz, ε εμαζζέλεζε πνπ πξνθχπηεη απφ ηνλνζθαηξηθφ ζπηλζεξηζκφ κπνξεί λα κεηαβάιιεηαη απφ 0,5 σο 10 db γηα 0,1% ηνπ ρξφλνπ, αλαιφγσο ηεο ζέζεο θαη ηνπ επηπέδνπ ειηαθήο δξαζηεξηφηεηαο Δμαζζέλεζε από πδξνκεηέσξα Τδξνκεηέσξν είλαη γεληθφο φξνο πνπ αλαθέξεηαη ζε ζπκππθλσκέλνπο πδξαηκνχο ζηελ αηκφζθαηξα, πνπ πεξηιακβάλεη ηελ βξνρή, ραιάδη, πάγν, νκίριε, λέθνο, θαη ρηφλη. Όινη νη ηχπνη πδξνκεηεψξσλ παξάγνπλ εμαζζελήζεηο εθπνκπήο. Χζηφζν, νη βξνρνπηψζεηο παξάγνπλ, θαηά πνιχ, ηελ κέγηζηε εμαζζέλεζε απνξξνθψληαο θαη ζθεδάδνληαο ηα ξαδηνθχκαηα. Ζ εμαζζέλεζε ηεο βξνρήο είλαη ζπλάξηεζε ηνπ ξπζκνύ βξνρήο (κεηξείηαη ζε ρηιηνζηφκεηξα αλά ψξα) ζηελ πεξηνρή ελφο ζηαζκνχ γεο. Ζ εηδηθή απόζβεζε, α, κπνξεί λα ππνινγηζηεί: b 1 a Rp( dbkm ) (1.2) φπνπ R : ξπζκφο βξνρήο πνπ ζα μεπεξληφηαλ γηα πνζνζηφ p ηνπ ρξφλνπ ηνπ έηνπο b p a, b: ζπληειεζηέο πνπ εμαξηψληαη απφ ηελ ζπρλφηεηα θαη ηελ πφισζε. Σα λέθε θαη ε νκίριε είλαη αλεξηεκέλεο ζηαγφλεο χδαηνο, ζπλήζσο κηθξφηεξεο απφ 0,1 mm ζε δηάκεηξν. Ζ εμαζζέλεζε ζην αζχξκαην κνλνπάηη εμαξηάηαη απφ ηελ πεξηεθηηθφηεηα χδαηνο ηεο αηκφζθαηξαο θαηά κήθνο ηνπ κνλνπαηηνχ δηάδνζεο. Σν πγξφ πεξηερφκελν ηεο νκίριεο είλαη γεληθά κηθξφ θαη ε εμαζζέλεζε απφ νκίριε είλαη ακειεηέα γηα ηηο δνξπθνξηθέο επηθνηλσλίεο. Σν ραιάδη, ν πάγνο θαη ην ρηφλη έρνπλ κηθξή επίδξαζε ζηελ εμαζζέλεζε ιφγσ ρακειήο πεξηεθηηθφηεηαο χδαηνο. Ο πάγνο, φκσο, κπνξεί λα πξνθαιέζεη απνπφισζε θαη ζπλεπαγφκελε απψιεηα πφισζεο. Μφλν κηθξφ πεξηζψξην δεχμεο απαηηείηαη θάησ απφ 2 GHz γηα λα πξνζαξκφζεη ηελ πξφζζεηε απψιεηα πνπ εηζάγεηαη απφ ηελ βξνρφπησζε. Χζηφζν, ζε πςειφηεξεο ζπρλφηεηεο φπσο 2 σο 30 GHz, ε απψιεηα βξνρφπησζεο είλαη πνιχ ζεκαληηθή, εηδηθά ζε κηθξέο γσλίεο αλχςσζεο φπνπ κπνξεί λα απαηηεζεί πξφζζεην πεξηζψξην δεχμεο δεθάδσλ decibel.

25 1.4.5 Πνιπόδεπζε ε αληίζεζε πξνο ηηο επίγεηεο επηθνηλσλίεο, ππάξρνπλ ιίγα κνλνπάηηα πνιπφδεπζεο ζην κνλνπάηη γε-δνξπθφξνο. Χζηφζν αλαιφγσο ηεο αλχςσζεο ηνπ δνξπθφξνπ, ην κνλνπάηη κπνξεί λα εκπνδηζηεί απφ θηίξηα, πςψκαηα ή δέλδξα. Απφ αλχςσζε 0 σο 20, ε δηάδνζε ζήκαηνο είλαη παξφκνηα εθείλεο ησλ ζπζηεκάησλ επίγεησλ θηλεηψλ επηθνηλσληψλ ζε φηη πθίζηαηαη ζπρλά θαηλφκελα πνιπφδεπζεο θαη ζεκαληηθή παξαθψιπζε απφ εκπφδηα. Πάλσ απφ 20, ππάξρνπλ ιίγα πνιιαπιά κνλνπάηηα θαη ην ζήκα κπνξεί γεληθά λα ζεσξεζεί φηη είλαη ζε ειεχζεξν ρψξν. Γπζηπρψο, ηα πεξηζζφηεξα αζχξκαηα κνλνπάηηα ζηηο πξνζσπηθέο επηθνηλσλίεο είλαη γεληθά ζε χςε LEO θαη MEO, ψζηε ε ηππηθή κέγηζηε αλχςσζε ηνπ δνξπθφξνπ δελ είλαη πνιχ πάλσ απφ ηελ κηθξφηεξε ζρεδηαζκέλε γσλία αλχςσζεο. Σα ζήκαηα ζην θηλεηφ ηεξκαηηθφ ζπλίζηαληαη απφ επζεία αθηίλα θαη θαηαλνκή Rayleigh αλαθιψκελσλ θπκάησλ κε κεηαβαιιφκελα πιάηε θαη θάζεηο. Ζ πξνθχπηνπζα θαηαλνκή κπνξεί λα κνληεινπνηεζεί απφ ηελ θαηαλνκή Rice. Άκβιπλζε ηεο πνιπφδεπζεο κπνξεί λα επηηεπρζεί κε ηελ επηινγή ηερληθψλ θσδηθνπνίεζεο θαη δηακφξθσζεο πνπ κπνξνχλ λα παξέρνπλ εχξσζηε ιεηηνπξγία ζε πεξηβάιινλ εμαζζέλεζεο πνιπφδεπζεο. Μία θνηλή ζηξαηεγηθή πεδίνπ ρξφλνπ είλαη ε ρξήζε ζπλειηθηηθήο θσδηθνπνίεζεο (convolutional coding) θαη δηεκπινθήο (interleaving). Δπηπιένλ επξέσο ρξεζηκνπνηνχκελεο ηερληθέο είλαη ην εμαπισκέλν θάζκα (spread spectrum) θαη ν δηαθνξηζκφο (diversity) πνπ κπνξνχλ λα ζπλδπαζηνχλ ζηνλ δέθηε RAKE. Οη ηερληθέο απηέο αλαιχνληαη ζε επφκελα θεθάιαηα. Σέινο, ρξήζε θεξαηψλ πςεινχ θέξδνπο κπνξεί επίζεο λα κεηψζνπλ ηελ πνιπφδεπζε Μεηαηόπηζε Doppler Σν εθπεκπφκελν ζήκα απφ ηνλ δνξπθφξν ππφθεηηαη ζε κεηαηφπηζε Doppler πνπ πξνθχπηεη απφ ηελ θίλεζε ηνπ δνξπθφξνπ φπσο επίζεο απφ ηελ θίλεζε ηνπ ζηαζκνχ εδάθνπο ιφγσ ηεο πεξηζηξνθήο ηεο Γεο. Σν ιακβαλφκελν ζήκα έρεη ζπρλφηεηα: vf f f f f c φπνπ f t : ζπρλφηεηα εθπνκπήο f r : ζπρλφηεηα ιήςεο f d : κεηαηφπηζε Doppler v r : ζρεηηθή ηαρχηεηα ηνπ δνξπθφξνπ σο πξνο ηνλ δέθηε. r t r t d t (1.3) Παξαηεξνχκε φηη ε κεηαηφπηζε Doppler επεξεάδεηαη απφ αλ ν δνξπθφξνο πξνζεγγίδεη ή απνκαθξχλεηαη, νπφηε νδεγνχκαζηε ζε πξφζζεζε ή αθαίξεζε αληίζηνηρα ηεο κεηαηφπηζεο Doppler. Δπίζεο ε ζρέζε (1.3) εμεγεί καζεκαηηθά ηελ έληνλε επίδξαζε Doppler ζηηο θηλεηέο δνξπθνξηθέο επηθνηλσλίεο ιφγσ ηεο πςειήο ζρεηηθήο ηαρχηεηαο ελφο δνξπθφξνπ LEO σο πξνο έλα ρξήζηε. 1.5 πρλόηεηεο MSS Ο Πίλαθαο 1.2 παξαζέηεη ηηο εθρσξεκέλεο δψλεο ζπρλφηεηαο ζηελ δνξπθνξηθή εθπνκπή. Σα εκπνξηθά ζπζηήκαηα MSS θπξίαξρα ιεηηνπξγνχλ ζηελ δψλε L, παξφηη ζπζηήκαηα ρξεζηκνπνηνχλ ηελ δψλε C φπσο επίζεο ηελ Κa γηα δνξπθνξηθφ έιεγρν

26 θαη ζχλδεζε ζηηο πχιεο. Όπσο ζπδεηήζεθε πξνεγνπκέλσο, ρακειφηεξεο ζπρλφηεηεο δνθηκάδνληαη απφ ρακειφηεξε εμαζζέλεζε. Γηα λα ειαρηζηνπνηεζεί ε ηζρχο πνπ πξέπεη λα παξαρζεί επί ηνπ δνξπθφξνπ, ε ζπρλφηεηα θάησ δεχμεο επηιέγεηαη λα είλαη ρακειφηεξε απφ ηελ ζπρλφηεηα άλσ δεχμεο. Ζ δψλε L είλαη πνιχ ρξήζηκε γηα ηηο θηλεηέο επηθνηλσλίεο επεηδή ηα κεγάια κήθε θχκαηνο κπνξνχλ λα δηαπεξάζνπλ πνιιέο θαηαζθεπέο θαη απαηηνχλ ιηγφηεξν ηζρπξνχο πνκπνχο. Ζ δψλε L, επίζεο, είλαη ε ειάρηζηα επεξεαδφκελε απφ ηελ βξνρή δηφηη ε απφζβεζε βξνρήο είλαη ακειεηέα ζε απηή ηελ δψλε. Χζηφζν, ε δψλε L ππνθέξεη απφ ηνλνζθαηξηθνχο ζπηλζεξηζκνχο, πνπ έρνπλ σο απνηέιεζκα ζηνλ δηαρσξηζκφ ηνπ ζήκαηνο ζε επζχ θαη δηαζιψκελν. Δπηπιένλ, ε δψλε L ρξεζηκνπνηεί θπθιηθή πφισζε γηα λα κεηψζεη ηελ επίδξαζε ηεο πεξηζηξνθήο Faraday. Ζ δψλε S ππνθέξεη ιηγφηεξν απφ ηνλνζθαηξηθέο επηδξάζεηο. Δληνχηνηο, πθίζηαηαη ειαθξψο πςειφηεξε αηκνζθαηξηθή εμαζζέλεζε απφ ηελ βξνρή. Ζ δψλε K u έρεη κεζαία κήθε θχκαηνο πνπ κπνξνχλ λα δηαπεξάζνπλ πνιιά εκπφδηα θαη λα παξέρνπλ κεγάια εχξε δψλεο. Ζ δψλε απαηηεί κηθξφηεξεο θεξαίεο, αιιά επεξεάδεηαη πεξηζζφηεξν απφ ηελ εμαζζέλεζε ηεο βξνρήο. Οη ζπρλφηεηεο ηεο δψλεο K a παξέρνπλ κεγαιχηεξεο πνζφηεηεο δηαζέζηκνπ θάζκαηνο θαη κεγαιχηεξα εχξε δψλεο. Απαηηνχληαη, φκσο, ηζρπξνί πνκπνί θαη κηθξά ηα κήθε θχκαηνο ππφθεηληαη ζε ηζρπξή απφζβεζε βξνρήο ε κεγάιε εμαζζέλεζε βξνρήο δεκηνπξγεί κείδνλα ηερληθή πξφθιεζε. Πίλαθαο 1.2 Δθρσξεκέλεο δψλεο ζπρλφηεηαο ζηελ δνξπθνξηθή εθπνκπή Εώλε πρλόηεηαο πρλόηεηα (Άλσ δεύμε / Κάησ δεύμε) Υξήζηεο Τπεξεζία UHF 400/225 MHz ηξαηησηηθή Κηλεηή L 1,6/1,5 GHz Δκπνξηθή Κηλεηή S 3/2 GHz Δκπνξηθή Έιεγρνο δνξπθφξνπ C 6/4 GHz Δκπνξηθή ηαζεξή X 8/7 GHz ηξαηησηηθή ηαζεξή/θηλεηή Ku 14/12 GHz Δκπνξηθή ηαζεξή Ka 30/20 GHz Δκπνξηθή ηαζεξή Ka 44/20 GHz ηξαηησηηθή ηαζεξή/θηλεηή 1.6 Κηλεηέο δνξπθνξηθέο δεύμεηο Μία θηλεηή δνξπθνξηθή δεχμε πεξηιακβάλεη ζεηξά δνξπθνξηθψλ δεχμεσλ. Οη δεχμεηο κπνξεί λα γίλνληαη είηε κεηαμχ θηλεηνχ ηεξκαηηθνχ θαη δνξπθφξνπ είηε κεηαμχ δνξπθφξνπ θαη ζηαζκνχ εδάθνπο (ground station). Ο ζηαζκφο εδάθνπο δηαζπλδέεη ην δνξπθνξηθφ ζχζηεκα κε άιια δνξπθνξηθά θαη επίγεηα ζπζηήκαηα θαη γη απηφ ιεηηνπξγεί σο πχιε (gateway). Γηαθξίλνπκε ηηο εμήο πεξηπηψζεηο θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ δεχμεσλ: Κηλεηφ ηεξκαηηθφ δνξπθφξνο ηαζκφο γεο δνξπθφξνο (feeder link) Δηζεξρφκελε δεχμε (inbound link) απφ ην θηλεηφ ηεξκαηηθφ πξνο ζηαζκφ γεο κέζσ δνξπθφξνπ

27 Δμεξρφκελε δεχμε (outbound link) απφ ηνλ ζηαζκφ εδάθνπο πξνο ην θηλεηφ ηεξκαηηθφ κέζσ δνξπθφξνπ Ζ επηθνηλσλία κεηαμχ δχν ρξεζηψλ κέζσ δνξπθνξηθήο θηλεηήο δεχμεο πεξηιακβάλεη αιιεινπρία άλσ θαη θάησ δνξπθνξηθψλ δεχμεσλ απφ ηελ πεγή κέρξη ηνλ πξννξηζκφ ηεο θιήζεο. Αξρηθά ην δνξπθνξηθφ ηειέθσλν πνπ πξαγκαηνπνηεί ηελ θιήζε εθπέκπεη ζήκα ζε δνξπθφξν (MUL). Αλ ν πξννξηζκφο ηεο θιήζεο βξίζθεηαη ζην απνηχπσκα απηνχ ηνπ δνξπθφξνπ, γίλεηαη θάησ δεχμε πξνο ην ηεξκαηηθφ ρξήζηε πξννξηζκνχ, δηαθνξεηηθά ην ζήκα κεηάγεηαη κέρξη ηνλ δνξπθφξν ζηελ πεξηνρή θάιπςεο ηνπ νπνίνπ βξίζθεηαη ην ηεξκαηηθφ απνδέθηεο ηεο θιήζεο. Ζ κεηαγσγή απηή κπνξεί λα γίλεη κε δχν ηξφπνπο: Εεχμε πχιεο (GWL) Γηαδνξπθνξηθή δεχμε (ISL) Δηθόλα 1.2 Κηλεηέο δνξπθνξηθέο δεχμεηο ηελ πεξίπησζε δεχμεσλ πχιεο ην ζήκα θζάλεη ζηνλ πξννξηζκφ κε κεηαγσγή εδάθνπο, δειαδή πξαγκαηνπνηείηαη ζεηξά δεχμεσλ δνξπθφξνπ-ππιεο κέρξη ηνλ δνξπθφξν ζηελ πεξηνρή θάιπςεο ηνπ νπνίνπ βξίζθεηαη ν πξννξηζκφο ηεο θιήζεο. Ζ κεηαγσγή εδάθνπο εθαξκφδεηαη ζε ζπζηήκαηα φπνπ νη δνξπθφξνη είλαη θεθιηκέλνπ ζσιήλα, δειαδή απιψο εληζρχνπλ, κεηαζέηνπλ ζπρλνηηθά ην ζήκα άλσ δεχμεο, θαη ην εθπέκπνπλ ζε δηαθνξεηηθή ζπρλφηεηα, ρσξίο λα έρνπλ δπλαηφηεηα πεξαηηέξσ επεμεξγαζίαο ή κεηαγσγήο. Γηα κεηαγσγή δηαδνξπθνξηθήο δεχμεο, είλαη απαξαίηεην νη δνξπθφξνη ηνπ ζπζηήκαηνο λα έρνπλ δπλαηφηεηα επεμεξγαζίαο επί θαηαζηξψκαηνο (OBP). ηελ πεξίπησζε απηή, ην ζήκα δελ κεηάγεηαη κέζσ ζηαζκνχ εδάθνπο, αιιά ε κεηαγσγή δηεμάγεηαη κεηαμχ ησλ δνξπθφξσλ κέζσ δηαδνξπθνξηθψλ δεχμεσλ. Σν ζήκα άλσ δεχμεο ζηνλ δνξπθφξν απνδηακνξθψλεηαη θαη πθίζηαηαη επεμεξγαζία βαζηθήο δψλεο, φπνπ εμάγνληαη νη επηθεθαιίδεο ησλ παθέησλ θαη νη δηεπζχλζε πξννξηζκνχ βάζεη ηεο νπνίαο γίλεηαη ε κεηαγσγή απφ ηνλ δνξπθφξν. Όιεο νη ηειεπηθνηλσληαθέο δεχμεηο ζρεδηάδνληαη έηζη ψζηε λα αληαπνθξίλνληαη ζε νξηζκέλνπο ζηφρνπο επίδνζεο, ζπλήζσο ζε έλα ξπζκφ ζθαικάησλ bit (Bit Error Rate, BER) ζε κία ςεθηαθή δεχμε ή ζε έλα ιφγν ζήκαηνο πξνο ζφξπβν (Signal-To-Noise

28 Ratio, S/N ή SNR) ζε κία αλαινγηθή δεχμε. Ο BER θαη SNR θαζνξίδνληαη απφ ηνλ ιφγν ζήκαηνο θνξέα πξνο ζφξπβν (Carrier-To-Noise Ratio, C/N) ζηνλ δέθηε αθξηβψο πξηλ απφ ηελ είζνδν ηνπ απνδηακνξθσηή. εκαληηθέο παξάκεηξνη κηαο δνξπθνξηθήο δεχμεο είλαη νη εμήο: Σν ηξνρηαθφ χςνο h ηνπ δνξπθνξηθνχ αζηεξηζκνχ Ζ ειάρηζηε γσλία αλχςσζεο ε min Οη ζπρλφηεηεο δεχμεο Σν ηξνρηαθφ χςνο θαη ε ειάρηζηε γσλία θαζνξίδνπλ ηελ θαζπζηέξεζε θαη ην επίπεδν ηζρχνο ηνπ ιακβαλφκελνπ ζήκαηνο ιφγσ απψιεηαο δηαδξνκήο. Δπίζεο, ε γσλία αλχςσζεο θαζνξίδεη ηηο απψιεηεο αηκφζθαηξαο. Μηθξφηεξε γσλία αλχςσζεο ζπλεπάγεηαη απμεκέλεο απψιεηεο αηκφζθαηξαο επεηδή απμάλεηαη ην κήθνο ηεο δηαδξνκήο ηνπ ζήκαηνο δηακέζνπ ηεο αηκφζθαηξαο. Γη απηφ, φια ηα δνξπθνξηθά ζπζηήκαηα θηλεηψλ επηθνηλσληψλ πξνβιέπνπλ ειάρηζηε γσλία αλχςσζεο π.ρ γηα ηθαλνπνηεηηθή ιήςε ζήκαηνο αθφκε θαη ζε πεξίπησζε δπζκελψλ αηκνζθαηξηθψλ ζπλζεθψλ (π.ρ. βξνρή). Δπηπιένλ ε ζπρλφηεηα επηθνηλσλίαο είλαη έλαο θξίζηκνο παξάγνληαο ζρεδίαζεο κηαο δνξπθνξηθήο δεχμεο εθφζνλ εθηφο ησλ απσιεηψλ δηαδξνκήο θαζνξίδεη ην πεξηζψξην δεχμεο. Ζ ζρεδίαζε δνξπθνξηθνχ ζπζηήκαηνο απαηηεί γλψζε ηεο απαηηνχκελεο επίδνζεο ηεο άλσ θαη θάησ δεχμεο, ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ δηάδνζεο θαη ηεο εμαζζέλεζεο ιφγσ βξνρήο γηα ηελ δψλε ζπρλνηήησλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηηο ηνπνζεζίεο ησλ ζηαζκψλ γεο, θαζψο επίζεο ησλ παξακέηξσλ ηνπ δνξπθφξνπ θαη ησλ ζηαζκψλ γεο. πλήζσο είλαη αδχλαην λα ζρεδηαζζεί έλα δνξπθνξηθφ ζχζηεκα κε ηελ πξψηε πξνζπάζεηα, αιιά αθνχ δνθηκαζηεί πξψηα έλα αξρηθφ ζρέδην ζηεξηγκέλν ίζσο ελ κέξεη ζε ππνζεηηθά ζελάξηα λα ηειεηνπνηεζεί πξνβαίλνληαο ζηνπο αλαγθαίνπο ζπκβηβαζκνχο κέρξη λα θαηαιήμνπκε ζε εθηθηφ ζπκβηβαζκφ. Δηθόλα 1.3 Μεηαθίλεζε ηεο πεξηνρήο θάιπςεο δνξπθφξνπ LEO θαηά ηελ θίλεζε ηνπ δνξπθφξνπ 1.7 Κάιπςε από κε γεσζηαηηθό δνξπθόξν Δλψ έλαο γεσζηαηηθφο δνξπθφξνο θαιχπηεη ζπλερψο ηελ ίδηα πεξηνρή ηεο Γεο, ε πεξηνρή θάιπςεο ελφο δνξπθφξνπ ζε έλα ζχζηεκα MSS δελ είλαη ζηαηηθή, αιιά κεηαθηλείηαη θαηά κήθνο ηεο πνξείαο ηνπ δνξπθφξνπ (εηθφλα 1.3). Απηφ νθείιεηαη

29 ζην γεγνλφο φηη έλαο δνξπθφξνο LEO κεηαθηλείηαη σο πξνο δεδνκέλν ζεκείν ηεο επηθάλεηαο ηεο Γεο. Σα κε γεσζηαηηθά ζπζηήκαηα γεληθά βαζίδνληαη ζε θπςεισηέο αξρηηεθηνληθέο παξφκνηεο ησλ επίγεησλ θηλεηψλ ηειεθσληθψλ δηθηχσλ. Οη δνξπθφξνη LEO ηππηθά ζπγθεληξψλνπλ ηελ ηζρχ εθπνκπήο ηνπο ζε πνιιαπιέο ζεκεηαθέο δέζκεο. Κάζε ζεκεηαθή δέζκε θαιχπηεη κία θπςέιε ζην έδαθνο, θαη φιεο νη θπςέιεο ζπλνιηθά ζρεκαηίδνπλ ην απνηχπσκα ηνπ δνξπθφξνπ (εηθφλα 1.4). Σν πεξίγξακκα ηεο ζεκεηαθήο δέζκεο ζπλήζσο θαζνξίδεηαη απφ ηελ πεξηνρή φπνπ ε θεξαία ζπγθεληξψλεη ην 50% ηεο ηζρχνο αθηηλνβνιίαο ηεο. Απηφ ηζνδπλακεί κε κείσζε -3 db ζην θέξδνο θεξαίαο ζρεηηθά κε ην κέγηζην θέξδνο. Δηθόλα 1.4 Γηακεξηζκφο ηνπ απνηππψκαηνο δνξπθφξνπ Iridium ζε θπςέιεο. Κάζε γξάκκα αληηζηνηρεί ζε δηαθνξεηηθή δψλε ζπρλνηήησλ. Παξαηεξνχκε επαλάρξεζε ζπρλφηεηαο ζε κε παξαθείκελεο θπςέιεο. Χζηφζν ζηελ πεξίπησζε ησλ LEOs, ππάξρεη ζεκαληηθή δηαθνξά ζπγθξηηηθά κε ηα επίγεηα ζπζηήκαηα: δεδνκέλε θπςέιε δελ εμππεξεηείηαη απφ ζηαζεξή ζεκεηαθή δέζκε δνξπθφξνπ, αιιά ηαθηηθά θαη κφληκα ζαξψλεηαη απφ δηαθνξεηηθέο ζεκεηαθέο δέζκεο εθπνκπήο θαη ιήςεο πνπ αληαπνθξίλνληαη ζε δηαθνξεηηθνχο δνξπθφξνπο. ε θάπνηα ζπζηήκαηα, ν δνξπθφξνο φηαλ πεξλά πάλσ απφ δεδνκέλε θπςέιε, θαηεπζχλεη ηελ δέζκε ηεο θεξαίαο ηνπ ψζηε λα ηελ δηαηεξήζεη πεξηζζφηεξν πάλσ απφ ηελ θπςέιε θαη λα αληηζηαζκίζεη ηελ θίλεζε ηνπ δνξπθφξνπ θαη ηελ πεξηζηξνθή ηεο Γεο. Οπσζδήπνηε, θαη εηδηθά ζηελ πεξίπησζε κηθξψλ θπςειψλ, ε ζπλέρεηα ησλ επηθνηλσληψλ πξέπεη λα βαζίδεηαη ζηηο ηερληθέο νκαιήο κεηαπνκπήο θιήζεο (πιήξεο ζπλέρεηα ζηελ κεηαθνξά, ρσξίο δηαθνπή ζηελ επηθνηλσλία) πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο ζηα επίγεηα θπςεισηά ζπζηήκαηα. Ζ ρξήζε ζεκεηαθψλ θεξαηψλ πξνζθέξεη δχν πιενλεθηήκαηα: 1. Δπηθεληξψλνληαο ηελ εθπεκπφκελε ηζρχ ζε πνιχ κηθξφηεξε πεξηνρή ηεο ζπλνιηθήο πεξηνρήο θάιπςεο ηνπ δνξπθφξνπ, νη ζεκεηαθέο δέζκεο απμάλνπλ ην θέξδνο ηνπ πνκπνχ θαη άξα βειηηψλνπλ ηνλ πξνυπνινγηζκφ δεχμεο.

30 2. Ζ επαλάρξεζε δσλψλ ζπρλφηεηαο ζε δηαθνξεηηθέο θπςέιεο βειηηψλεη πεξαηηέξσ ηελ απφδνζε εχξνπο δψλεο επεηδή νη θπςέιεο πνπ δελ ζπλνξεχνπλ αιιήισλ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηελ ίδηα δψλε ζπρλνηήησλ. 1.8 Μεηαπνκπή Έλαο δνξπθφξνο GEO ηππηθά παξέρεη ζηαηηθή θάιπςε ζην 1/3 ηεο επηθάλεηαο ηεο Γεο. Χζηφζν ε κεγάιε θαζπζηέξεζε (250 ms) ζήκαηνο ιφγσ ηνπ κεγάινπ χςνπο ηξνρηάο ηνπ (36000 km) απνηειεί αλαζηαιηηθφ παξάγνληα γηα ρξήζε ζε εθαξκνγέο πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ (θσλή, δεδνκέλα). Οη δνξπθφξνη LEO πξνηηκψληαη γηα εθαξκνγέο πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ ιφγσ ηεο κηθξήο θαζπζηέξεζεο πνπ πξνζθέξεη ην ρακειφ χςνο ηξνρηάο ηνπο ( km). Δμαηηίαο φκσο απηνχ ηνπ γεγνλφηνο νη δνξπθφξνη LEO θηλνχληαη κε κεγάιε ζρεηηθή ηαρχηεηα σο πξνο έλα ζηαζεξφ ζεκείν ζηελ Γε, ζπλεπψο ε πεξίνδνο νξαηφηεηάο ηνπο ζε δεδνκέλε θπςέιε είλαη πνιχ κηθξή, ελψ ην δνξπθνξηθφ ζήκα πθίζηαηαη ζεκαληηθή κεηαηφπηζε ζπρλφηεηαο ιφγσ Doppler. Χο εθ ηνχηνπ, ην δνξπθνξηθφ ζήκα πθίζηαηαη ζπρλή κεηαπνκπή θαζψο νη θηλεηνί ρξήζηεο κεηαβαίλνπλ ζηελ πεξηνρή θάιπςεο δηαθνξεηηθψλ ζεκεηαθψλ δεζκψλ θαη δνξπθφξσλ. Ζ θηλεηηθφηεηα ησλ ρξεζηψλ ελφο θηλεηνχ δνξπθνξηθνχ ζπζηήκαηνο κπνξεί λα παξνκνηαζηεί κε ηελ θηλεηηθφηεηα ησλ ρξεζηψλ ελφο επίγεηνπ θπςεισηνχ ζπζηήκαηνο πνπ κεηαβαίλνπλ ζηελ πεξηνρή θάιπςεο δηαθνξεηηθψλ ζηαζκψλ βάζεο. Δλψ, φκσο, ζηηο επίγεηεο θηλεηέο επηθνηλσλίεο ε θηλεηηθφηεηα ησλ ρξεζηψλ δελ κπνξεί λα πξνβιεθζεί εχθνια, ζηα δίθηπα LEO είλαη εχθνιν λα πξνβιεθζεί ε θίλεζε ησλ δνξπθφξσλ θαη άξα ε επηινγή ηνπ επφκελνπ εμππεξεηνχληνο δνξπθφξνπ είλαη ζρεηηθά εχθνιε. ε νπνηαδήπνηε ζηηγκή, κπνξνχκε λα ιάβνπκε πξαγκαηηθφ ζελάξην ηνπ δνξπθνξηθνχ αζηεξηζκνχ πνπ δηεπθνιχλεη ηελ πξνζεθηηθή επηινγή ησλ δνξπθφξσλ ζε έλα επηθνηλσληαθφ κνλνπάηη κεηαμχ ησλ ηεξκαηηθψλ ζεκείσλ γηα λα απνθχγνπκε πεξηηηέο κεηαπνκπέο.

31 Δηθόλα 1.5 Κάιπςε ηεο Γεο απφ δνξπθφξνπο ρακειήο θαη γεσζηαηηθήο ηξνρηάο. Μεηαμχ ησλ δνξπθφξσλ LEO ιακβάλνπλ ρψξα ελδνεπηπεδηθέο (intraplane) θαη δηεπηπεδηθέο (interplane) δηαδνξπθνξηθέο δεχμεηο. Οη κεηαπνκπέο ζηα δνξπθνξηθά δίθηπα κπνξνχλ ηαμηλνκεζνχλ ζηα ζηξψκαηα Εεχμεο (ζηξψκα 2) θαη Γηθηχνπ (ζηξψκα 3) ηνπ πξνηχπνπ TCP/IP. Οη κεηαπνκπέο ζηξψκαηνο Εεχμεο (link layer handovers) ζπκβαίλνπλ φηαλ πξέπεη λα αιιάμνπλ κία ή πεξηζζφηεξεο δεχμεηο κεηαμχ ησλ ηεξκαηηθψλ ζεκείσλ ιφγσ δπλακηθήο κνξθήο ζπλδεζηκφηεηαο ησλ δνξπθφξσλ LEO. Οη κεηαπνκπέο ζηξψκαηνο Γηθηχνπ (network layer handovers) απαηηνχληαη ζηα βαζηζκέλα ζε IP δίθηπα επηθνηλσλίαο δεδνκέλσλ φπνπ νη δνξπθφξνη ιεηηνπξγνχλ σο θφκβνη. Σα θηλεηά ηεξκαηηθά (δνξπθφξνη ή ρξήζηεο) πνπ έρνπλ ζπλδεζηκφηεηα δηεχζπλζεο IP κπνξεί λα ρξεηαζηεί λα αιιάμνπλ ηελ δηεχζπλζε IP ηνπο ιφγσ ηεο αιιαγήο ηεο πεξηνρήο θάιπςεο ηνπ δνξπθφξνπ ή ηεο θηλεηηθφηεηαο ηνπ ρξήζηε ηεξκαηηθνχ, νπφηε πξέπεη λα κεηαλαζηεχζνπλ νη ππάξρνπζεο ζπλδέζεηο πξσηνθφιισλ πςειφηεξνπ επηπέδνπ (TCP, UDP, SCTP, θιπ) ζηελ λέα δηεχζπλζε IP. ηα δνξπθνξηθά δίθηπα θηλεηήο ηειεθσλίαο νη κεηαγσγέο είλαη ζηξψκαηνο Εεχμεο. Γηαθξίλνπκε ηηο εμήο θαηεγνξίεο κεηαγσγήο ζηξψκαηνο Εεχμεο: Μεηαπνκπή ζεκεηαθήο δέζκεο (ή θπςέιεο) Μεηαπνκπή δνξπθφξνπ Μεηαπνκπή ISL Σν ζρήκα ηεο εηθφλαο 1.6 αλαπαξηζηά κία κεηαπνκπή δέζκεο θαη κία κεηαπνκπή δνξπθφξνπ. Μεηαπνκπή ζεκεηαθήο δέζκεο ζπκβαίλεη φηαλ νη ρξήζηεο δηαζρίδνπλ ηελ πεξηνρή θάιπςεο κηαο δέζκεο θαη κεηαβαίλνπλ ζηελ πεξηνρή θάιπςεο παξαθείκελεο δέζκεο. Δθφζνλ νη παξαθείκελεο δέζκεο αλήθνπλ ζηνλ ίδην δνξπθφξν, δελ εκπιέθεηαη άιινο δνξπθφξνο ζηελ κεηαπνκπή. Οη κεηαπνκπέο δέζκεο είλαη ν πην θνηλφο ηχπνο δνξπθνξηθήο κεηαπνκπήο. Δθφζνλ ε πεξηνρή θάιπςεο κηαο ζεκεηαθήο δέζκεο είλαη ζρεηηθά κηθξή, νη κεηαπνκπέο ζεκεηαθήο δέζκεο είλαη ζπρλφηεξεο (θάζε 1-2 ιεπηά).

32 Μεηαπνκπή δνξπθφξνπ ζπκβαίλεη φηαλ έλαο δνξπθφξνο πνπ εκπιέθεηαη ζηελ ζχλδεζε κεηαμχ δχν ρξεζηψλ δελ κπνξεί λα παξέμεη εμππεξέηεζε ζε έλα ρξήζηε. Έλαο ιφγνο κπνξεί λα είλαη επεηδή ν δνξπθφξνο έρεη βγεη απφ ην νπηηθφ πεδίν ηνπ ρξήζηε. Ο ρξήζηεο πξέπεη πξψηα λα επηιέμεη ηνλ εμππεξεηνχληα δνξπθφξν αλάκεζα ζε δηαθνξεηηθνχο δνξπθφξνπο, θαη κεηά ζα εμππεξεηείηαη απφ ηελ θπςέιε πνπ θαιχπηεη ηνλ ρξήζηε. Σα θξηηήξηα επηινγήο κπνξεί λα είλαη ν κέγηζηνο ρξφλνο εμππεξέηεζεο, κέγηζηνο αξηζκφο ειεχζεξσλ δηαχισλ θαη ειάρηζηεο απφζηαζεο απφ ρξήζηε. Boedhihartono θ.α. έρνπλ πξνηείλεη σο θξηηήξην επηινγήο ηνλ ρξφλν νξαηφηεηαο, ρσξεηηθφηεηα, θαη γσλία αλχςσζεο. Απηά ηα θξηηήξηα βαζίδνληαη ζηελ πνηφηεηα δεχμεο, γεσκεηξία ζπζηήκαηνο θαη ηνπηθή θξαγή δηαχισλ. Δηθόλα 1.6 Μεηαπνκπή δέζκεο (ή θπςέιεο) θαη κεηαπνκπή δνξπθφξνπ LEO Δμαηηίαο ηεο αιιαγήο ησλ ζρεκάησλ ζπλδεζηκφηεηαο αλάκεζα ζηνπο δνξπθφξνπο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ISL (π.ρ. ζην ζχζηεκα Iridium φηαλ νη δνξπθφξνη εηζέξρνληαη ζηελ πνιηθή πεξηνρή, εηθφλα 1.7), νη δνξπθφξνη πξέπεη λα ζβήλνπλ πξνζσξηλά ηηο ISLs ηνπο. Καηά ζπλέπεηα, νη ηξέρνπζεο επηθνηλσλίεο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ απηέο ηηο ISLs πξέπεη λα αλαδξνκνινγεζνχλ, αιιά κπνξεί λα γίλεη κεγάινο αξηζκφο πξνζπαζεηψλ αλαδξνκνιφγεζεο θξαγήο θιήζεσλ. Απηή ην ζρήκα κεηαπνκπήο δελ ηζρχεη ζε ζπζηήκαηα πνπ δελ ρξεζηκνπνηνχλ ISLs. Ζ επίδνζε ησλ δηαθνξεηηθψλ ηερληθψλ κεηαπνκπήο κπνξεί λα αμηνινγεζεί ρξεζηκνπνηψληαο δχν θιαζζηθά θξηηήξηα QoS επηπέδνπ ζχλδεζεο: πηζαλφηεηα θξαγήο θιήζεο (P b ): ε πηζαλφηεηα λα ηεξκαηηζηεί κία λέα θιήζε θαηά ηελ δηάξθεηα κεηαπνκπήο πηζαλφηεηα εμαλαγθαζκέλνπ ηεξκαηηζκνχ (P f ): ε πηζαλφηεηα λα απνξξηθζεί κία κεηαπεκπφκελε θιήζε θαηά ηελ δηάξθεηα κεηαπνκπήο Τπάξρεη ζπκβηβαζκφο κεηαμχ P b θαη P f ζε δηαθνξεηηθά ζρήκαηα κεηαπνκπήο. Ζ πξνηεξαηφηεηα κπνξεί λα δνζεί κέζσ δηαθνξεηηθψλ ρεηξηζκψλ ησλ λέσλ θαη ησλ θιήζεσλ κεηαπνκπήο γηα λα κεησζεί ε θξαγή θιήζεο κεηαπνκπήο.

33 Δηθόλα 1.7 Μεηαπνκπή ISL. Παξαηεξνχκε φηη, πξνζεγγίδνληαο νη δνξπθφξνη ηνλ Βφξεην Πφιν, κεηαβάιιεηαη ην ζρήκα ησλ ηξνρηψλ ηνπο θαη νη ζρεηηθέο ζέζεηο ηνπο απφ B,A,C ζε C,A,B. 1.9 πκπεξάζκαηα Σα δνξπθνξηθά ζπζηήκαηα θηλεηήο ηειεθσλίαο αλαπηχρζεθαλ κε ζθνπφ λα παξέρνπλ ππεξεζίεο ζε πεξηνρέο φπνπ απηφ δελ είλαη εθηθηφ κε ηελ ππάξρνπζα επίγεηα θπςεισηή ππνδνκή. Γηα κεηάδνζε ηειεθσληθνχ ζήκαηνο έρεη επηθξαηήζεη ε ηξνρηά LEO, πνπ, ιφγσ θπξίσο ηεο κηθξήο απφζηαζεο απφ ηελ Γε, εγγπάηαη ρακειή θαζπζηέξεζε θαη ρακειέο απψιεηεο ζε ζχγθξηζε κε ηελ ηξνρηά GEO. Απηφ είλαη ηδηαίηεξα ζεκαληηθφ γηα επηθνηλσλίεο πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ, φπσο ε ηειεθσληθή. Γηα ηα δνξπθνξηθά ζπζηήκαηα LEO έρεη επηιερζεί χςνο ηξνρηάο γχξσ ζηα 1000 km απφ ηελ Γε θάησ απφ ηελ πξψηε δψλε van Allen. Δληνχηνηο, ππάξρνπλ θαη ζπζηήκαηα ηξνρηάο MEO θαη GEO. Σαμηδεχνληαο ην ηειεθσληθφ ζήκα ζην δνξπθνξηθφ αζχξκαην κνλνπάηη, πθίζηαηαη κία ζεηξά επηδξάζεσλ θαη εμαζζελήζεσλ, νη νπνίεο πξέπεη λα ιακβάλνληαη ζνβαξά ππ φςηλ ζηελ ζρεδίαζε ησλ ζπζηεκάησλ θαη ησλ δεχμεσλ. Ζ θπξηφηεξε πεγή εμαζζέλεζεο είλαη νη απψιεηεο δηαδξνκήο θαη ηα πδξνκεηέσξα, ελψ ππάξρεη αθφκε απνξξφθεζε ηεο αηκφζθαηξαο, ηνλνζθαηξηθέο επηδξάζεηο, πνιπφδεπζε θαη κεηαηφπηζε ζπρλφηεηαο ιφγσ Doppler, πνπ είλαη ηζρπξή ιφγσ ηεο πςειήο ζρεηηθήο ηαρχηεηαο ησλ δνξπθφξσλ LEO κε ηελ Γε. Λφγσ ηνπ κηθξνχ χςνπο ηεο ηξνρηάο LEO, απαηηνχληαη δεθάδεο δνξπθφξνη γηα ηθαλνπνηεηηθή θάιπςε. Σν απνηχπσκα ελφο δνξπθφξνπ LΔO ρσξίδεηαη ζε θπςέιεο γηα επαλάρξεζε ζπρλφηεηαο, ελψ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαη δηαθνξεηηθή πνιηθφηεηα δέζκεο θεξαίαο δνξπθφξνπ. Δπεηδή νη δνξπθφξνη LEO θηλνχληαη γχξσ απφ ηελ Γε κε κεγάιε ηαρχηεηα, κπνξνχλ λα είλαη νξαηνί κφλν γηα ιίγα ιεπηά ζηνλ ρξήζηε, νπφηε απαηηείηαη κεηαπνκπή ηνπ ζήκαηνο είηε κεηαμχ δέζκεο δνξπθφξνπ, είηε κεηαμχ δνξπθφξσλ γηα ζπλέρεηα ηεο θιήζεο. Ζ κεηαπνκπή πξέπεη λα είλαη δηαθαλήο ζηνλ ρξήζηε. ηελ κεηαπνκπή δνξπθφξνπ ε ιακβάλεη ρψξα δηαδνξπθνξηθή δεχμε, ρσξίο λα απαηηείηαη ην ζήκα δνξπθφξνπ λα θαηέιζεη ζε ζηαζκφ εδάθνπο. Απηφ είλαη εθηθηφ ζε ζπζηήκαηα πνπ δηαζέηνπλ δνξπθφξνπο κε επεμεξγαζία επί θαηαζηξψκαηνο θαη αλαιακβάλνπλ νη ίδηνη ηελ κεηαγσγή ηνπ ζήκαηνο. ε πεξίπησζε πνπ νη δνξπθφξνη κεηαζέηνπλ απιψο ηελ ζπρλφηεηα ηνπ ζήκαηνο δειαδή είλαη ηχπνπ θεθιηκέλνπ ζσιήλα είλαη απαξαίηεηε ε κεζνιάβεζε ζηαζκνχ εδάθνπο πνπ ζα αλαιάβεη ηελ κεηαγσγή ηνπ ζήκαηνο.

34 Κεθάιαην 2 Αξρηηεθηνληθή ησλ δνξπθνξηθώλ ζπζηεκάησλ θηλεηήο ηειεθσλίαο 2.1 Δηζαγσγή Έλα δνξπθνξηθφ ζχζηεκα θηλεηήο επηθνηλσλίαο έρεη ηνλ θηιφδνμν ζηφρν λα παξέρεη εμππεξέηεζε νπνπδήπνηε θαη νπνηεδήπνηε ζηελ Γε σο αλεμάξηεην νινθιεξσκέλν ζχζηεκα επηθνηλσλψλ. Γηα λα επηηεπρζεί ε ιεηηνπξγία ελφο ζπζηήκαηνο θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ επηθνηλσληψλ έρεη αλαπηπρζεί κία πνιπζχλζεηε δνκή πνπ πεξηιακβάλεη δηαζηεκηθέο θαη επίγεηεο ζπληζηψζεο αζχξκαηεο αιιά θαη ελζχξκαηεο επηθνηλσλίαο. Σππηθά έλα ζχζηεκα δνξπθνξηθψλ (εηθφλα 2.1) απνηειείηαη απφ ην ηκήκα δηαζηήκαηνο, ην ηκήκα εδάθνπο θαη ην ηκήκα ρξήζηε. Σν ηκήκα δηαζηήκαηνο απνηειείηαη απφ ηνλ αζηεξηζκφ δνξπθφξσλ πνπ απαηηνχληαη γηα παγθφζκηα θάιπςε. Σν ηκήκα εδάθνπο απνηειείηαη απφ ηνπο ζηαζκνχο εδάθνπο, θαζψο επίζεο απφ ηηο επίγεηεο εγθαζηάζεηο ειέγρνπ δηθηχνπ θαη δηαζηήκαηνο. Σέινο, ην ηκήκα ρξήζηε απνηειείηαη απφ ηηο δηαθφξσλ ηχπσλ ηεξκαηηθέο ζπζθεπέο επηθνηλσλίαο ρξήζηε. Δηθόλα 2.1 Αξρηηεθηνληθή δνξπθνξηθνχ ζπζηήκαηνο θηλεηήο ηειεθσλίαο Ππξήλαο ελφο ζπζηήκαηνο θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ ππεξεζηψλ είλαη αζθαιψο ν ηειεπηθνηλσληαθφο δνξπθφξνο. Σν θεθάιαην απηφ μεθηλά κε πεξηγξαθή ηεο δνκήο θαη ησλ ππνζπζηεκάησλ ελφο ηειεπηθνηλσληαθνχ δνξπθφξνπ. Έκθαζε δίλεηαη ζηνλ δνξπθνξηθφ αλακεηαδφηε πνπ απνηειεί ην θεληξηθφ ππνζχζηεκα ελφο επηθνηλσληαθνχ δνξπθφξνπ θαη βάζεη ηνπ νπνίνπ γίλεηαη ε ηαμηλφκεζε ησλ ηειεπηθνηλσληαθψλ δνξπθφξσλ. Αθνινπζεί επηζθφπεζε ησλ ζπληζησζψλ ηεο επίγεηαο ππνδνκήο ελφο ζπζηήκαηνο δνξπθνξηθήο θηλεηήο επηθνηλσλίαο θαη ησλ

35 ηεξκαηηθψλ ρξήζηε. Θα δνχκε επίζεο ηελ αξρηηεθηνληθή ησλ δχν πην δεκνθηιψλ ζπζηεκάησλ LEO MSS, Iridium θαη Globalstar, πνπ δηέπνληαη ζπλνιηθά απφ δηαθνξεηηθή θηινζνθία ζε θάζε ζρεδφλ παξάκεηξν επηθνηλσλίαο. Σα δχν απηά ζπζηήκαηα απνηεινχλ ηδαληθά παξαδείγκαηα δηαθνξεηηθήο πξνζέγγηζεο ηεο θηλεηήο δνξπθνξηθήο επηθνηλσλίαο. 2.2 Σειεπηθνηλσληαθόο δνξπθόξνο Ο ηειεπηθνηλσληαθφο δνξπθφξνο απνηειεί ηνλ ππξήλα ελφο ζπζηήκαηνο δνξπθνξηθήο επηθνηλσλίαο. Ο ηειεπηθνηλσληαθφο δνξπθφξνο κπνξεί λα ζεσξεζεί σο κεηαγσγέαο ζήκαηνο κεηαμχ δχν πεξηνρψλ ηεο Γεο θαη ζηα ζπζηήκαηα θηλεηήο επηθνηλσλίαο κπνξεί λα επηθνηλσλεί είηε κε δνξπθνξηθά ηειέθσλα κε δεχμεηο δψλεο L, είηε κε ζηαζκνχο γεο κε δεχμεηο δψλεο K a, είηε κε άιινπο δνξπθφξνπο κέζσ ISL δψλεο K a. Γηα λα θαηαζηεί έλαο ηειεπηθνηλσληαθφο δνξπθφξνο ιεηηνπξγηθφο, ζα πξέπεη λα έρεη ηελ θαηάιιειε θαηαζθεπαζηηθή δνκή. Παξάιιεια, εθηφο απφ ηα ππνζπζηήκαηα επηθνηλσληψλ, δηαζέηεη ζπζηήκαηα ππνζηήξημεο γηα λα εμαζθαιίδεη ηελ απαηηνχκελε ελέξγεηα, λα ιεηηνπξγεί εχξπζκα, λα δηαηεξεί ηελ ηξνρηά ηνπ, θαη λα βξίζθεηαη ζε επηθνηλσλία κε ηα επίγεηα θέληξα ειέγρνπ. Ζ εηθφλα 2.2 δείρλεη ηα ζπληζηψληα κέξε ελφο δνξπθφξνπ Iridium Καηαζθεπαζηηθή ζρεδίαζε Ζ θαηαζθεπή ελφο δηαζηεκνζθάθνπο είλαη ζρεδηαζκέλε λα ζηεγάδεη, λα ππνζηεξίδεη θαη λα πξνζηαηεχεη ηα δηάθνξα ππνζπζηήκαηα θαη θνκκάηηα ελφο δνξπθφξνπ θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο δσήο ηνπ. Οη κεγαιχηεξεο δπλακηθέο θαη αδξαλεηαθέο ηάζεηο ζηελ θαηαζθεπή θαη ηνλ ζπλνδεπηηθφ εμνπιηζκφ ζπκβαίλνπλ θαηά ηελ θάζε εθηφμεπζεο. Καηά ηελ δηάξθεηα απηνχ ηνπ θχθινπ, ν δνξπθφξνο ππφθεηηαη ζε κεραληθέο θαη αθνπζηηθέο δνλήζεηο θαη θξαδαζκνχο απφ ηηο κεραλέο ηνπ νρήκαηνο εθηφμεπζεο θαη ζεξκηθέο δνλήζεηο ζρεηηδφκελεο κε ηα πηεξά ησλ πξνσζεηηθψλ ππξαχισλ θαη ηελ ηξηβή ηνπ αέξα. Σν δηαζηεκνζθάθνο πξνζηαηεχεηαη θαηά ηελ δηάξθεηα απηήο ηεο αεξνδπλακηθήο θάζεο κε πεξίθξαμε ή «θσληθή κχηε». Καηφπηλ, ε θσληθή κχηε εγθαηαιείπεη θαη ην δηαζηεκνζθάθνο πξέπεη λα επηβηψζεη ηηο αδξαλεηαθέο θαη ζεξκηθέο δνλήζεηο ησλ πξφζζεησλ ζηαδίσλ πξφσζεο κέρξη λα εηζαρζεί ζηελ δηθή ηνπο ηξνρηά. Καηά ηελ ηξνρηαθή ή επηρεηξεζηαθή θάζε, ε θαηαζθεπή πξέπεη λα πξνζηαηεχεη ηνλ δνξπθνξηθφ εμνπιηζκφ απφ ην πεξηβάιινλ ηνπ δηαζηήκαηνο (έιιεηςε βαξχηεηαο, θελφ, ζεξκφηεηα, θιπ) θαη άιιεο ζρεηηθά κηθξέο δπλακηθέο δπλάκεηο πνπ παξάγνληαη απφ ηηο κεραλέο δηαηήξεζεο ζηαζκνχ θαη ειέγρνπ πξνζαλαηνιηζκνχ ή ζπζθεπέο αδξάλεηαο/νξκήο. Ζ ηνπνζέηεζε ησλ ζπζθεπψλ, φπσο ειηαθψλ πηλάθσλ θαη κεγάισλ θεξαηψλ, απαηηεί εηδηθέο ηερληθέο ζην θελφ ηνπ δηαζηήκαηνο ιφγσ ηεο έιιεηςεο πγξνχ κέζνπ, φπσο αέξα.

36 Δηθόλα 2.2 Γνκή δνξπθφξνπ Iridium. Γηαθξίλνληαη ηα δηάθνξα ππνζπζηήκαηα ηνπ δνξπθφξνπ: ειηαθνί πίλαθεο, εμαξηήκαηα ζπζζσξεπηψλ, δνκή αξηεξίαο, θεξαίεο επηθνηλσλίαο κε ρεηξνζπζθεπέο ρξήζηε, θεξαίεο ππιψλ, θεξαίεο δηαζχλδεζεο (δηαδνξπθνξηθψλ δεχμεσλ) Τπάξρνπλ δχν θχξηνη θαηαζθεπαζηηθνί ηχπνη πνπ έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί εθηεηακέλα ζηελ ζρεδίαζε δνξπθφξσλ: δηαζηεκνζθάθνο πεξηζηξνθηθήο ζηαζεξνπνίεζεο θαη δηαζηεκνζθάθνο ζηαζεξνπνίεζεο ηξηαμνληθνχ ζψκαηνο. Οη δνκέο πεξηζηξνθηθήο ζηαζεξνπνίεζεο έρνπλ ζπλήζσο ηπκπαλνεηδέο ζρήκα, ζην νπνίν κέξνο ηνπ ηπκπάλνπ πεξηζηξέθεηαη ( rpm), θαη κέξνο φρη, ψζηε θεξαία πξνζαξκνζκέλε ζε απηφ ην κέξνο λα είλαη πάληνηε ζηξακκέλε πξνο ηελ Γε. Οη δνκέο ζηαζεξνπνίεζεο ζψκαηνο έρνπλ ζπλήζσο ζρήκα θνπηηνχ κε ηεηξάγσλεο ή νξζνγψληεο πιεπξέο, θαη κε εμσηεξηθά εμαξηήκαηα γηα λα θηινμελεί ηα ππνζπζηήκαηα θαη ηα κέξε πνπ πξέπεη λα ιεηηνπξγήζνπλ εθηφο ηεο πεξίθξαμεο. Σν θνπηί πεξηζηξέθεηαη κία θνξά γηα θάζε θχθισζε ηεο Γεο ψζηε ε πιεπξά κε εμσηεξηθά ηνπνζεηεκέλεο θεξαίεο ζα είλαη πάληνηε ζηξακκέλεο πξνο ηε Γε. Δπεηδή ε ρακειή κάδα είλαη εμαηξεηηθά ζεκαληηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ζηελ θαηαζθεπή ηνπ δνξπθφξνπ, ην θχξην πιαίζην απνηειείηαη απφ ηζρπξά ειαθξά κέηαιια, φπσο θξάκαηα αινπκηλίνπ ή καγλεζίνπ, θαη ζχλζεηεο θαηαζθεπέο εηδηθψλ πιαζηηθψλ ή ηλσδψλ πιηθψλ. Βνεζεηηθέο θαηαζθεπέο γηα ειηαθνχο πίλαθεο, θεξαίεο θαη άιινο ζρεηηθά κεγάινο εμνπιηζκφο βαζίδεηαη ζε πιήζνο πξνεγκέλσλ θαηαζθεπαζηηθψλ ζρεδηάζεσλ θαη πιηθψλ, φπσο αλζξαθνλήκαηα θαη επνμεηδηθή ξεηίλε. Νέεο πξφνδνη ζε ηζρπξέο ειαθξέο θαηαζθεπέο θαη πιηθά (φπσο αλζξαθνλήκαηα λαλνιπρληψλ) πηζαλψο ζα παξέμνπλ ζεκαληηθή πξφνδν ζην κέιινλ ύζηεκα ζεξκηθνύ ειέγρνπ Ο πξνθαλήο ζηφρνο ηνπ ζπζηήκαηνο ζεξκηθνχ ειέγρνπ (thermal control system, TCS) είλαη λα δηαζθαιίζεη φηη ν εμνπιηζκφο εληφο θαη γχξσ απφ ην δηαζηεκνζθάθνο δηαηεξείηαη ζε ζεξκνθξαζίεο πνπ ζα παξέρνπλ επηηπρείο ιεηηνπξγίεο. Τπάξρνπλ πνιινί παξάγνληεο πνπ πξέπεη λα ππνινγηζηνχλ ζηελ ζρεδίαζε ηνπ TCS εθφζνλ νη δνξπθφξνη ζην δηάζηεκα ππφθεηληαη ζε ζεξκηθφ πεξηβάιινλ πνπ είλαη πνιχ

37 δηαθνξεηηθφ εθείλνπ ζηελ Γε φπνπ ππάξρεη βαξχηεηα θαη ξεπζηφ κέζν (αέξαο). ην δηάζηεκα, ιφγσ ηνπ θελνχ, ν κφλνο κεραληζκφο κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο απφ θαη πξνο ην δηαζηεκνζθάθνο είλαη εθείλνο ηεο αθηηλνβνιίαο. Σν δηαζηεκνζθάθνο ιακβάλεη ζεξκηθή ελέξγεηα απφ ηνλ Ήιην, αλαθιψκελε ειηαθή ελέξγεηα απφ ηελ Γε θαη ηελ ειήλε, θαη αλαιφγσο ησλ ζεξκνθξαζηψλ ηεο επηθάλεηαο ηνπ δνξπθφξνπ, ιακβάλεη ή εθπέκπεη ζεξκηθή ελέξγεηα ζηελ Γε θαη ηελ ειήλε. Δπηπιένλ, ην ζεξκηθφ πεξηβάιινλ ζηνλ δηάζηεκα κεηαβάιιεηαη δηαξθψο γηα δνξπθφξν Γεο. Κάζε πιεπξά ηνπ δνξπθφξνπ κπνξεί λα εθηίζεηαη ζην κνλαδηθφ ηεο πεξηβάιινλ. Σν δηαζηεκνζθάθνο κπνξεί λα αληηκεησπίδεη κεηαβνιέο ζηελ έθζεζε ζηνλ ήιην, επνρηθέο κεηαβνιέο σο πξνο ηελ Γε θαη ηνλ Ήιην, πεξηφδνπο έθιεηςεο θαη κεηαβαιιφκελεο αλαθιάζεηο ειηαθήο ελέξγεηαο απφ ηελ Γε ιφγσ λεθνζθεπήο. Ζ θχξηα θαηαζθεπή ηνπ δνξπθφξνπ, πνπ πεξηέρεη ηνλ ηειεπηθνηλσληαθφ θαη ππνζηεξηθηηθφ εμνπιηζκφ, θαηαζθεπάδεηαη κε ζπλδπαζκφ ζεξκηθήο κφλσζεο θαη αγψγηκσλ πιηθψλ ψζηε ζεξκνθξαζίεο εληφο ηεο θαηαζθεπήο λα δηαηεξνχληαη εληφο ηθαλνπνηεηηθψλ νξίσλ. Τπεξκνλψζεηο πνιιαπιψλ ζηξσκάησλ πιαζηηθνχ επελδεδπκέλνπ κε εμφρσο αλαθιαζηηθά πιηθά, βειηησκέλεο θαηά ηάμεηο κεγέζνπο επί ησλ αληίζηνηρσλ επίγεησλ, είλαη εθηθηέο ζην θελφ ηνπ δηαζηήκαηνο. Ζ παξαγφκελε ζεξκφηεηα απφ εληζρπηέο ηζρχνο, θηλεηήξεο, ζεξκαληήξεο, θιπ, πξέπεη λα άγεηαη ή λα κεηαθέξεηαη ζηηο εμσηεξηθέο επηθάλεηεο φπσο κπνξεί λα εθιπζεί. Δμσηεξηθέο θαηαζθεπέο, φπσο ειηαθνί πίλαθεο θαη θεξαίεο, απαηηνχλ εηδηθνχο ππνινγηζκνχο (π.ρ. επελδχζεηο) εθφζνλ ππφθεηληαη ζην πεξηβάιινλ πιήξνπο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ελφο δνξπθφξνπ γεο ύζηεκα ειέγρνπ πξνζαλαηνιηζκνύ θαη ηξνρηάο Σα δηαζηεκνζθάθε εμνπιίδνληαη κε ηνπο απαξαίηεηνπο αηζζεηήξεο θαη ιεηηνπξγηθέο ζπζθεπέο ψζηε ηα θέληξα ειέγρνπ παξαθνινχζεζεο πνπ βξίζθνληαη ζηελ Γε λα κπνξνχλ λα δηαηεξνχλ ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ θαη ηελ ζέζε ηεο ηξνρηάο ηνπ δηαζηεκνζθάθνπο εληφο πξνζδηνξηζκέλσλ νξίσλ θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο επηρεηξεζηαθήο δσήο ηνπ. Οη δνξπθφξνη GSO, γηα παξάδεηγκα, ζπλήζσο ειέγρνληαη ζε αηνκηθή βάζε θαη δηαηεξνχληαη ζε ζπγθεθξηκέλε ζέζε ηξνρηάο εληφο ±0,05 γεσγξαθηθνχ κήθνπο θαη πιάηνπο. Οη απαηηήζεηο εζηίαζεο ηεο δέζκεο θεξαίαο πεξηνξίδνληαη ζπλήζσο ζε ±0,10. Οη δνξπθφξνη non-gso, ζηνλ αληίπνδα, κπνξεί λα ρξεηάδνληαη ή φρη δηαηήξεζε ζηαζκνχ, αλαιφγσο ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ θάιπςεο ηνπ δνξπθνξηθνχ αζηεξηζκνχ. Ζ ηάζεηο ηεο ζπλνιηθήο ζρεδίαζεο γηα ηα ζπζηήκαηα ηξνρηάο θαη ζπκπεξηθνξάο είλαη ν απηνκαηηζκφο ησλ ιεηηνπξγηψλ ειέγρνπ ψζηε κηθξέο νκάδεο ειεγθηψλ λα εθηεινχλ ηηο ιεηηνπξγίεο εδάθνπο. Ο ζθνπφο ηνπ ππνζπζηήκαηνο ειέγρνπ πξνζαλαηνιηζκνχ είλαη λα δηαηεξεί ηελ δέζκε RF ηεο θεξαίαο εζηηαζκέλε ζηηο πξννξηδφκελεο πεξηνρέο ζηελ Γε. Ο άμνλαο ηεο πιαηθφξκαο πνπ θέξεη ηηο θεξαίεο είλαη θηηαγκέλνο λα εζηηάδεη πξνο ην θέληξν ηεο Γεο θαη νη θεξαίαο θνξηψλνληαη ζρεηηθά κε απηή ηελ πιαηθφξκα ψζηε λα θαηεπζχλνληαη πξνο ηελ απαηηνχκελε πεξηνρή. Ζ δηαδηθαζία ειέγρνπ πξνζαλαηνιηζκνχ εκπιέθεη: κέηξεζε ηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ ηνπ δνξπθφξνπ κε αηζζεηήξεο, ζχγθξηζε ησλ απνηειεζκάησλ απηψλ ησλ κεηξήζεσλ κε ηηο απαηηνχκελεο ηηκέο, ππνινγηζκφ ησλ δηνξζψζεσλ πνπ πξέπεη λα γίλνπλ γηα λα ειαηησζνχλ ηα ζθάικαηα,

38 εηζαγσγή απηψλ ησλ δηνξζψζεσλ κε ρεηξηζκφ ησλ θαηάιιεισλ κνλάδσλ ξνπήο. Σξερφλησο φινη ηχπνη ειέγρνπ πξνζαλαηνιηζκνχ βαζίδνληαη ζηελ ζπληήξεζε ηεο γσληαθήο νξκήο ζε πεξηζηξεθφκελν ζηνηρείν. Γηαθξίλνπκε ζπζηήκαηα ζηαζεξνπνίεζεο πεξηζηξνθήο θαη ηξηαμνληθήο ζηαζεξνπνίεζεο. ηελ πξψηε πεξίπησζε, ν δνξπθφξνο πεξηζηξέθεηαη ηαρέσο πεξί ελφο απφ ηνπο θχξηνπο άμνλεο αδξάλεηαο. ηελ πεξίπησζε ζπζηεκάησλ ηξηαμνληθήο ζηαζεξνπνίεζεο, ε θεξαία είλαη κέξνο ηνπ δνξπθφξνπ πνπ δηαηεξεί ζηαζεξφ πξνζαλαηνιηζκφ σο πξνο ηελ Γε, εθηφο απφ ηηο ειηαθέο ζπζηνηρίεο πνπ πεξηζηξέθνληαη γηα λα δείρλνπλ πξνο ηνλ Ήιην. Απνπζία νπνηαζδήπνηε ξνπήο δηαηαξαρήο, ν δνξπθφξνο δηαηεξεί ηελ γσληαθή νξκή ηνπ ζε ζηαζεξή θαηεχζπλζε ζε απφιπην πιαίζην αλαθνξάο. Γηα γεσζηαηηθφ δνξπθφξν, ζπλεπψο, ν άμνλαο πεξηζηξνθήο πξέπεη λα είλαη παξάιιεινο ηνπ άμνλα πεξηζηξνθήο ηεο Γεο. Οη ξνπέο δηαηαξαρήο παξάγνπλ δχν θαηλφκελα: κεηψλνπλ ηελ ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο ηνπ δνξπθφξνπ θαη επεξεάδνπλ ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ ηνπ άμνλα πεξηζηξνθήο. Οπνηνδήπνηε ζχζηεκα ζηαζεξνπνίεζεο ρξεζηκνπνηείηαη, ν ξπζκφο νιίζζεζεο ηεο πιαηθφξκαο πξνζαλαηνιηζκνχ (ιφγσ πξσηίζησο ηεο πίεζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο) είλαη ηεο ηάμεο 0,02 αλά ψξα. Όηαλ ε νιίζζεζε εκθαλίδεηαη σο ζθάικα ζηελ εζηίαζε Βνξξά-Νφηνπ (ζπλήζσο θαιείηαη ζθάικα «πεξηηχιημεο»), δηνξζψλεηαη κέζσ ηεο ρξήζεο κηθξψλ πξνσζεηηθψλ ππξαχισλ, καγλεηηθψλ ξνπψλ, ή αιιάδνληαο ηελ ζέζε ησλ ειηαθψλ ηζηίσλ. Σα ζθάικαηα πεξί ηελ γξακκή δηαζηεκνζθάθνο/γε επηηξέπεηαη λα ζπζζσξεχνληαη, θαζψο ηέηνηα ζθάικαηα έρνπλ κηθξή κφλνλ επίδξαζε ηελ επίδνζε επηθνηλσλίαο, θαη εκθαλίδνληαη εληφο ησλ επφκελσλ έμη σξψλ σο ζθάικαηα εζηίαζεο Βνξξά-Νφηνπ. Σα ζθάικαηα εζηίαζεο ζηελ θαηεχζπλζε Αλαηνιή-Γχζε (ζπρλά θαινχληαη ζθάικαηα εθηίλαμεο) δηνξζψλνληαη επηηαρχλνληαο/επηβξαδχλνληαο ηελ ζρεηηθή πεξηζηξνθή κεηαμχ ησλ ζηνηρείσλ πεξηζηξνθήο θαη απνπεξηζηξνθήο ύζηεκα ηζρύνο Οη απαηηήζεηο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο γηα ηνπο επηθνηλσληαθνχο δνξπθφξνπο έρνπλ απμεζεί ζεκαληηθά ηηο ηειεπηαίεο δεθαεηίεο θαζψο ηα ζπζηήκαηα εθηφμεπζεο έρνπλ γίλεη πην ηζρπξά θαη κπνξνχλ λα εηζάγνπλ ζε ηξνρηά σθέιηκα θνξηία 2000 σο 5000 kg. Ζ αχμεζε ηνπ αξηζκνχ αλακεηαδνηψλ (40-50 ζπλεζηζκέλνο αξηζκφο), ηεο ηζρχνο ησλ εληζρπηψλ ηζρχνο θάζε αλακεηαδφηε θαη ε εηζαγσγή πβξηδηθψλ δνξπθφξσλ ζηνπο νπνίνπο ρξεζηκνπνηνχληαη ακθφηεξεο νη δψλεο 6/4 GHz θαη 14/10-12 GHz έρνπλ απμήζεη ηηο αλάγθεο ησλ δνξπθφξσλ ζε ελέξγεηα θαη δε ειεθηξηθή. Οη ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο ησλ δνξπθνξηθψλ ζπζηεκάησλ non-gso είλαη γεληθά ρακειφηεξεο αλά δνξπθφξν εμαηηίαο ησλ βξαρχηεξσλ απνζηάζεσλ εθπνκπήο, κηθξφηεξνπ εχξνπο δψλεο θαη ιηγφηεξσλ αλακεηαδνηψλ κεηαμχ άιισλ παξαγφλησλ. Κπκαίλνληαη απφ 0,5 kw (little LEOs) σο 3 kw (big LEOs) αλά δηαζηεκνζθάθνο. Έρεη επηθξαηήζεη ε ειηαθή σο πξσηαξρηθή πεγή ελέξγεηαο. Υξεζηκνπνηνχληαη ζπζηνηρίεο ειηαθψλ θπςειψλ ππξηηίνπ θαη αξζεληθνχρνπ γαιιίνπ. Σα θπξηφηεξα ζηνηρεία ηνπ ζπζηήκαηνο παξνρήο ελέξγεηαο ελφο επηθνηλσληαθνχ δνξπθφξνπ πεξηιακβάλνπλ: γελλήηξηεο ηζρχνο (ζπλήζσο ζπζηνηρίεο ειηαθψλ θπηηάξσλ ηνπνζεηεκέλσλ ζην πεξηζηξεθφκελν ζψκα πεξηζηξεθφκελνπ δνξπθφξνπ ή ζηα θνππηά γηα ηξηαμνληθψο ζηαζεξνπνηνχκελνπο δνξπθφξνπο

39 ειεθηξηθέο ζπζθεπέο απνζήθεπζεο φπσο ζπζζσξεπηέο γηα ιεηηνπξγία θαηά ηελ δηάξθεηα ειηαθψλ εθιείςεσλ ειεθηξηθή θαισδίσζε γηα λα άγεηαη ν ειεθηξηζκφο ζε φιν ηνλ εμνπιηζκφ πνπ απαηηεί ηζρχ κεηαηξνπείο θαη ξπζκηζηέο πνπ δηαλέκνπλ ξπζκηζκέλεο ηάζεηο θαη ξεχκαηα ζηνλ εμνπιηζκφ ην ππνζχζηεκα ειεθηξηθνχ ειέγρνπ θαη πξνζηαζίαο πνπ ζρεηίδεηαη κε ηνλ ππνζχζηεκα ηειειέγρνπ θαη ηειεκεηξίαο. Σν κέγηζην κέξνο ηεο νιηθήο ηζρχνο δεηείηαη απφ ηνπο αλακεηαδφηεο ηνπ ηειεπηθνηλσληαθνχ ζπζηήκαηνο ζε πνζνζηφ 70-80%, κε ηελ θφξηηζε ησλ ζπζζσξεπηψλ λα απαηηεί 5-10%, ηνλ ζεξκηθφ έιεγρν 7-12%, ηελ ηρλειάηεζε, ηειεκεηξία θαη έιεγρν πεξίπνπ 2-4%, ηνλ έιεγρν πξνζαλαηνιηζκνχ θαη δηαηήξεζεο ζηαζκνχ 3-5%, θαη ην ππφινηπν 2-4% Σειεκεηξία, ηρλειάηεζε θαη έιεγρνο Ζ θαηάζηαζε ησλ ελεξγψλ ζπληζησζψλ θαη πφξσλ ελφο δνξπθνξηθνχ ζπζηήκαηνο ζπιιέγνληαη απφ εηδηθνχο αηζζεηήξεο θαηαλεκεκέλνπο δηακέζνπ ηνπ αεξνζθάθνπο. Απηά ηα δεδνκέλα θαηφπηλ εθπέκπνληαη πεξηνδηθά ή θαηφπηλ εληνιήο ζηνλ θέληξν ειέγρνπ εδάθνπο απφ ην ππνζχζηεκα ηειεκεηξίαο. Σα ζήκαηα ειέγρνπ εθπέκπνληαη απφ ην GCC ζηνλ δνξπθφξν γηα λα ηθαλνπνηεζνχλ νη ιεηηνπξγηθέο απαηηήζεηο ηεο απνζηνιήο ή πξνο απάληεζε ζπλζεθψλ έθηαθηεο αλάγθεο. Ζ ζέζε ηνπ δνξπθφξνπ εληνπίδεηαη ζηέιλνληαο ζήκα ζχληαμεο ζηνλ (δεχμε εληνιήο) θαη απφ (δεχμε ηειεκεηξίαο) ηνλ δνξπθφξν. Απηφ ην ζήκα θαηφπηλ πθίζηαηαη επεμεξγαζία γηα λα απνθηεζεί ην επίπεδν αθξίβεηαο πνπ απαηηείηαη γηα ηελ δηαηήξεζε ηνπ ζηαζκνχ θαη επαλεληνπηζκνχ ηνπ δνξπθφξνπ. Ζ ζπλήζεο αθνινπζία ησλ ιεηηνπξγηψλ ηειεκεηξίαο, ηρλειαζίαο θαη εληνιήο (telemetry, tracking and command, TT&C) κπνξεί λα πεξηγξαθεί σο εμήο: ιήςε θαη απνδηακφξθσζε (ελίνηε απνθσδηθνπνίεζε) ζεκάησλ εληνιήο πνπ πξννξίδνληαη λα δηαηεξήζνπλ ηνλ δνξπθφξν ιεηηνπξγηθφ θαη λα πξνζαξκφζνπλ ην σθέιηκν θνξηίν ζηηο απαηηήζεηο ηεο απνζηνιήοˑ ζπιινγή, κνξθνπνίεζε θαη εθπνκπή ησλ ζεκάησλ ηειεκεηξίαο γηα ηνλ κφληκν έιεγρν νιφθιεξνπ ηνπ δνξπθφξνπˑ κεηαθνξά, θαηφπηλ απνδηακφξθσζε θαη αλαδηακφξθσζε, ησλ ζεκάησλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ζχληαμε. Σν ζχζηεκα ΣΣ&C πξέπεη λα ιεηηνπξγεί αμηφπηζηα δηακέζνπ φισλ ησλ θάζεσλ ηεο δσήο ελφο δνξπθφξνπ θαη απαηηεί πιενλαζκφ ζε θάπνηνλ απφ ηνλ εμνπιηζκφ ηνπ. Υξεζηκνπνηείηαη παγθαηεπζπληηθή θεξαία θαηά ηηο επηρεηξήζεηο κεηαθνξάο-ηξνρηάο ή ζε πεξηπηψζεηο απνπξνζαλαηνιηζκνχ ηνπ δνξπθφξνπ. Καηά ηηο θαλνληθέο ιεηηνπξγίεο επί ζηαζκνχ, ρξεζηκνπνηνχληαη νη πςεινχ θέξδνπο θεξαίεο γηα ηελ εθπνκπή θαη ιήςε ζεκάησλ TT&C. Ο θαηαζθεπαζηήο ηνπ δνξπθφξνπ ζπλήζσο ζρεδηάδεη ην ζχζηεκα TT&C απφ ην ππάξρνληα πξφηππα πνπ έρνπλ αλαπηπρζεί. Οη δψλεο ζπρλνηήησλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηα ζήκαηα TT&C είλαη γεληθά απφ ηα άθξα ησλ ιεηηνπξγηθψλ δσλψλ FSS (6/4 GHz, 14/10-12 GHz, θιπ), παξφηη ην ζχζηεκα ηεο παγθαηεπζπληηθήο θεξαίαο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεί ρακειφηεξε δψλε ζπρλνηήησλ γηα λα ειαρηζηνπνηήζεη ηεο απαηηήζεηο ελέξγεηαο δεχμεο.

40 2.2.5 Αλακεηαδόηεο Ο αλακεηαδφηεο (transponder, transceiver + responder) είλαη ην σθέιηκν θνξηίν ελφο επηθνηλσληαθνχ δνξπθφξνπ. Ο αλακεηαδφηεο είλαη έλαο επξπδσληθφο δίαπινο RF πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα εληζρχεη έλα ή πεξηζζφηεξνπο θνξείο ζηελ πιεπξά θάησ δεχμεο ελφο επηθνηλσληαθνχ δνξπθφξνπ. ηα δνξπθνξηθά ζπζηήκαηα MSS ζπλαληνχκε ηνπο ηχπνπο θεθιηκέλνπ ζσιήλα (bent pipe) θαη επεμεξγαζίαο επί θαηαζηξψκαηνο (on-board processing). Οη αλακεηαδφηεο θεθιηκέλνπ ζσιήλα απιψο εληζρχνπλ θαη κεηαζέηνπλ ζπρλνηηθά ην ιακβαλφκελν ζήκα, ελψ νη αλακεηαδφηεο επεμεξγαζίαο επί θαηαζηξψκαηνο απνδηακνξθψλνπλ ην ιακβαλφκελν ζήκα, ην επεμεξγάδνληαη ζηελ βαζηθή δψλε, θαη ζε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο κεηαγσγή επί θαηαζηξψκαηνο (on-board switching, OBS). Σα θχξηα ζηνηρεία ελφο δνξπθνξηθνχ αλακεηαδφηε ακθφηεξσλ ησλ θαηεγνξηψλ είλαη: Δληζρπηήο ρακεινχ ζνξχβνπ (low noise amplifier, LNA): Δληζρχνπλ ηα αζζελή ζήκαηα πνπ ιακβάλνληαη απφ ηηο θεξαίεο, δίρσο λα εληζρχνπλ ηνλ ζφξπβν. Κάησ κεηαηξνπέαο ζπρλφηεηαο (Low noise block down-converter, LNB): Απνηειείηαη απφ κείθηε θαη ηνπηθφ ηαιαλησηή. Ο κείθηεο πνιιαπιαζηάδεη ην ιακβαλφκελν ζήκα κε ην ζήκα ελφο ηνπηθνχ ηαιαλησηή (εηεξφδπλνο δέθηεο) θαη ιακβάλεηαη ε ρακειή ζπληζηψζα. ηελ πεξίπησζε ππεξεηεξφδπλνπ δέθηε, ρξεζηκνπνηνχληαη δχν θάησ κεηαηξνπείο, απφ ηνπο νπνίνπο ν πξψηνο κεηαζέηεη ην ζήκα ζε ελδηάκεζε ζπρλφηεηα (intermediate frequency, IF) πξνο ελίζρπζε. Εσλνπεξαηά θίιηξα θαη εληζρπηέο ζηα ελδηάκεζα ζηάδηα Άλσ κεηαηξνπέαο ζπρλφηεηαο (Block up-converter, BUC): ε αληίζεζε κε ηνλ LNB, κεηαζέηεη ην πξνο εθπνκπή ζήκα ζε πςειφηεξε ζπρλφηεηα. Δληζρπηήο πςειήο ηζρχνο (high power amplifier, HPA): Δληζρχεη ην πξνο εθπνκπή ζήκα. Λφγσ ηεο κε γξακκηθήο ραξαθηεξηζηηθήο ηνπ ζε πςειέο ηζρχο, δεκηνπξγνχληαη θαηλφκελα ελδνδηακφξθσζεο. Γη απηφ απνθεχγεηαη ε ιεηηνπξγία ζε πςειέο ζπρλφηεηεο κεηψλνληαο ηελ ηζρχ ηνπ πξνο εθπνκπή ζήκαηνο (back-off). Ο HPA ζηεξεάο θαηάζηαζεο solid state HPA, SSHPA) έρνπλ αληηθαηαζηήζεη ηηο ιπρλίεο νδεχνληνο θχκαηνο (travelling wave tube amplifier, TWTA) ιφγσ θαιχηεξσλ ραξαθηεξηζηηθψλ ζε ηίκεκα, δσή ιεηηνπξγίαο, επίδνζε ελδνδηακφξθσζεο, θαηαλάισζε ηζρχνο θαη επίπεδν ηάζεο DC ιεηηνπξγίαο. Έλαο αλακεηαδφηεο επεμεξγαζίαο επί θαηαζηξψκαηνο πεξηιακβάλεη πξφζζεηα ζηνηρεία, φπσο απνδηακνξθσηέο, απνθσδηθνπνηεηέο, κήηξεο δξνκνιφγεζεο (πεξίπησζε OBS), θσδηθνπνεηέο θαη δηακνξθσηέο. Ζ εηθφλα 2.3 δείρλεη έλα ηππηθφ αλακεηαδφηε εχξνπο δψλεο 500 MHz δψλεο C κε δηαχινπο 36 MHz θαη δψλεο θξνχξεζεο 4 MHz. Οη δίαπινη είλαη επηθαιππηφκελνη, αιιά απνθεχγεηαη ε παξεκβνιή ιφγσ δηαθνξεηηθήο πφισζεο (νξηδφληηαο (a) θαη θάζεηεο (b)) ησλ επηθαιππηφκελσλ δηαχισλ.

41 Δηθόλα 2.3 Σππηθφο αλακεηαδφηεο εχξνπο δψλεο 500 MHz δψλεο C Αλακεηαδόηεο θεθιηκέλνπ ζσιήλα Οη αλακεηαδφηεο θεθιηκέλνπ ζσιήλα θαινχληαη έηζη επεηδή ιακβάλνπλ κία δψλε ζπρλνηήησλ θαη ηελ αλακεηαδίδνπλ κεηαηνπηζκέλε, φπσο έλαο θεθιηκέλνο ζσιήλαο αιιάδεη ηελ δηεχζπλζε ξένληνο λεξνχ. Υξεζηκνπνηνχληαη ηαιαλησηήο θαη κίθηεο επί θαηαζηξψκαηνο γηα λα κεηαθξάζνπλ ηελ δψλε άλσ δεχμεο ζε δηαθνξεηηθή δψλε θάησ δεχμεο. Ζ κεηάθξαζε γίλεηαη γηα λα δηαρσξηζηνχλ ηα ζήκαηα άλσ θαη θάησ δεχμεο ψζηε λα απνηξαπεί παξεκβνιή ζήκαηνο. Ζ ζπρλφηεηα άλσ δεχμεο είλαη πάληνηε πςειφηεξε ηεο ζπρλφηεηαο θάησ δεχμεο θαζψο έλαο ζηαζκφο εδάθνπο κπνξεί λα ππνζηεξίμεη θεξαία κεγαιχηεξνπ κεγέζνπο, ελψ ην κέγεζνο ηεο θεξαίαο δνξπθφξνπ είλαη ζηαζεξφ θαζψο ην θέξδνο είλαη πςειφηεξν ζε πςειφηεξεο ζπρλφηεηεο. Δηθόλα 2.3 Αλακεηαδφηεο θεθιηκέλνπ ζσιήλα Ο εληζρπηήο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη κπνξεί λα είλαη γξακκηθφο ή κε γξακκηθφο. Οη γξακκηθνί εληζρπηέο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα ειαρηζηνπνηήζνπλ ηελ παξαδηαθσλία. Γηα λα δηαηεξεζεί έλαο εληζρπηήο ζε γξακκηθή πεξηνρή ρξεζηκνπνηνχκε απηφκαην έιεγρν θέξδνπο (automatic gain control, AGC). Αλ ν εληζρπηήο ιεηηνπξγεί ζε κε γξακκηθφ ηξφπν απμάλεη ηελ παξαδηαθσλία πνπ πξνθαιείηαη ιφγσ παξεκβνιήο ελδνδηακφξθσζεο (intermodulation interference).

42 Σα θπξηφηεξα ζηνηρεία ηεο αξρηηεθηνληθήο θεθιηκέλνπ ζσιήλα είλαη: Απινχζηεξνη δνξπθφξνη Πνιχπινθνη ζηαζκνί εδάθνπο Έιεγρνο δνξπθφξνπ απφ ζηαζκφ εδάθνπο Μεγαιχηεξε θαζπζηέξεζε δηάδνζεο Πεξηνξηζκέλα κέζα δηακνηξαζκνχ πφξσλ ηαζεξή δηαζπλδεζηκφηεηα Δπεμεξγαζία επί θαηαζηξώκαηνο ηελ επεμεξγαζία επί θαηαζηξψκαηνο ην ζήκα πθίζηαηαη επεμεξγαζία επί ηνπ δνξπθφξνπ θαη θαηφπηλ κεηαδίδεηαη πξνο ηνλ πξννξηζκφ. Ζ επεμεξγαζία πεξηιακβάλεη απνδηακφξθσζε θαη αλάθηεζε ηνπ ζήκαηνο βαζηθήο δψλεο. Αθνινπζεί έιεγρνο δηφξζσζεο ζθαικάησλ θαη ζε νξηζκέλνπο ηχπνπο αλακεηαδνηψλ δξνκνιφγεζε. Γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ηεο δξνκνιφγεζεο, αθαηξνχληαη νη επηθεθαιίδεο ησλ παθέησλ, εμεηάδεηαη ε πξνέιεπζε θαη ν πξννξηζκφο ηνπ παθέηνπ θαη πξνζηίζεληαη λέεο επηθεθαιίδεο. Δηθόλα 2.4 Αλακεηαδφηεο κε επεμεξγαζία επί θαηαζηξψκαηνο Ζ OBP κπνξεί λα παξέρεη ζεκαληηθά απμεκέλε απφδνζε θαη επίδνζε ζε επηθνηλσληαθνχο δνξπθφξνπο κε αληηζηάζκηζκα απμεκέλν ηίκεκα θαη πνιππινθφηεηα. Ζ απμεκέλε απφδνζε κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ζεκαληηθή κείσζε κάδαο ή γηα απμεκέλε ρσξεηηθφηεηα. Με ηηο ηξέρνπζεο ηάζεηο πξνο κεησκέλν ηίκεκα/κνλάδα κάδαο, ε απμεκέλε ρσξεηηθφηεηα εκθαλίδεηαη σο ην ινγηθφ φθεινο επηινγήο. Οη δνξπθφξνη OBP ππνζηεξίδνπλ ISL, δέθηεο θαη πνκπνχο δψλεο Ka ή Κu, ςεθηαθή δηακφξθσζε θαη θσδηθνπνίεζε, θαη ηερληθέο πνιιαπιήο πξφζβαζεο. Οη δηθηχσζε κεηαγσγήο δνξπθφξνπ κπνξεί λα πινπνηεζεί είηε κε πιήξε επεμεξγαζία απφ ηνλ δνξπθφξν είηε κε ππνζηήξημε απφ έιεγρν εδάθνπο. Χζηφζν ππάξρεη ζπκβηβαζκφο κεηαμχ ρξφλνπ απφθξηζεο θαη απφδνζεο δηεθπεξαίσζεο (throughput efficiency) αθνχ ε επεμεξγαζία επί θαηαζηξψκαηνο δεκηνπξγεί ζεκαληηθή

43 θαζπζηέξεζε (260 ms ζηελ πεξίπησζε Iridium, φηαλ ν αληίζηνηρνο ρξφλνο γηα ην ζχζηεκα Globalstar είλαη 10 ms). Σα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο OBP είλαη: Μπνξνχλ λα δηαζπλδεζνχλ ρξήζηεο ζε δηαθνξεηηθέο δέζκεο θεξαηψλ Σα ζήκαηα άλσ θαη θάησ δεχμεο κπνξνχλ λα βειηηζηνπνηεζνχλ αλεμάξηεηα θαη γεληθά λα ππνζηνχλ δηαθνξεηηθή επεμεξγαζία (π.ρ. δηακφξθσζε, πνιιαπιή πξφζβαζε) Ο δνξπθφξνη είλαη πνιχπινθνη αιιά νη ζηαζκνί εδάθνπο θζελφηεξνη θαη ιηγφηεξνη Λεηηνπξγεί θαιά κε δηαζπλδέζεηο Πιενλέθηεκα δηακνηξαζκνχ ηζρχνο: θαλνληθνπνηείηαη ν δηακνηξαζκφο ηζρχνο θάησ δεχμεο, ε αθηεξσκέλε ηζρχο θάησ δεχμεο κπνξεί λα απμνκεησζεί θαη έηζη δελ ζπαηαιείηαη Κεξαίεο Ζ απαίηεζε πνπ ηίζεηαη ζηελ δνξπθνξηθή θεξαία MSS γηα παξαγσγή πνιιαπιψλ δεζκψλ κέζα ζε κία δεδνκέλε ζηηγκηαία θάιπςε είλαη ν βαζηθφο νδεγφο ζηελ ηερλνινγία σθέιηκσλ θνξηίσλ. Οη παξαδνζηαθέο δνξπθνξηθέο θεξαίεο έρνπλ εμειηρζεί απφ απιέο θεξαίεο αλαθιαζηήξα πξφζζηαο ηξνθνδφηεζεο κε κία ρνάλε ηξνθνδφηεζεο, ζε ζρέδηα έθθεληξεο ηξνθνδφηεζεο κε πεξηζζφηεξνπο απφ εθαηφ ζεκαηνηξνθνδνηήξεο. Σέηνηνπ είδνπο ζρέδηα θεξαηψλ αλαθιαζηήξα κε πνιιαπιέο ρνάλεο ηξνθνδφηεζεο είλαη απαξαηηήησο κεγάια θαη βαξηά. Όζν κεγαιχηεξνο είλαη ν αξηζκφο ησλ κεκνλσκέλσλ δεζκψλ πνπ πξφθεηηαη λα παξαρζνχλ, ηφζν βαξχηεξε είλαη ε θεξαία αλαθιαζηήξα θαη νη ζρεηηθέο ρνάλεο ηξνθνδφηεζεο θαη ην δίθηπν ζρεκαηηζκνχ δεζκψλ. Αλάινγα κε ηελ ηδηαίηεξε απνζηνιή ηνπ δηαζηεκνζθάθνπο, ππάξρεη έλα θαηψθιη φπνπ ην ηίκεκα θαη ε πνιππινθφηεηα κηαο πινπνίεζεο ζηνηρεηνθεξαίαο ζε θάζε ζα είλαη κηθξφηεξα απφ εθείλα ηεο αληίζηνηρεο θεξαίαο αλαθιαζηήξα. Μία ζηνηρεηνθεξαία ζε θάζε έρεη ζπλήζσο κία κε κεραληθά θαηεπζπλφκελε ζπζηνηρία αθηηλνβνιεηψλ. Σα αθηηλνβνινχληα ζηνηρεία κπνξεί λα είλαη παζεηηθέο ζπζθεπέο (π.ρ. δίπνια ή ρνάλεο ηξνθνδφηεζεο) ή ελεξγέο ζπζθεπέο (π.ρ. ζπκπιεξσκαηηθά ζηνηρεία πνπ πεξηιακβάλνπλ ηνπο εληζρπηέο). Ο πξνζαλαηνιηζκφο ηε δέζκεο πξαγκαηνπνηείηαη κε κεηαβνιή ηεο θάζεο (θαη ηνπ πιάηνπο γηα πιήξε έιεγρν ησλ πιεπξηθψλ ινβψλ) ηνπ ζήκαηνο ζε θάζε ζηνηρείν αθηηλνβνιίαο. Γηα παζεηηθή ζπζθεπή, ν έιεγρνο θάζεο επηηπγράλεηαη ζηελ κήηξα ηξνθνδφηεζεο πνπ ηνπνζεηείηαη κεηαμχ ηνπ εληζρπηή πςειήο ηζρχνο θαη ησλ αθηηλνβνινχλησλ ζηνηρείσλ ηεο θεξαίαο, ελψ γηα ηελ ελεξγφ ζπζθεπή ππάξρεη έλαο νιηζζεηήο θάζεο αλά ζηνηρείν αλά δέζκε. ε πνιιέο πεξηπηψζεηο, είλαη δπλαηφ λα πεξηιεθζεί ν εληζρπηήο σο ηκήκα ηνπ ζηνηρείνπ αθηηλνβνιίαο ηεο ελεξγνχ ζηνηρεηνθεξαίαο ζε θάζε. Απηή ε ζπγθεθξηκέλε έλλνηα ζηνηρεηνθεξαίαο ζε θάζε αλαθέξεηαη σο άκεζα αθηηλνβνινχζα ζηνηρεηνθεξαία ζε θάζε.

44 Δηθόλα 2.5 Κεξαία ζπζηνηρίαο ζε θάζε (phased-array antenna) Αζηεξηζκνί δνξπθόξσλ Λφγσ ηνπ κηθξνχ χςνπο ηξνρηάο ησλ δνξπθφξσλ LEO ( km) απαηηνχληαη δεθάδεο δνξπθφξνη LEO γηα λα εμαζθαιηζηεί ζπλερήο παγθφζκηα θάιπςε αθνχ ην απνηχπσκα ελφο δνξπθφξνπ LEO είλαη πνιχ κηθξφηεξν απφ ην αληίζηνηρν ελφο γεσζηαηηθνχ δνξπθφξνπ. Ο αζηεξηζκνί είλαη ζρεδηαζκέλνη γηα λα παξέρνπλ ηελ πην απνδνηηθή παγθφζκηα θάιπςε ρξεζηκνπνηψληαο ειάρηζην αξηζκφ δνξπθφξσλ. Τπάξρνπλ δχν είδε ηξνρηψλ: πνιηθή θαη Walker. Ζ πνιηθή ηξνρηά (πεξίπησζε Iridium) επηηξέπεη θάιπςε νιφθιεξεο ηεο πθειίνπ, πεξηιακβαλνκέλσλ ησλ πφισλ, ελψ ε ηξνρηά Walker επηηξέπεη ηελ θάιπςε πεξηνρψλ θάησ απφ νξηζκέλν γεσγξαθηθφ πιάηνο (φπσο ±70 ζηελ πεξίπησζε Globalstar). Άξα, κε ηνλ ίδην αξηζκφ δνξπθφξσλ, έλα αζηεξηζκφο ζε ηξνρηά Walker κπνξεί λα παξέρεη πςειφηεξν δηαθνξηζκφ απφ έλα αζηεξηζκφ ζε πνιηθή ηξνρηά (δηαθνξηζκφο είλαη θάιπςε ελφο ρξήζηε θηλεηήο ηειεθσλίαο απφ πνιιαπινχο δνξπθφξνπο). Τςειφο δηαθνξηζκφο κπνξεί λα παξέρεη ηερληθά νθέιε φπσο πςειφηεξε δηαζεζηκφηεηα, ιηγφηεξεο απνξξηπηφκελεο θιήζεηο θαη κεησκέλε απφζβεζε πνιπφδεπζεο. Σν δνξπθνξηθφ ζχζηεκα Iridium επηηξέπεη ηελ πξαγκαηνπνίεζε ISL θαη επεμεξγαζίαο επί θαηαζηξψκαηνο πνπ επηηξέπνπλ ηελ κεηάδνζε κεηαμχ γεηηνληθψλ δνξπθφξσλ ηνπ αζηεξηζκνχ, ελψ άιια ζπζηήκαηα (Globalstar) απιψο ιεηηνπξγνχλ σο θεθιηκέλνη ζσιήλεο αλαθαηεπζχλνληαο ηα ζήκαηα κεηαμχ ησλ επίγεησλ ρξεζηψλ. Δπίγεηνη ρξήζηεο κπνξεί λα είλαη είηε έλα δνξπθνξηθφ ηειέθσλν είηε κία πχιε. Δπεηδή έλαο δνξπθφξνο LEO ηαμηδεχεη κε ηαρχηεηα πεξίπνπ 7 km/s, είλαη νξαηφο κφλνλ γηα 7-20 ιεπηά ζε ρξήζηε. Μεγαιχηεξεο θιήζεηο ζα πξέπεη λα κεηάγνληαη δηαθαλψο απφ έλα δνξπθφξν ζηνλ επφκελν. Απηφ απαηηεί πνιχπινθν πιηθφ θαη ινγηζκηθφ κεηαγσγήο. 2.3 Δπίγεηα ππνδνκή Έλα δνξπθνξηθφ ζχζηεκα θηλεηήο ηειεθσλίαο δελ απνηειείηαη κφλνλ απφ ηνπο δνξπθφξνπο, αιιά θαη απφ ηελ επίγεηα ππνδνκή πνπ επηηειεί ιεηηνπξγίεο ππνζηήξημεο ησλ δνξπθφξσλ θαη δηαζχλδεζε ησλ δνξπθφξσλ αλάκεζα ηνπο θαη κε

45 ηα επίγεηα δίθηπα επηθνηλσληψλ. Ζ επίγεηα ππνδνκή πεξηιακβάλεη ηηο εμήο ζπληζηψζεο: ηαζκνχο εδάθνπο Κέληξν ειέγρνπ επηρεηξήζεσλ Δπίγεην δίθηπν δεδνκέλσλ ηαζκνί εδάθνπο ηαζκφο εδάθνπο είλαη έλαο επίγεηνο ηεξκαηηθφο ζηαζκφο ζρεδηαζκέλνο γηα επηθνηλσλία κε δνξπθφξν θαη γηα δηαζχλδεζε κε ηα άιια επηθνηλσληαθά δίθηπα (Internet, PSTN, θπςεισηή ηειεθσλία) ιεηηνπξγψληαο σο πχιε (gateway) επηθνηλσλίαο ηνπ δνξπθνξηθνχ δηθηχνπ. Οη ζηαζκνί εδάθνπο επηθνηλσλνχλ κε δνξπθφξνπο ζηελ δψλε Ka γηα ην Iridium (UL GHz, DL GHz) θαη C γηα Globalstar (UL GHz, DL GHz), ελψ κπνξνχλ λα επηθνηλσλνχλ θαη κεηαμχ ηνπο δηακέζνπ δηαππιηθψλ δεχμεσλ (inter-gateway links). Δπηπιένλ νη πχιεο επηθνηλσλνχλ κε ην θέληξν επηρεηξήζεσλ δηθηχνπ. Οη δηαππιηθέο δεχμεηο φπσο επίζεο νη δεχμεηο κεηαμχ ησλ ππιψλ θαη ηνπ θέληξνπ επηρεηξήζεσλ δηθηχνπ γίλνληαη κέζσ ηνπ επίγεηνπ δηθηχνπ επηθνηλσλίαο. Μία κνλαδηθή πχιε κπνξεί λα ζρεηίδεηαη κε κία ζπγθεθξηκέλε ζεκεηαθή δέζκε ή ελαιιαθηηθά, έλαο αξηζκφο ππιψλ κπνξεί λα βξίζθεηαη εληφο κηαο ζεκεηαθήο δέζκεο ζηελ πεξίπησζε φπνπ ε δνξπθνξηθή θάιπςε μεπεξλά ηα εζληθά φξηα, γηα παξάδεηγκα. Οκνίσο, κία πχιε κπνξεί λα παξέρεη πξφζβαζε ζε πεξηζζφηεξεο κηαο ζεκεηαθέο δέζκεο ζε πεξηπηψζεηο φπνπ ε θάιπςε ησλ δεζκψλ επηθαιχπηεηαη. πλεπψο, νη πχιεο επηηξέπνπλ ζηα ηεξκαηηθά ρξήζηε λα απνθηνχλ πξφζβαζε ζην ζηαζεξφ δίθηπν εληφο ησλ δηθψλ ηνπο ζπγθεθξηκέλσλ πεξηνρψλ θάιπςεο. Ζ έληαμε ζε έλα θηλεηφ δίθηπν, φπσο GSM, εηζάγεη έλα αξηζκφ επηπξφζζεησλ παξαγφλησλ πνπ πξέπεη λα πινπνηεζνχλ απφ ηελ πχιε. Απφ ιεηηνπξγηθήο ζθνπηάο, νη πχιεο παξέρνπλ ηηο ιεηηνπξγίεο αζχξκαηνπ modem ελφο επίγεηνπ ζπζηήκαηνο πνκπνδέθηε βάζεο (base transceiver system, BTS), ηηο ιεηηνπξγίεο δηαρείξηζεο ησλ αζπξκαηηθψλ πφξσλ ελφο ειεγθηή ζηαζκνχ βάζεο (base station controller, BSC) θαη ηηο ιεηηνπξγίεο κεηαγσγήο ελφο θηλεηνχ θέληξνπ κεηαγσγήο (mobile switching center, MSC), ζπλδεφκελε ε ηειεπηαία ζηνπο ηνπηθνχο θαηαρσξεηέο θηλεηηθφηεηαο επηζθέπηε θαη εληφπηνπ (VLR θαη HLR αληίζηνηρα). Οη ζπληζηψζεο RF/IF θαη ν εμνπιηζκφο δηαχινπ θίλεζεο (traffic channel equipment, TCE) καδί ζρεκαηίδνπλ ην ππνζχζηεκα πνκπνδέθηε πχιεο (gateway transceiver subsystem, GTS). Σν ππνζχζηεκα πχιεο (gateway subsystem, GWS) απνηειείηαη απφ ακθφηεξα ηα GTS θαη ηνλ ζηαζκφ ειέγρνπ πχιεο (gateway station control, GSC) Κέληξν ειέγρνπ δηθηύνπ Σν θέληξν ειέγρνπ δηθηχνπ (network control center, NCC), επίζεο γλσζηφ σο ζηαζκφο δηαρείξηζεο δηθηχνπ (network management station, NMS) είλαη ζπλδεδεκέλν ζην ζχζηεκα δηαρείξηζεο πιεξνθνξηψλ πειαηψλ (customer information management system, CIMS) γηα λα ζπληνλίδεη ηελ πξφζβαζε ζηνπο δνξπθνξηθνχο πφξνπο θαη επηηειεί ηηο ινγηθέο ιεηηνπξγίεο πνπ ζρεηίδνληαη κε ηελ δηαρείξηζε θαη έιεγρν δηθηχνπ. Ο ξφινο απηψλ ησλ δχν ινγηθψλ ιεηηνπξγηψλ κπνξεί λα ζπλνςηζζεί σο αθνινχζσο. Οη ιεηηνπξγίεο δηαρείξηζεο δηθηχνπ πεξηιακβάλνπλ: Αλάπηπμε ησλ πξνθίι θίλεζεο θιήζεσλ

46 Γηαρείξηζε ησλ πφξσλ ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ζπγρξνληζκφ δηθηχνπ Λεηηνπξγίεο ιεηηνπξγίαο θαη ζπληήξεζεο Γηαρείξηζε ησλ δηαζηαζκηθψλ (inter-station) δεχμεσλ ζεκαηνδνζίαο Έιεγρν ζπκθφξεζεο Παξνρή ππνζηήξημεο ζηελ αλάζεζε ηεξκαηηθψλ ρξήζηε Οη ιεηηνπξγίεο ειέγρνπ θιήζεσλ πεξηιακβάλνπλ: Κνηλέο ιεηηνπξγίεο ζεκαηνδνζίαο δηαχινπ Δπηινγή πχιεο γηα πξνέιεπζε θηλεηνχ Καζνξηζκφ ησλ ξπζκίζεσλ πχιεο Κέληξν ειέγρνπ δνξπθόξσλ Σν θέληξν ειέγρνπ δνξπθφξσλ (satellite control center, SCC) παξαθνινπζεί ηελ επίδνζε ηνπ δνξπθνξηθνχ αζηεξηζκνχ θαη επηηειεί ιεηηνπξγίεο TT&C. Οη ιεηηνπξγίεο ειέγρνπ θιήζεσλ πνπ ζρεηίδνληαη ζπγθεθξηκέλα κε ην σθέιηκν θνξηίν ηνπ δνξπθφξνπ κπνξνχλ επίζεο λα επηηεινχληαη απφ ην SCC. Σα παξαθάησ ζπλνςίδνπλ ηηο ιεηηνπξγίεο πνπ ζρεηίδνληαη κε ην SCC. Οη ιεηηνπξγίεο ειέγρνπ δνξπθφξσλ πεξηιακβάλνπλ: Παξαγσγή θαη δηαλνκή ησλ δνξπθνξηθψλ εθήκεξσλ Παξαγσγή θαη εθπνκπή εληνιψλ γηα ηελ αξηεξία θαη ην σθέιηκν θνξηίν ηνπ δνξπθφξνπ Λήςε θαη επεμεξγαζία ηεο ηειεκεηξίαο Δθπνκπή εληνιψλ ζθφπεπζεο δέζκεο Παξαγσγή θαη εθπνκπή εληνιψλ γηα επηρεηξήζεηο θεθιηκέλεο ηξνρηάο Δπηηέιεζε βαζκνλφκεζεο εκβέιεηαο Οη ιεηηνπξγίεο ειέγρνπ θιήζεσλ πεξηιακβάλνπλ κεηαγσγή πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ γηα θιήζεηο θηλεηνχ-πξνο-θηλεηφ. Σν CIMS είλαη ππεχζπλν γηα ηελ δηαηήξεζε ησλ δεδνκέλσλ ξχζκηζεο ησλ ππιψλ. Δπίζεο επηηειεί ρξέσζε ζπζηήκαηνο θαη ινγηζηηθή θαη επεμεξγαζία κεηξψσλ ιεπηνκεξεηψλ θιήζεο. Σα NCC, SCC θαη CIMS κπνξνχλ ζπιινγηθά λα νκαδνπνηεζνχλ ζε φ,ηη είλαη γλσζηφ σο ηκήκα ειέγρνπ (control segment). 2.4 Σκήκα ρξήζηε Σν ηκήκα ρξήζηε απνηειείηαη απφ ηα ηεξκαηηθά ρξήζηε. Σα ραξαθηεξηζηηθά ελφο ηεξκαηηθνχ είλαη πςειά ζρεηηδφκελα κε ηελ εθαξκνγή ηνπ θαη ην ιεηηνπξγηθφ πεξηβάιινλ. Σα ηεξκαηηθά κπνξνχλ λα θαηεγνξηνπνηεζνχλ ζε δχν θχξηεο ηάμεηο. Κηλεηά ηεξκαηηθά Φνξεηά ηεξκαηηθά Κηλεηά ηεξκαηηθά είλαη εθείλα πνπ ππνζηεξίδνπλ πιήξε θηλεηηθφηεηα θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο ιεηηνπξγίαο. Μπνξνχλ λα δηαηξεζνχλ πεξαηηέξσ ζε δχν θαηεγνξίεο: θηλεηά πξνζσπηθά ηεξκαηηθά θαη θηλεηά ηεξκαηηθά νκάδαο. Σα θηλεηά πξνζσπηθά ηεξκαηηθά ζπρλά αλαθέξνληαη ζε ζπζθεπέο ρεηξφο θαη παιάκεο ή ζε ζπζθεπέο πνπ

47 επί θηλεηήο επηθάλεηαο φπσο έλα ακάμη. Σα θηλεηά ηεξκαηηθά νκάδαο είλαη ζρεδηαζκέλα γηα νκαδηθή ρξήζε θαη γηα εγθαηάζηαζε επί θαηαζηξψκαηνο ελφο κέζνπ καδηθήο κεηαθνξάο φπσο πινίν, ιεσθνξείν, ηξέλν ή αεξνζθάθνο. Σα θνξεηά ηεξκαηηθά έρνπλ ηππηθά δηάζηαζε παξφκνηα ελφο ραξηνθχιαθα ή ελφο θνξεηνχ ππνινγηζηή. Όπσο δειψλεη ην φλνκα απηά ηα ηεξκαηηθά κπνξνχλ λα κεηαθεξζνχλ απφ έλα ηφπν ζε άιιν ρσξίο, σζηφζν, λα ππνζηεξίδεηαη ιεηηνπξγία ελ θηλήζεη. ηηο θνξεηέο ζπζθεπέο. Σν πιενλέθηεκα απηψλ ησλ ζπζθεπψλ είλαη φηη απνθεχγεηαη ε ρξήζε νγθσδψλ θαη βαξέσλ δνξπθνξηθψλ πηάησλ. Παξάδεηγκα απνηεινχλ ηα ηεξκαηηθά πξφζβαζεο ζην δίθηπν BGAN ηεο Inmarsat πνπ κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ θαηεπζείαλ κε θνξεηφ ππνινγηζηή ή δνξπθνξηθφ ηειέθσλν. Δηθόλα 2.6 Φνξεηφ ηεξκαηηθφ Inmarsat πξφζβαζεο ζε BGAN πγθεθξηκέλα, γηα ηελ πεξίπησζε δνξπθνξηθήο θηλεηήο ηειεθσλίαο, ε επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ ζπλδξνκεηψλ γίλεηαη κέζσ θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ ηειεθψλσλ ή pager. Σα δνξπθνξηθά ηειέθσλα επηθνηλσλνχλ κεηαμχ ηνπο θαη κε ηα άιια ηειέθσλα εθπέκπνληαο ζήκα ζε ππεξηπηάκελν δνξπθφξν. Σα αξρηθά δνξπθνξηθά ηειέθσλα ήηαλ νγθψδε φζν ηα θπςεισηά ηειέθσλα ησλ ηειψλ 1980 αξρψλ Δληνχηνηο, ε ηερλνινγηθή πξφνδνο έρεη επηηξέςεη ηελ θαηαζθεπή δνξπθνξηθψλ ηειεθψλσλ κεγέζνπο ζπγθξίζηκνπ εθείλνπ ελφο θαλνληθνχ θηλεηνχ ηειεθψλνπ, κε νξηζκέλα πξσηφηππα δνξπθνξηθά ηειέθσλα λα κε δηαθέξνπλ ελφο smartphone. Σα δνξπθνξηθά ηειέθσλα, εθηφο ππεξεζηψλ θσλήο, παξέρνπλ ππεξεζίεο δεδνκέλσλ. Σα ηειέθσλα Iridium ρξεζηκνπνηνχλ ηελ δψλε L ( ,5 GHz) γηα ακθφηεξεο ηελ άλσ θαη θάησ δεχμε, ελψ ηα ηειέθσλα Globalstar εθπέκπνπλ ζηελ δψλε L ( ,5 GHz) θαη ιακβάλνπλ ζηελ δψλε S ( GHz). Πξνηηκψληαη νη δψλεο L θαη S ιφγσ ηεο κηθξφηεξεο απψιεηαο δηαδξνκήο πνπ πξνζθέξνπλ έλαληη δσλψλ πςειφηεξεο ζπρλφηεηαο. Σα δνξπθνξηθά ηειέθσλα δηαζέηνπλ κηθξή νκνηνθαηεπζπληηθή θεξαία κεγαιχηεξε εθείλεο ελφο θπςεισηνχ ηειεθψλνπ ηζρχνο εθπνκπήο ηεο ηάμεο 0,5 W ( mw). Τπάξρεη δπλαηφηεηα ηρλειαζίαο ησλ ηεξκαηηθψλ ρεηξνζπζθεπψλ δνξπθνξηθήο θηλεηήο ηειεθσλίαο κέζσ ππνινγηζκψλ ηεο κεηαηφπηζεο Doppler απφ ηνλ δνξπθφξν. εκαληηθή εμέιημε ζα απνηειέζεη ε πινπνίεζε πεξηζηξεθφκελσλ θαηεπζπληηθψλ θεξαηψλ άξα, κεγαιχηεξνπ θέξδνπο πνπ ζα αληρλεχνπλ ηνλ δνξπθφξν θαη ζα επηηξέπνπλ επηθνηλσλία ζε πςειφηεξε δψλε ζπρλνηήησλ, κε κεγαιχηεξν εχξνο δψλεο.

48 Δηθόλα 2.7 Κηλεηά ηεξκαηηθά: δνξπθνξηθά ηειέθσλα θαη pager (δεμηά) κε ηηο ραξαθηεξηζηηθέο θεξαίεο. Σν κεγάιν κεηνλέθηεκα ησλ δνξπθνξηθψλ ηειεθψλσλ είλαη ην κεγάιν ηίκεκα αγνξάο ($1000) θαη θιήζεο ($0,15-2 γηα θιήζε απφ δνξπθνξηθφ ηειέθσλν, $3-14 γηα θιήζε απφ επίγεηα ζηαζεξά θαη θπςεισηά δίθηπα). Κιήζεηο κεηαμχ ζπλδξνκεηψλ δηαθνξεηηθψλ δνξπθνξηθψλ δηθηχσλ ηηκψληαη σο $15, ελψ δελ ππάξρεη δπλαηφηεηα κεηαγσγήο ησλ ηεξκαηηθψλ κεηαμχ δνξπθνξηθψλ δηθηχσλ. Χζηφζν ε δνξπθνξηθή ηειεθσλία παξέρεη ηελ δπλαηφηεηα επηθνηλσλίαο ζε πεξηνρέο ρσξίο επίγεηα ππνδνκή, ή κε θαηεζηξακκέλε ππνδνκή ιφγσ πνιέκσλ ή θπζηθψλ θαηαζηξνθψλ (ζεηζκψλ, παιηξξνηψλ, θιπ). 2.5 Λεηηνπξγηθά δνξπθνξηθά ζπζηήκαηα LEO MSS Παξφηη ππάξρνπλ ζπζηήκαηα MSS πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ηελ ηξνρηά GEO (π.ρ. Thuraya, Inmarsat) θαη εμππεξεηνχλ εθαηνληάδεο ρηιηάδεο ζπλδξνκεηψλ, κεγαιχηεξε πξφθιεζε γηα πξνζσπηθέο επηθνηλσλίεο πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ απνηειεί ε ηξνρηά LEO ιφγσ πιενλεθηεκάησλ ρακειήο θαζπζηέξεζεο θαη ρακειψλ απσιεηψλ. Σα ζπζηήκαηα LEO MSS αξρηθά αλαπηχρζεθαλ ζε θιίκα αηζηνδνμίαο κε ζθνπφ λα θεξδίζνπλ κεγάιν κέξνο ηεο αγνξάο κε ηελ πξνζθνξά ππεξεζηψλ θηλεηήο επηθνηλσλίαο «παληνχ θαη πάληνηε». Χζηφζν δελ θαηάθεξαλ λα πξνζειθχζνπλ ηθαλφ αξηζκφ ζπλδξνκεηψλ θαη γξήγνξα νδεγήζεθαλ ζε ρξενθνπία. Με ηελ έιεπζε ηεο λέαο ρηιηεηίαο νη εηαηξίεο εμαγνξάζζεθαλ θαη αλαζπζηήζεθαλ. Σα ζπζηήκαηα Iridium θαη Globalstar πνπ είλαη ηα πην δεκνθηιή δηέπνληαη απφ δηαθνξεηηθή θηινζνθία ζε φια ηα επίπεδα επηθνηλσλίαο, απφ ηελ ηχπν αλακεηαδφηε θαη ηνλ ηχπν ηξνρηάο σο θαη ηελ σο ηελ κεηαγσγή θιήζεο. Αθνινπζεί αλαθνξά ζηηο ηερληθέο πξνδηαγξαθέο θάζε ζπζηήκαηνο Iridium

49 Σν ζχζηεκα Iridium πεξηιακβάλεη ζηφιν 66 ιεηηνπξγηθψλ δνξπθφξσλ ζπλ 6 εθεδξηθνχο ζε ηξνρηά. Οη δνξπθφξνη θηλνχληαη ζε 6 ηξνρηαθά επίπεδα (11 δνξπθφξνη/επίπεδν) χςνπο 780 km, πνιηθήο ηξνρηάο θιίζεο 86,4, επηηπγράλνληαο έηζη παγθφζκηα θάιπςε. Κάζε δνξπθφξνο δηαζέηεη 48 ζεκεηαθέο δέζκεο θαη επηθνηλσλεί κε ηα θηλεηά ηεξκαηηθά ζηελ δψλε ζπρλνηήησλ L (1,616-1,6265 GHz) θαη κε ηνπο ζηαζκνχο γεο ζε 29,1-29,3 GHz (άλσ δεχμε) θαη 19,4-19,6 GHz (θάησ δεχμε. Ζ ειάρηζηε γσλία αλχςσζεο γηα επηθνηλσλία κε δνξπθφξν είλαη 8. Κάζε δνξπθφξνο έρεη ρσξεηηθφηεηα 1100 δηαχισλ TDD κε πιαίζηα 90 ms. Οη δνξπθφξνη Iridium δηαζέηνπλ ηθαλφηεηα OBP, ελψ γηα κεηαγσγή θιήζεο πξνβιέπνληαη δηαδνξπθνξηθέο δεχμεηο δψλεο Κ. Απηφ απαιιάζζεη απφ ηελ αλάγθε χπαξμεο ζηαζκνχ γεο εληφο ηεο πεξηνρήο θάιπςεο δνξπθφξνπ γηα λα γίλεη κεηαγσγή θιήζεο, κε απνηέιεζκα απινχζηεξε ππνδνκή εδάθνπο. Σν δίθηπν Iridium ππνζηεξίδεη ξπζκφ θσλήο/δεδνκέλσλ 2,4 kbps, ελψ γηα πνιιαπιή πξφζβαζε ρξεζηκνπνηείηαη ε κέζνδνο MF-TDMA. Γηα κεηάδνζε ζήκαηνο ρξεζηκνπνηείηαη δηακφξθσζε θνξέα DE-BPSK, θαηά ηελ νπνία ην ζήκα θσδηθνπνηείηαη δηαθνξηθά πξν δηακφξθσζεο. Πεξηζζφηεξεο ιεπηνκέξεηεο γηα ην ζχζηεκα Iridium ζην Παξάξηεκα Β Globalstar ε αληίζεζε πξνο ην ζχζηεκα Iridium, ην ζχζηεκα Globalstar δελ ζηνρεχεη ζε παγθφζκηα θάιπςε, αιιά ζηηο ππθλνθαηνηθεκέλεο πεξηνρέο ηεο Γεο. Χο εθ ηνχηνπ, νη δνξπθφξνη Globalstar θηλνχληαη ζε ηξνρηά Walker θιίζεο 52 παξέρνληαο θάιπςε ζε γεσγξαθηθά πιάηε σο ±70. Κάζε δνξπθφξνο θηλείηαη ζε ηξνρηαθφ χςνο 1414 km, κε 6 δνξπθφξνπο ζε θαζέλα απφ 8 ηξνρηαθά επίπεδα (ζπλνιηθά 48 δνξπθφξνη). Ζ πεξηνρή θάιπςεο ηνπ δνξπθφξνπ ζαξψλεηαη απφ 16 ζεκεηαθέο δέζκεο. Σν ζχζηεκα Globalstar πεξηιακβάλεη πχιεο (πνιχ πεξηζζφηεξνπο παξά ην Iridium) θαη γηα λα δξνκνινγεζεί κία θιήζε πξέπεη λα ππάξρεη ζηαζκφο γεο εληφο ηεο πεξηνρήο θάιπςεο ηνπ δνξπθφξνπ. Χζηφζν ε πνιππινθφηεηα ππνδνκήο εδάθνπο επηηξέπεη ηελ ρξήζε απιψλ δνξπθφξσλ θεθιηκέλνπ ζσιήλα. ηελ κεηαγσγή θιήζεο ρξεζηκνπνηείηαη κεηαγσγή εδάθνπο. Γηα επηθνηλσλία κε δνξπθφξν ε ειάρηζηε γσλία αλχςσζεο είλαη 20, κεγαιχηεξε απ φηη ζην Iridium ιφγσ κεγαιχηεξνπ ηξνρηαθνχ χςνπο ησλ δνξπθφξσλ. Γηα πνιιαπιή πξφζβαζε ρξεζηκνπνηείηαη ε ηερληθή CDMA θαη ζηελ πιεπξά ηνπ ρξήζηε πξαγκαηνπνηείηαη δηαθνξηθή ιήςε απφ δέθηε RAKE πνπ ζπλδπάδεη ζήκαηα ηξηψλ δνξπθφξσλ. Ζ CDMA αλήθεη ζηηο ηερληθέο εμάπισζεο θάζκαηνο φπνπ ην ζήκα εμαπιψλεηαη απφ κνλαδηθφ γηα θάζε ρξήζηε θψδηθα. ην ζχζηεκα Globalstar ην εμαπισκέλν ζήκα δηακνξθψλεη θνξέα θαηά QPSK. Δίλαη ε ηερληθή CDMA πνπ ζα πινπνηεζεί ζην Κεθάιαην 5. Πεξηζζφηεξεο ιεπηνκέξεηεο γηα ην ζχζηεκα Globalstar ζην Παξάξηεκα Γ. πλνπηηθή παξνπζίαζε ησλ ηερληθψλ πξνδηαγξαθψλ ησλ ζπζηεκάησλ Iridium θαη Globalstar γίλεηαη ζηνλ Πίλαθα 2.1.

50 Πίλαθαο 2.1 Σερληθέο πξνδηαγξαθέο Iridium, Globalstar Πξνδηαγξαθέο Iridium Globalstar Ρπζκφο Φσλήο (kbps) 2,4 2,4/4,8/9,6 Ρπζκφο Γεδνκέλσλ (kbps) 2,4 7,2 Σξνρηά Πνιηθή Walker Κιίζε ηξνρηάο 86,4 52 Σξνρηαθφ χςνο (km) Αξηζκφο δνξπθφξσλ 66 (+ 6 εθεδξηθνί) 48 Σξνρηαθά επίπεδα 6 8 Γνξπθφξνη/επίπεδν 11 6 ηαζκνί γεο Γέζκεο/δνξπθφξν Διάρηζηε γσλία αλχςσζεο 8 20 Εεχμε ζηαζκφο γεο-δνξπθφξνο (GHz) 27,5-30,0 (άλσ δεχμε) 18,8-20,2 (θάησ δεχμε) 5,091-5,250 (άλσ δεχμε) 6,924-7,025 (θάησ δεχμε) πλδεζηκφηεηα ISL Μεηαγσγή εδάθνπο Γηακφξθσζε DE-BPSK QPSK Πνιιαπιή πξφζβαζε MF-TDMA CDMA 2.6 πκπεξάζκαηα Ο ππξήλαο ελφο δνξπθνξηθνχ ζπζηήκαηνο θηλεηήο επηθνηλσλίαο είλαη ν ηειεπηθνηλσληαθφο δνξπθφξνο. Ζ θαηαζθεπή ελφο δνξπθφξνπ έρεη ζθνπφ λα παξέρεη πξνζηαζία απφ ηηο ηζρπξέο αδξαλεηαθέο δπλάκεηο, θξαδαζκνχο θαη δνλήζεηο πνπ αλαπηχζζνληαη θαηά ηελ εθηφμεπζε θαη ηελ ηξνρηά, φπσο επίζεο απφ ηηο δχζθνιεο ζπλζήθεο ηνπ δηαζηήκαηνο. Έλαο δνξπθφξνο ζπλίζηαηαη απφ δηάθνξα ζπζηήκαηα. Γηαθξίλνπκε ηα βνεζεηηθά ζπζηήκαηα θαη ην σθέιηκν θνξηίν πνπ είλαη νπζηαζηηθά ην ζχζηεκα επηθνηλσληψλ (πνκπφο, δέθηεο, αλακεηαδφηεο). Σα βνεζεηηθά ζπζηήκαηα επηηεινχλ ηηο ιεηηνπξγίεο δηαηήξεζεο ηξνρηάο, ζεξκηθνχ ειέγρνπ, αδηάθνπεο παξνρήο ελέξγεηαο, θαζψο επίζεο εληνπηζκνχ θαη ειέγρνπ ηνπ δνξπθφξνπ απφ εδάθνπο. Αλαιφγσο ιεηηνπξγίαο αλακεηαδφηε, νη ηειεπηθνηλσληαθνί δνξπθφξνη δηαθξίλνληαη ζε δνξπθφξνπο θεθιηκέλνπ ζσιήλα, πνπ απιψο αλακεηαδίδνπλ ην ιακβάλνκελν ζήκα ζε δηαθνξεηηθή ζπρλφηεηα, θαη ζε δνξπθφξνπο επεμεξγαζίαο επί θαηαζηξψκαηνο, πνπ αλαδεκηνπξγνχλ ην αξρηθφ ζήκα θαη ην επεμεξγάδνληαη ζηελ βαζηθή δψλε πξηλ ην απνζηείινπλ, εθηειψληαο ζε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο θαη δξνκνιφγεζε. Γηα λα κπνξνχλ ηα δνξπθνξηθά ζπζηήκαηα LEO λα παξέρνπλ ζπλερή θάιπςε, νξγαλψλνληαη ζε αζηεξηζκνχο δνξπθφξσλ νη νπνίνη επηθνηλσλνχλ κεηαμχ ηνπο είηε κε κεηαγσγή εδάθνπο είηε κε δηαδνξπθνξηθέο δεχμεηο. Σν επίγεην ηκήκα είλαη επηθνξηηζκέλν κε ηελ ηρλειάηεζε, ηειεκεηξία θαη έιεγρν ησλ δνξπθφξσλ, κε ηελ δηαζχλδεζε ησλ δνξπθφξσλ κεηαμχ ηνπο θαη κε ηα επίγεηα ηειεπηθνηλσληαθά δίθηπα. Οη πχιεο είλαη ζπλδεδεκέλεο κεηαμχ ηνπο κέζσ ηνπ επίγεηνπ δηθηχνπ δεδνκέλσλ θαη ειέγρνληαη απφ ην θέληξν ειέγρνπ επηρεηξήζεσλ εδάθνπο. ηελ αγνξά ησλ θηλεηψλ δνξπθνξηθψλ ππεξεζηψλ θπξηαξρνχλ ηα ζπζηήκαηα Iridium θαη Globalstar πνπ δηέπνληαη απφ δηαθνξεηηθή ζπλνιηθή θηινζνθία

51 πινπνίεζεο. Σν κελ Iridium απνηειείηαη απφ αζηεξηζκφ δνξπθφξσλ πνιηθήο ηξνρηάο δηαζπλδεδεκέλσλ κέζσ δηαδνξπθνξηθψλ δεχμεσλ, ρξεζηκνπνηεί πνιιαπιή πξφζβαζε MF-TDMA θαη δνξπθφξνπο κε επεμεξγαζία επί θαηαζηξψκαηνο. Σν δε Globalstar ρξεζηκνπνηεί δνξπθφξνπο θεθιηκέλνπ ζσιήλα ηξνρηάο Walker, θαη πνιιαπιή πξφζβαζε CDMA ζε ζπλδπαζκφ κε δηαθνξηθή ιήςε απφ δέθηε rake θηλεηνχ ηειεθψλνπ. Δίλαη αθξηβψο ν δέθηεο rake γηα δνξπθνξηθφ ηειέθσλν πνπ ζα πινπνηεζεί ζην θεθάιαην 5.

52 Κεθάιαην 3 Φεθηαθέο ηερληθέο δνξπθνξηθνύ ζήκαηνο 3.1 Δηζαγσγή Οπζηαζηηθά φια ηα ζήκαηα πνπ ζηέιλνληαη κέζσ δνξπθφξσλ είλαη ηψξα ςεθηαθά. Γλσζηά παξαδείγκαηα είλαη νη κεηαδφζεηο δεδνκέλσλ απφ θαη πξνο ην Γηαδίθηπν, νη επηθνηλσλίεο κεηαμχ απνκαθξπζκέλσλ ηεξκαηηθψλ θαη ππνινγηζηψλ, ηα ηειενπηηθά ζήκαηα HDTV θαη DBS-TV, θαη ε θηλεηή ηειεθσλία. Ζ ςεθηαθή κεηάδνζε πξνζθέξεηαη γηα πνιππιεμία δηαίξεζεο ρξφλνπ θαη πνιιαπιή πξφζβαζε δηαίξεζεο ρξφλνπ. Σα αλαινγηθά ζήκαηα πνπ κεηαδίδνληαη ςεθηαθά, φπσο ηα ηειεθσληθά ζήκαηα, κπνξνχλ λα κνηξάδνληαη δηαχινπο κε ςεθηαθά δεδνκέλα, θαζψο ν ρεηξηζκφο ησλ ςεθηαθψλ δεδνκέλσλ γίλεηαη θαηά ηνλ ίδην ηξφπν αλεμαξηήησο πεξηερνκέλνπ. Καηά ζπλέπεηα κία ςεθηαθή δνξπθνξηθή δεχμε κπνξεί λα κεηαθέξεη ζπλδπαζκφ ηειεθσληθψλ ζεκάησλ θαη ζεκάησλ δεδνκέλσλ πνπ κεηαβάιιεηαη κε ηελ απαίηεζε ηεο θίλεζεο. Ζ κφλε ζεκαληηθή αλαινγηθή εθαξκνγή απηή ηελ ζηηγκή είλαη ε εθπνκπή θαισδηαθήο ηειεφξαζεο θαη ηειεφξαζεο επξπεθπνκπήο. Απηά ηα δίθηπα πθίζηαληαη αξγή κεηαηξνπή ζε ςεθηαθά. Σν θεθάιαην απηφ επηθεληξψλεηαη ζηηο ηερληθέο ςεθηαθήο επεμεξγαζίαο πνπ πθίζηαηαη ην δνξπθνξηθφ ζήκα θαηά ηελ δεκηνπξγία, εθπνκπή, ιήςε θαη αλάθηεζε. πγθεθξηκέλα, αξρίδνπκε κε εθηελή αλαθνξά ησλ ηερληθψλ θσδηθνπνίεζεο πξφζσ δηφξζσζεο ζθαικάησλ (forward error correction, FEC) πνπ εγγπάηαη ηελ άλεπ ζθαικάησλ αλάθηεζε ηεο κεηαδηδφκελεο πιεξνθνξίαο απφ ηνλ δέθηε, ελψ ζηελ ζπλέρεηα δηαπξαγκαηεπφκαζηε ηηο ηερληθέο ςεθηαθήο δηακφξθσζεο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ψζηε λα κπνξεί λα κεηαδνζεί ε δπαδηθή πιεξνθνξία ζηνλ αζχξκαην δνξπθνξηθφ δίαπιν. Αθνινπζνχλ ε πνιππιεμία θαη ε πνιιαπιή πξφζβαζε, ηερληθέο ζπγγεληθέο πνπ ρξεζηκεχνπλ ζηελ κεηάδνζε πνιιαπιψλ θνξέσλ κέζσ ηνπ δνξπθνξηθνχ δηαχινπ. Γηα κείσζε ηνπ ξπζκνχ ηεο κεηαδηδφκελεο πιεξνθνξίαο ρξεζηκνπνηνχληαη ηερληθέο ζπκπίεζεο νκηιίαο κε ηξφπνλ, φκσο, ψζηε ε νκηιία λα είλαη θαηαλνεηή ζηνλ δέθηε βάζεη ππνθεηκεληθψλ θξηηεξίσλ ησλ ζπκκεηερφλησλ ζηηο πεηξακαηηθέο κεηξήζεηο. Χζηφζν, ν δνξπθνξηθφο επηθνηλσληαθφο ξαδηνδίαπινο, εθηφο ηεο απψιεηαο δηαδξνκήο, πθίζηαηαη ηελ επίδξαζε ηεο πνιπφδεπζεο θαη ηνπ πεξηνξηζκνχ εχξνπο δψλεο πνπ έρνπλ επηπηψζεηο ζηνπο παικνχο ησλ κεηαδηδφκελσλ ζπκβφισλ ζηνλ δέθηε. Θα εμεηάζνπκε ηηο ςεθηαθέο ηερληθέο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ άκβιπλζε απηψλ ησλ επηδξάζεσλ. 3.2 Κσδηθνπνίεζε ειέγρνπ ζθαικάησλ Ζ πηζαλφηεηα ζθάικαηνο bit κπνξεί λα κεησζεί απμάλνληαο ηνλ ιφγν πνπ κπνξεί λα επηηεπρζεί απμάλνληαο ηελ εθπεκπφκελε ηζρχ ή κεηψλνληαο ηελ ζεξκνθξαζία ζνξχβνπ. Χζηφζν, ε ιχζε απηή είλαη δαπαλεξή ζε ρξήκα θαη εμνπιηζκφ επί θαηαζηξψκαηνο. Πην ζπκθέξνπζα θαη απνηειεζκαηηθή ιχζε είλαη ε ρξήζε θσδηθνπνίεζεο ειέγρνπ ζθαικάησλ. Ο έιεγρνο ζθαικάησλ επηηειεί δχν ιεηηνπξγίεο: εληνπηζκφ ζθαικάησλ θαη δηφξζσζε ζθαικάησλ. Οη πεξηζζφηεξνη

53 θψδηθεο κπνξνχλ λα επηηειέζνπλ ακθφηεξεο ηηο ιεηηνπξγίεο. Όπνπ εθαξκφδεηαη κφλνλ εληνπηζκφο ζθαικάησλ, ν δέθηεο κπνξεί λα δεηήζεη επαλεθπνκπή, πνπ αλαθέξεηαη σο απηφκαηε αίηεζε επαλάιεςεο (automatic repeat request, ARQ), θαη βξίζθεη πεξηνξηζκέλε εθαξκνγή ζηηο δνξπθνξηθέο επηθνηλσλίεο ιφγσ ηεο κεγάιεο θαζπζηέξεζεο κεηάδνζεο. πλεπψο, εθαξκφδεηαη πξφζσ δηφξζσζε ζθαικάησλ (forward error correction, FEC) πνπ επηηξέπεη ηελ δηφξζσζε ζθαικάησλ ρσξίο ηελ αλάγθε επαλεθπνκπήο. Ζ FEC πεξηιακβάλεη ηελ πξνζζήθε bits θσδηθνπνίεζεο ζηελ ξνή δεδνκέλσλ, ηα νπνία ζε πεξίπησζε ζθάικαηνο βνεζνχλ ζηελ δηφξζσζε ησλ εζθαικέλσλ bits, ελψ θαηά ηελ δηαδηθαζία απνθσδηθνπνίεζεο, αλαθηάηαη ε αξρηθή ξνή bits. Ακθφηεξεο νη δηαδηθαζίεο θσδηθνπνίεζεο θαη απνθσδηθνπνίεζεο ζπλήζσο αλαθέξνληαη σο codec Γξακκηθνί θώδηθεο ζπζηάδαο ηνπο θψδηθεο ζπζηάδαο (block codes) ην κήλπκα δηαηξείηαη ζε ζπζηάδεο απφ n bits. ε θάζε ζπζηάδα πξνζηίζεληαη r bits, νπφηε ζρεκαηίδνληαη θσδηθέο ιέμεηο απφ n k r bits. Ο ιφγνο rc k / n θαιείηαη ξπζκφο θψδηθα. Γηα δεδνκέλν επίπεδν απφδνζεο, φζν κεγαιχηεξνο είλαη ν ξπζκφο θψδηθα ηφζν απνδνηηθφο είλαη ν θψδηθαο. Ο αξηζκφο ησλ πηζαλψλ θωδηθώλ ιέμεωλ είλαη 2 n, αιιά κφλν 2 k είλαη ιέμεηο κελύκαηνο πνπ εθπέκπνληαη. Σα πξφζζεηα r bits αλαθέξνληαη σο πιενλάδνληα bits θαη είλαη επίζεο γλσζηά σο bits ειέγρνπ ηζνηηκίαο. Αλ ζηελ κεηάδνζε ζπκβνχλ ζθάικαηα, ππάξρεη κεγάιε πηζαλφηεηα ε θσδηθή ιέμε λα κεηαηξαπεί ζε κία απφ ηηο n k 2 2 πιενλάδνπζεο ιέμεηο, ηηο νπνίεο ν απνθσδηθνπνηεηήο ζηνλ δέθηε είλαη ζρεδηαζκέλνο λα αλαγλσξίδεη σο ζθάικα. Τπάξρεη, φκσο, θαη ε καθξηλή πηζαλφηεηα κία κεηαδηδφκελε θσδηθή ιέμε λα κεηαζρεκαηηζηεί ζε έγθπξε θσδηθή ιέμε. Όινη νη θψδηθεο ζπζηάδαο ζηελ πξάμε είλαη γξακκηθνί. Έλαο θψδηθαο νξίδεηαη σο γξακκηθφο φηαλ θάζε γξακκηθφο ζπλδπαζκφο θσδηθψλ ιέμεσλ απηνχ είλαη επίζεο θσδηθή ιέμε. Γηα δπαδηθέο θσδηθέο ιέμεηο, ε γξακκηθή ιεηηνπξγία είλαη πξφζζεζε modulo-2. ηνπο επαλαιεπηηθνχο θψδηθεο, θάζε bit ζεσξείηαη ιέμε δεδνκέλσλ, δειαδή k 1. ηνπο θψδηθεο n-πιενλαζκνχ, ε έμνδνο ηνπ θσδηθνπνηεηή απνηειείηαη απφ n bits φκνηα ηνπ bit εηζφδνπ. Γηα παξάδεηγκα, αλ n = 3, ε έμνδνο ηνπ θσδηθνπνηεηή είλαη 111 γηα είζνδν 1, θαη 000 γηα είζνδν 0. ηνλ δέθηε, ε έμνδνο ηνπ απνθσδηθνπνηεηή είλαη 1 γηα είζνδν 111 θαη 0 γηα είζνδν 000. ηελ ARQ, ν απνθσδηθνπνηεηήο πξνβαίλεη ζε αίηεζε επαλεθπνκπήο, ελψ ζηελ FEC ιακβάλεη ρψξα «πιεηνςεθία». Αλ, δειαδή, ιεθζνχλ πεξηζζφηεξα 1 (101, 011, 110), ε έμνδνο ζα είλαη 1, ελψ αλ ιεθζνχλ πεξηζζφηεξα 0 (010, 100, 001), ε έμνδνο ζα είλαη 0. Πξνο απνθπγή «ηζνςεθίαο» ρξεζηκνπνηείηαη πεξηηηφ n. Αλ, πάιη, ζπκβνχλ πάλσ απφ δχν ζθάικαηα ζε θσδηθή ιέμε, ε έμνδνο ζα είλαη ιαλζαζκέλε είηε ρξεζηκνπνηεζεί ARQ είηε FEC. Χζηφζν, απηή ε πεξίπησζε είλαη πνιχ ιηγφηεξν πηζαλή ηνπ ζθάικαηνο ελφο bit Κπθιηθνί θώδηθεο Οη θπθιηθνί θψδηθεο (cyclic codes) ρξεζηκνπνηνχληαη επξέσο ζηηο δνξπθνξηθέο επηθνηλσλίεο. Δίλαη γξακκηθνί θψδηθεο ζπζηάδαο κε ηελ ηδηφηεηα φηη θπθιηθή κεηαηφπηζε θσδηθήο ιέμεο είλαη επίζεο θσδηθή ιέμε. Γηα παξάδεηγκα, αλ θσδηθή ιέμε απνηειείηαη απφ ηα ζηνηρεία{ c 1 c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 c 7 }, ηφηε { c2c3c4c 5c6c7c 1} είλαη επίζεο θσδηθή ιέμε. Σν πιενλέθηεκα ησλ θπθιηθψλ θσδίθσλ είλαη ε εχθνιε πινπνίεζε κε

54 ρξήζε θαηαρσξεηψλ νιίζζεζεο θαη αζξνηζηψλ modulo-2. Μφλν νξηζκέλνη ζπλδπαζκνί k θαη n επηηξέπνληαη ζε απηνχο ηνπο θψδηθεο. Γηαθξίλνπκε ηνπο εμήο θπθιηθνχο θψδηθεο: Hamming Γηα αθέξαην m 2, νη ηηκέο k θαη n ζρεηίδνληαη σο n 2 1 θαη k n m. Ο ξπζκφο θψδηθα πξνζεγγίδεη ηελ κνλάδα θαζψο απμάλεηαη, πνπ νδεγεί ζε απνδνηηθφηεξε θσδηθνπνίεζε. Χζηφζν, κφλνλ κνλά ζθάικαηα δηνξζψλνληαη κε θψδηθεο Hamming. BCH Φέξνπλ ηα αξρηθά ησλ εθεπξεηψλ ηνπο, Bose, Chaudhuri, θαη Hocquenghen. Μπνξνχλ λα δηνξζψζνπλ κέρξη t ζθάικαηα, θαη γηα νπνηνδήπνηε ζεηηθφ αθέξαην m, m νη επηηξεπηέο ηηκέο είλαη n 2 1 θαη k n mt. Οη αθέξαηνη m θαη t είλαη απζαίξεηνη. Reed-Solomon (RS) ε αληίζεζε πξνο ηνπο πξναλαθεξζέληεο θψδηθεο, αληεπεμέξρνληαη ζε ζθάικαηα ξηπήο πνπ κπνξεί λα πξνθιεζνχλ απφ θξνπζηηθφ ζφξπβν ή θξνπζηηθή παξεκβνιή. Ζ ινγηθή απηνχ ηνπ θψδηθα είλαη φηη ζθάικαηα πνπ επεξεάδνπλ νκάδα δεδνκέλσλ πηζαλφηεξα επεξεάδνπλ έλα ζχκβνιν πνπ κπνξεί λα δηνξζσζεί απφ ηνλ θψδηθα RS. Σα bits νκαδνπνηνχληαη αλά k ζε ζχκβνια, άξα πξνθχπηνπλ q 2 k ζχκβνια (q-αδηθφ αιθάβεην). Οη ιέμεηο δεδνκέλσλ απνηεινχληαη απφ Κ ζχκβνια θαη αληηζηνηρίδνληαη ζε θσδηθέο ιέμεηο απφ Ν ζχκβνια. Σα πιενλάδνληα ζχκβνια είλαη Ν Κ, ν ξπζκφο θψδηθα Κ/Ν θαη ν θψδηθαο ζπκβνιίδεηαη σο (Κ, Ν). Καηά ηα ινηπά ε ινγηθή είλαη ίδηα κε εθείλε ησλ θσδίθσλ ζπζηάδαο. Οη ζρεδηαζηηθνί θαλφλεο γηα ηνπο θψδηθεο RS είλαη m q 2 k (3.1) N q 1 (3.2) n k r (3.3) φπνπ t: αξηζκφο ησλ ζθαικάησλ ζπκβφινπ πνπ κπνξνχλ λα δηνξζσζνχλ. Χζηφζν, νη θψδηθεο RS δελ παξέρνπλ απνδνηηθή δηφξζσζε ζθαικάησλ φπνπ ηα ζθάικαηα είλαη ηπραία θαηαλεκεκέλα, νπφηε ρξεζηκνπνηνχληαη αιπζηδωηνί θώδηθεο, έλαο γηα δηφξζσζε ηπραίνπ ζθάικαηνο θαη έλαο γηα δηφξζσζε ζθαικάησλ ξηπήο. Παξφηη ε θσδηθνπνίεζε θαη απνθσδηθνπνίεζε γίλεηαη ζε επίπεδν ζπκβφινπ, ην ζήκα κπνξεί λα εθπέκπεηαη σο ξνή δεδνκέλσλ, αιιά επίζεο βνιεχεη γηα κεηάδνζε κε πνιπεπίπεδε δηακφξθσζε. Οη ζπληνκεπκέλνη θψδηθεο RS εθαξκφδνπλ ηηκέο Ν = Ν l θαη K = K l θαη δειψλνληαη σο (Ν, Κ ) πλειηθηηθνί θώδηθεο Οη ζπλειηθηηθνί θψδηθεο είλαη επίζεο γξακκηθνί θψδηθεο. Έλαο ζπλειηθηηθφο θσδηθνπνηεηήο απνηειείηαη απφ θαηαρσξεηή νιίζζεζεο πνπ παξέρεη πξνζσξηλή απνζήθεπζε, ιεηηνπξγία νιίζζεζεο γηα ηα bits εηζφδνπ θαη ινγηθά θπθιψκαηα

55 απνθιεηζηηθνχ-or πνπ παξάγνπλ ηελ θσδηθνπνηεκέλε έμνδν απφ ηα bits πνπ θξαηνχληαη ηξερφλησο ζηνλ θαηαρσξεηή νιίζζεζεο. Γεληθά, k bits δεδνκέλσλ κπνξνχλ λα νιηζζήζνπλ ζηνλ θαηαρσξεηή ζηε ζηηγκή, θαη παξάγνληαη n θσδηθά bits. Αξρηθά, ν θαηαρσξεηήο νιίζζεζεο θξαηεί φιν δπαδηθά 0. Ο θσδηθνπνηεηήο έρεη n modulo-2 αζξνηζηέο (πχιεο απνθιεηζηηθνχ-or), θαη n πνιπψλπκα γελλήηνξεο έλα γηα θάζε αζξνηζηή. Δίζνδνο m 1 παξέρεηαη ζηνλ αξηζηεξφηεξν θαηαρσξεηή. Υξεζηκνπνηψληαο ηα πνιπψλπκα γελλήηνξεο θαη ηηο ππάξρνπζεο ηηκέο ζηνπο ππφινηπνπο θαηαρσξεηέο, ν θσδηθνπνηεηήο εμάγεη n bits. Καηφπηλ, ηα bits κεηαθηλνχληαη δεμηά θαηά έλα θαη αλακέλεηαη ην λέν bit εηζφδνπ. Αλ δελ ππάξρνπλ ελαπνκέλνληα bits εηζφδνπ, ν θσδηθνπνηεηήο ζπλερίδεη λα εμάγεη κέρξη λα επηζηξέςνπλ φινη νη θαηαρσξεηέο ζηελ θαηάζηαζε κεδέλ. Ζ παξαθάησ εηθφλα παξηζηάλεη θσδηθνπνηεηή ξπζκνχ 1/3 (m/n) κε κήθνο πεξηνξηζκνχ (k) 3. Σα πνιπψλπκα γελλήηνξεο είλαη G 1 = (1,1,1), G 2 = (0,1,1), θαη G 3 = (1,0,1). πλεπψο, ηα bits εηζφδνπ ππνινγίδνληαη (modulo-2) σο αθνινχζσο: n1 m1 m0 m 1 (3.4) n2 m0 m 1 (3.5) n3 m1 m 1 (3.6) Δηθόλα 3.1 Με αλαδξνκηθφο, κε ζπζηεκαηηθφο ζπλειηθηηθφο θσδηθνπνηεηήο ξπζκνχ 1/3, κε κήθνο πεξηνξηζκνχ 3 Ο θσδηθνπνηεηήο ηεο εηθφλαο 3.1 είλαη κε αλαδξνκηθφο. Αθνινπζεί παξάδεηγκα αλαδξνκηθνχ θσδηθνπνηεηή (εηθφλα 3.2). Παξαηεξνχκε φηη ε θσδηθνπνηνχκελε είζνδνο πεξηιακβάλεηαη ζηελ αθνινπζία εμφδνπ. Σέηνηνη θψδηθεο αλαθέξνληαη σο ζπζηεκαηηθνί. Οη αλαδξνκηθνί θψδηθεο είλαη ζρεδφλ πάληνηε ζπζηεκαηηθνί θαη, αληηζηξφθσο, νη κε αλαδξνκηθνί θψδηθεο είλαη κε ζπζηεκαηηθνί.

56 Δηθόλα 3.2 Αλαδξνκηθφο, ζπζηεκαηηθφο ζπλειηθηηθφο θψδηθαο κε κήθνο πεξηνξηζκνχ 4 Έλαο ζπλειηθηηθφο θσδηθνπνηεηήο είλαη κεραλή πεπεξαζκέλσλ θαηαζηάζεσλ. Κσδηθνπνηεηήο n δπαδηθψλ θειηψλ ζα έρεη 2 n θαηαζηάζεηο. Αο ππνζέζνπκε φηη ν θσδηθνπνηεηήο ηεο εηθφλαο έρεη 1 ζην αξηζηεξφ θειί κλήκεο ( θαη 0 ζην δεμηφ (. Σν θειί δελ ινγίδεηαη σο θειί κλήκεο θαζψο αλαπαξηζηά ηελ ηξέρνπζα ηηκή. Θεσξνχκε ηελ θαηάζηαζε απηή σο 10. ηνλ επφκελν γχξν, θσδηθνπνηεηήο ζα κεηαηξέςεη ηελ θαηάζηαζε ζε 01 ή 11 αλαιφγσο γηα ιακβαλφκελν 0 ή 1 αληίζηνηρα. Παξαηεξνχκε φηη δελ επηηξέπνληαη φιεο νη κεηαβάζεηο (π.ρ. απφ 10 ζε 00 ή παξακνλή ζε 10). Σν δηάγξακκα trellis δείρλεη φιεο ηηο πηζαλέο κεηαβάζεηο: Δηθόλα 3.3 Γηάγξακκα trellis δχν θαηαζηάζεσλ κλήκεο Μία πξαγκαηηθή θσδηθνπνηεκέλε αθνινπζία κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί σο δηαδξνκή ζε απηφ ηνλ γξάθν. Οη έγθπξεο δηαδξνκέο δείρλνληαη κε θφθθηλν. Σν δηάγξακκα καο δίλεη κία ηδέα πεξί ηεο απνθσδηθνπνίεζεο: εάλ κηα ιακβαλφκελε αθνινπζία δελ ηαηξηάδεη ζε απηφ ηνλ γξάθν, ηφηε ειήθζε κε ζθάικαηα, θαη πξέπεη λα αθνινπζήζνπκε ζηελ πιεζηέζηεξε ζσζηή αθνινπζία. Οη πξαγκαηηθνί αιγφξηζκνη απνθσδηθνπνίεζεο αθνινπζνχλ απηή ηελ ηδέα. Ζ ειάρηζηε απφζηαζε Hamming (αξηζκφο ζέζεσλ ζηηο νπνίεο δηαθέξνπλ ηα αληίζηνηρα ζχκβνια δχν αθνινπζηψλ ίζνπ κήθνπο) κεηαμχ δχν θσδηθνπνηεκέλσλ αθνινπζηψλ θαιείηαη ειεχζεξε απφζηαζε θαη ζπκβνιίδεηαη d. Σν πιήζνο ζθαικάησλ πνπ κπνξεί λα δηνξζψζεη ν θψδηθαο ππνινγίδεηαη σο d 1 t. 2 (3.7) Δθφζνλ έλαο ζπλειηθηηθφο θψδηθαο δελ ρξεζηκνπνηεί ζπζηάδεο, αιιά αληηζέησο επεμεξγάδεηαη ζπλερή ξνή bit, ε ηηκή t εθαξκφδεηαη ζε ζθάικαηα πνπ βξίζθνληαη θνληά κεηαμχ ηνπο. Γειαδή, πνιιαπιέο νκάδεο t ζθαικάησλ κπνξνχλ ζπλήζσο λα δηνξζσζνχλ φηαλ είλαη ζρεηηθά καθξηά κεηαμχ ηνπο. Ζ ειεχζεξε απφζηαζε κπνξεί λα εξκελεπζεί σο ην ειάρηζην κήθνο κηαο ζθαιεξήο ξηπήο ζηελ έμνδν ζπλειηθηηθνχ

57 απνθσδηθνπνηεηή. Σν γεγνλφο φηη ζθάικαηα εκθαλίδνληαη σο «ξηπέο» κπνξεί λα ιεθζεί ππφςε φηαλ ζρεδηάδνπκε αιπζηδσηφ θψδηθα κε εζσηεξηθφ ζπλειηθηηθφ θψδηθα. Ζ δεκνθηιήο ιχζε ζε απηφ ην πξφβιεκα είλαη δηεκπιέμνπκε ηα δεδνκέλα πξηλ απφ ηελ ζπλειηθηηθή θσδηθνπνίεζε, ψζηε ε εμσηεξηθή ζπζηάδα λα δηνξζψλεη ηα πεξηζζφηεξα ζθάικαηα. Γηα ηελ απνθσδηθνπνίεζε ησλ ζπλειηθηηθψλ θσδίθσλ ππάξρνπλ κεξηθνί αιγφξηζκνη. Γηα ζρεηηθά κηθξέο ηηκέο k, ρξεζηκνπνηείηαη θαζνιηθά ν αιγφξηζκνο Viterbi θαζψο παξέρεη επίδνζε κέγηζηεο πηζαλνθάλεηαο. Κψδηθεο κεγαιχηεξνπ κήθνπο πεξηνξηζκνχ απνθσδηθνπνηνχληαη πξαθηηθά κε νπνηνδήπνηε απφ κεξηθνχο αθνινπζηαθνχο αιγνξίζκνπο, απφ ηνπο νπνίνπο ν αιγφξηζκνο Fano είλαη ν πην γλσζηφο. ε αληίζεζε κε ηελ απνθσδηθνπνίεζε Viterbi, ε αθνινπζηαθή απνθσδηθνπνίεζε είλαη κέγηζηεο πηζαλνθάλεηαο αιιά ε πνιππινθφηεηά ηεο απμάλεηαη κφλν ειαθξά κε ην κήθνο πεξηνξηζκνχ, επηηξέπνληαο ηελ ρξήζε δπλαηψλ, κεγάινπ κήθνπο πεξηνξηζκνχ θσδίθσλ. Ακθφηεξνη νη θψδηθεο Viterbi θαη νη αθνινπζηαθνί θψδηθεο επηζηξέθνπλ απζηεξέο απνθάζεηο: ηα bits πνπ ζρεκαηίδνπλ ηελ πηζαλφηεξε θσδηθή ιέμε. Πξνζεγγηζηηθφ κέηξν εκπηζηνζχλεο κπνξεί λα πξνζηεζεί ζε θάζε bit κε ρξήζε ηνπ αιγνξίζκνπ Viterbi ραιαξήο εμφδνπ. Οη ραιαξέο απνθάζεηο κέγηζηεο εθ ησλ πζηέξσλ (maximum a posteriori, MAP) γηα θάζε bit κπνξνχλ λα ιεθζνχλ κε ρξήζε ηνπ αιγνξίζκνπ BCJR. Δηθόλα 3.4 Γηεπινθέαο - Απνδηεκπινθέαο Γηεκπινθή Ζ ηδέα ηεο δηεκπινθήο (interleaving) είλαη ε αιιαγή ηεο ζεηξάο ζηελ νπνία ηα bits θσδηθνπνηνχληαη ψζηε ζθάικαηα ξηπήο λα δηαζπείξνληαη ζε πιήζνο θσδηθψλ ιέμεσλ παξά λα ζηνηρίδνληαη ζε κία θσδηθή ιέμε. Ζ δηεκπινθή κπνξεί λα εθαξκνζζεί ζε ακθφηεξνπο θψδηθεο ζπζηάδαο θαη ζπλειηθηηθνχο θψδηθεο. Υξεζηκνπνηνχληαη πίλαθαο (εηθφλα 3.5) ζηνλ νπνίν ηα bits ηνπ κελχκαηνο πξνο θσδηθνπνίεζε εηζέξρνληαη θαηά γξακκή θαη δηαβάδνληαη θαηά ζηήιε. ηελ θάζε απνθσδηθνπνίεζεο αθνινπζείηαη ε ίδηα δηαδηθαζία, φπνηε πξνθχπηεη ην αξρηθφ κήλπκα Αιπζηδσηνί θώδηθεο

58 Οη αιπζηδσηνί θψδηθεο (concatenated codes) απνηεινχληαη απφ ζπλδπαζκφ θψδηθα δηφξζσζεο ζθαικάησλ θαη θψδηθα δηφξζσζεο ηπραίσλ ζθαικάησλ. Ζ εηθφλα 3.4 δείρλεη ηελ γεληθή κνξθή ησλ αιπζηδσηψλ θσδίθσλ. Σα δεδνκέλα εηζφδνπ εηζάγνληαη ζηνλ θσδηθνπνηεηή δηφξζσζεο ζθαικάησλ ξηπήο (εμσηεξηθφο θσδηθνπνηεηήο). Ζ έμνδνο ηνπ εμσηεξηθνχ θσδηθνπνηεηή θαηφπηλ δηεκπιέθεηαη ψζηε λα δηαζπαξζνχλ ζθάικαηα ξηπήο θαη εηζάγεηαη ζηνλ θσδηθνπνηεηή δηφξζσζεο ηπραίσλ ζθαικάησλ (εζσηεξηθφο θσδηθνπνηεηήο). Σν θσδηθνπνηεκέλν ζήκα δηακνξθψλεηαη θαη εθπέκπεηαη. ηνλ δέθηε, ην ζήκα απνδηακνξθψλεηαη. Αθνινπζεί ν εζσηεξηθφο απνθσδηθνπνηεηήο πνπ αληηζηνηρεί ζηνλ εζσηεξηθφ θσδηθνπνηεηή, ελψ ν εμσηεξηθφο απνθσδηθνπνηεηήο ζηνλ εμσηεξηθφ θσδηθνπνηεηή. Ο εμσηεξηθφο θψδηθαο είλαη RS, θαη ν εζσηεξηθφο θψδηθαο είλαη ζπλειηθηηθφο. Ζ εζσηεξηθή απνθσδηθνπνίεζε ρξεζηκνπνηεί αιγφξηζκν Viterbi. Οη θψδηθεο. Ο αιπζηδσηφο θψδηθαο είλαη γλσζηφο σο RSV. Δηθόλα 3.5 Αιπζηδσηή θσδηθνπνίεζε Κώδηθεο turbo Οη θψδηθεο turbo (turbo codes) είλαη ηάμε θσδίθσλ πςειήο επίδνζεο θαη ήηαλ νη C Blog 1 S / N. Οη πξψηνη πνπ πξνζέγγηζαλ ζηελά ηελ ρσξεηηθφηεηα δηαχινπ, θψδηθεο turbo βξίζθνπλ εθαξκνγή ζε επηθνηλσληαθέο δεχμεηο κε πεξηνξηζκνχο εχξνπο δψλεο θαη θαζπζηέξεζεο, φπσο νη δνξπθνξηθέο. Αλ θαη ππάξρνπλ δηάθνξεο παξαιιαγέο θσδίθσλ turbo, ν θιαζηθφο θψδηθαο turbo θαίλεηαη ζηελ εηθφλα 3.6. Απηφο ν θσδηθνπνηεηήο ζηέιλεη ηξεηο ζπζηάδεο bits. Ζ πξψηε ππνζπζηάδα είλαη ε ζπζηάδα m-bit δεδνκέλσλ σθέιηκνπ θνξηίνπ, ε δεχηεξε είλαη n/2 bits ηζνηηκίαο γηα ηα δεδνκέλα σθέιηκνπ θνξηίνπ, ππνινγηζκέλα κε αλαδξνκηθφ ζπζηεκαηηθφ θψδηθα (RSC). Ζ ηξίηε ππνζπζηάδα είλαη n/2 bits ηζνηηκίαο γηα γλσζηή αληηκεηάζεζε ησλ δεδνκέλσλ σθέιηκνπ θνξηίνπ, μαλά ππνινγηζκέλα κε RSC. Απηφο ν θσδηθνπνηεηήο turbo απνηειείηαη απφ δχν παλφκνηνπο θσδηθνπνηεηέο C 1 (γξακκή θαζπζηέξεζεο) θαη C 2 (δηεκπινθέαο) δηαζπλδεδεκέλσλ κε παξάιιειε αιπζίδα. Κάζε θσδηθνπνηεηήο απνηειείηαη απφ ηέζζεξηο θαηαρσξεηέο κλήκεο Μ. Ζ γξακκή θαζπζηέξεζεο θαη ν δηεκπινθέαο αλαγθάδνπλ ηα bits εηζφδνπ d k λα εκθαλίδνληαη ζε δηαθνξεηηθέο αθνινπζίεο. 2

59 Δηθόλα 3.6 Κσδηθνπνηεηήο turbo Ο απνθσδηθνπνηεηήο ηεο εηθφλαο 3.7 είλαη θαηαζθεπαζκέλνο κε ηνλ ίδην ηξφπν φπσο ν θσδηθνπνηεηήο δχν ζηνηρεηψδεηο απνθσδηθνπνηεηέο είλαη δηαζπλδεδεκέλνη ζεηξηαθά, φρη παξάιιεια. ε θάζε επαλάιεςε, ν απνθσδηθνπνηεηήο ιακβάλεη δεχγνο κεηαβιεηψλ x k θαη y k. Μεηαμχ ησλ απνθσδηθνπνηεηψλ είλαη εγθαηεζηεκέλνο δηεκπινθέαο. DI ρξεζηκνπνηείηαη γηα απνπνιχπιεμε θαη εηζαγσγή πιεξνθνξίαο πιενλαζκνχ κία ζηηγκή ζηνλ DEC 1 θαη άιιε ζηνλ DEC 2, ιεηηνπξγψληαο σο κεηαγσγέαο. Ο DEC 1 απνθέξεη ραιαξή απφθαζε κε ρξήζε αιγνξίζκνπ BCJR θαη ηελ παξαδίδεη ζηνλ DEC 2 πνπ δίλεη απζηεξή απφθαζε ρξεζηκνπνηψληαο αιγφξηζκν Viterbi. Γηα βειηηζηνπνίεζε απηνχ ηνπ απνθσδηθνπνηεηή ρξεζηκνπνηείηαη αλάδξαζε (δηαθεθνκκέλε γξακκή). Δηθόλα 3.7 Απνθσδηθνπνηεηήο turbo Απνθσδηθνπνίεζε απζηεξήο απόθαζεο θαη ραιαξήο απόθαζεο Με ηελ απνθσδηθνπνίεζε απζηεξήο απφθαζεο, ε έμνδνο απφ ηνλ βέιηηζην απνδηακνξθσηή εηζάγεηαη ζε αληρλεπηή θαησθιίνπ (threshold detector) πνπ παξάγεη «θαζαξφ» ζήκα ην νπνίν ζηελ ζπλέρεηα εηζάγεηαη ζε απνθσδηθνπνηεηή απζηεξήο απφθαζεο. Με ηελ απνθσδηθνπνίεζε ραιαξήο απφθαζεο, ε ιακβαλφκελε θσδηθή ιέμε ζπγθξίλεηαη ζπλνιηθά κε ηηο γλσζηέο ζσζηέο θσδηθέο ιέμεηο βάζεη ηεο

60 ειάρηζηεο απφζηαζεο. Ζ απφζηαζε θαζνξίδεηαη κε γεσκεηξηθά θξηηήξηα θαη αλαθέξεηαη σο επθιείδεηα απόζηαζε. Ζ απνθσδηθνπνίεζε ραιαξήο απφθαζεο νδεγεί ζε κείσζε 2 db ζε [ ] γηα δεδνκέλν BER, αιιά είλαη πην πεξίπινθε ζηελ πινπνίεζε θαη ρξεζηκνπνηείηαη φπνπ είλαη απαξαίηεηε ε βειηίσζε πνπ παξέρεη. Ζ εηθφλα 3.8 δείρλεη ηηο κεζφδνπο απζηεξήο θαη ραιαξήο απφθαζεο γηα ηελ πεξίπησζε θψδηθα ηξηπινχ πιενλαζκνχ, φπνπ ε θσδηθή ιέμε 111 αλαπαξίζηαηαη απφ ηα επίπεδα ηάζεο 1 V 1 V 1 V, θαη ε θσδηθή ιέμε 000 απφ ηα επίπεδα -1 V -1 V -1 V. Σν θαηψθιη έρεη ηεζεί ζε 0 V. Ζ επθιείδεηα απφζηαζε δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν d x x y y z z, νπφηε πξνθχπηεη (0,5 1) 2 + (0,7 1) 2 + (-2 1) 2 = 9,34 γηα θσδηθή ιέμε 111 θαη [0,5 (-1)] 2 + [0,7 (-1)] 2 + [-2 (-1)] 2 = 6,14 γηα 000. Άξα, ν απνθσδηθνπνηεηήο δίλεη έμνδν 0, αθνχ ε ηάζε -1 V έρεη κηθξφηεξε επθιείδεηα απφζηαζε απφ ην ζήκα εμφδνπ ηνπ απνδηακνξθσηή παξά ε ηάζε 1 V. Δηθόλα 3.8 Απνθσδηθνπνίεζε (a) απζηεξήο απφθαζεο θαη (b) ραιαξήο απφθαζεο 3.3 Γηακόξθσζε Δλψ νπνηαδήπνηε παξάκεηξνο κηαο θπκαηνκνξθήο θέξνληνο (πιάηνο, ζπρλφηεηα ή θάζε) κπνξεί λα δηακνξθσζεί ςεθηαθά (ASK, FSK, PSK αληίζηνηρα), ε δηακφξθσζε θάζεο ρξεζηκνπνηείηαη ζρεδφλ παγθνζκίσο γηα ηνπο δνξπθφξνπο θαη θαιείηαη δηακφξθσζε κεηαηφπηζεο θάζεο (phase shift keying, PSK). Έλαο δηακνξθσηήο PSK ζέηεη ηελ θάζε ελφο θέξνληνο ζε κία απφ ηηο m θαηαζηάζεηο ζχκθσλα κε ηελ ηηκή κηαο ηάζεο δηακφξθσζεο. Οη PSK δχν θαηαζηάζεσλ θαη ηεζζάξσλ θαηαζηάζεσλ θαινχληαη BPSK θαη QPSK αληηζηνίρσο. Δίλαη δπλαηνί θαη άιινη αξηζκνί θαηαζηάζεσλ θαη κεξηθνί ζπλδπαζκνί δηακφξθσζεο πιάηνπο θαη θάζεο, νη νπνίνη πηνζεηνχληαη ζηηο επίγεηεο δεχμεηο, αιιά ηζηνξηθά, νη δνξπθνξηθνί νξγαληζκνί θηλεηήο ηειεθσλίαο έρνπλ ππάξμεη απξφζπκνη λα πηνζεηήζνπλ θάηη εθηφο ηεο BPSK ή QPSK. Έλαο ζεκαληηθφο ιφγνο είλαη νη πςειφηεξεο απαηηνχκελεο ηηκέο C/N γηα απνδεθηνχο ξπζκνχο ζθαικάησλ bit.

61 Οπνηνζδήπνηε ηχπνο PSK κπνξεί λα είλαη ζχκθσλνο (coherent) ή δηαθνξηθφο (differential), αλ γηα ηελ κεηαδηδφκελε θάζε ελδηαθέξεη ε θαηάζηαζε ηεο ηάζεο δηακφξθσζεο ή ε αιιαγή ζηελ θαηάζηαζε ηεο ηάζεο δηακφξθσζεο. Δίηε ζχκθσλνο είηε δηαθνξηθφο έλαο δηακνξθσηήο PSK αλαγθάδεη ηελ θάζε κηαο θπκαηνκνξθήο θέξνληνο λα κεηαβεί ζε κία απφ έλα πεπεξαζκέλν ζχλνιν ηηκψλ. Ο ρξφλνο κεηάβαζεο ζπλ ηνλ ρξφλν πνπ δαπαλάηαη ζηελ επηζπκεηή θάζε ζπληζηνχλ έλα ζηαζεξφ ρξνληθφ δηάζηεκα πνπ θαιείηαη πεξίνδνο ζπκβφισλ. Ζ κεηαδηδφκελε θπκαηνκνξθή θαηά ηελ δηάξθεηα απηνχ ηνπ δηαζηήκαηνο θαιείηαη ζχκβνιν. Σν ζχλνιν φισλ ησλ ζπκβφισλ γηα έλα ζπγθεθξηκέλν ηχπν δηακφξθσζεο θαιείηαη αιθάβεην απηήο. Έηζη ε BPSK έρεη αιθάβεην δχν ζπκβφισλ, ελψ ε QPSK έρεη αιθάβεην ηεζζάξσλ ζπκβφισλ Φεθηαθά ζήκαηα δώλεο βάζεο Δλψ ζηα θπθιψκαηα ππνινγηζηψλ έλα ινγηθφ κεδέλ κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί κε κία ρακειή ηάζε (νλνκαζηηθά 0 V) θαη έλαο ινγηθφο άζνο κε κία πςειή ηάζε (π.ρ. 5 V), απηή ε ξχζκηζε δελ εμππεξεηεί γηα κεηάδνζε ζε ζεκαληηθή απφζηαζε θαη δελ ρξεζηκνπνηείηαη. Γηα λα γίλεη απηφ πην θαηαλνεηφ, ππνζέηνπκε φηη ζε κία γξακκή κεηαδίδεηαη ξνή bit θσδηθνπνηεκέλε φπσο παξαπάλσ κε ίζνπο αξηζκνχο άζσλ θαη κεδεληθψλ. Πεξίπνπ ην κηζφ ρξνληθφ δηάζηεκα ε ηάζε ηεο γξακκήο ζα είλαη 5 V θαη πεξίπνπ ην κηζφ δηάζηεκα ζα είλαη 0 V. Χο εθ ηνχηνπ, ην ζήκα ηεο γξακκήο ζα έρεη κία ζπληζηψζα ζπλερνχο ξεχκαηνο (DC) 2,5 Χ. Όια ηα θπθιψκαηα πνπ κεηαθέξνπλ απηφ ην ζήκα πξέπεη λα έρνπλ απφθξηζε ζπρλφηεηαο πνπ εθηείλεηαη ζε DC, ην νπνίν είλαη δχζθνιν λα επηηεπρζεί, δεδνκέλνπ φηη πνιιά θπθιψκαηα επηθνηλσληψλ πεξηέρνπλ κεηαζρεκαηηζηψλ. Πξνο απνθπγή απηνχ ηνπ πξνβιήκαηνο, νη ςεθηαθνί δηακνξθσηέο δέρνληαη ηελ είζνδφ ηνπο ζε κνξθνπνίεζε πνιηθή ρσξίο επηζηξνθή ζε κεδέλ (polar non-return-to-zero, NRZ): νη ινγηθνί άζνη κεηαδίδνληαη σο ζπλ θαη πιελ κηαο δεισκέλεο ηηκήο (π.ρ. ± V). Δηθόλα 3.9 Κψδηθεο γξακκήο

62 ηελ δηαδηθαζία ηεο ςεθηαθήο δηακφξθσζεο, κία ξνή εηζεξρνκέλσλ bits θαζνξίδεη πνην ζχκβνιν απφ ηα δηαζέζηκα m ζην αιθάβεην ζα κεηαδνζεί. ε θαζέλα απφ ηα m πηζαλά ζχκβνια πνπ κεηαδίδνληαη αληηζηνηρνχλ N b bits, φπνπ N b θαη m δηέπνληαη απφ ηελ ζρέζε Nb log 2 m (3.8) Ζ ζπλήζεο πξαθηηθή είλαη ην m λα είλαη δχλακε ηνπ 2 ψζηε ην N b λα πξνθχπηεη αθέξαηνο. Έλαο βνιηθφο ηξφπνο λα αλαπαξαζηήζνπκε ζρήκαηα PSK είλαη ζε δηάγξακκα αζηεξηζκνχ (εηθφλα 3.10). Απηφ δείρλεη ηα ζεκεία ζην κηγαδηθφ επίπεδν, φπνπ ν πξαγκαηηθφο θαη ν θαληαζηηθφο άμνλαο νξίδνληαη ζπκθαζηθφο θαη νξζνγψληνο άμνλαο αληίζηνηρα ιφγσ ηνπ 90 δηαρσξηζκνχ ηνπο. Σν πιάηνο θάζε ζεκείνπ θαηά ηνλ ζπκθαζηθφ άμνλα ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα δηακνξθψζεη έλα ζπλεκηηνληθφ (ή εκηηνληθφ) θχκα θαη ην πιάηνο θαηά ηνλ νξζνγψλην άμνλα ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα δηακνξθψζεη έλα εκηηνληθφ (ή ζπλεκηηνληθφ) ζήκα. ηελ PSK, ηα επηιεγκέλα ζεκεία αζηεξηζκνχ ζπλήζσο ηνπνζεηνχληαη ζε νκνηφκνξθν δηαρσξηζκφ γχξσ απφ θχθιν. Απηφ δίλεη κέγηζην δηαρσξηζκφ θάζεο κεηαμχ παξαθεηκέλσλ ζεκείσλ θαη έηζη θαιχηεξε αλνζία ζε θζνξά. Σνπνζεηνχληαη ζε θχθιν ψζηε λα κεηαθέξνληαη κε ηελ ίδηα ελέξγεηα. Καη απηφλ ηνλ ηξφπν, ηα κέηξα ησλ κηγαδηθψλ αξηζκψλ πνπ αλαπαξηζηνχλ είλαη ηα ίδηα, νπφηε θαη ηα πιάηε ησλ ζπλεκηηνληθψλ θαη εκηηνληθψλ θπκάησλ. Σν ζρήκα PSK ζπλήζσο ζρεδηάδεηαη κε ηνλ αξηζκφ ησλ ζεκείσλ αζηεξηζκνχ λα είλαη δχλακε ηνπ 2. Δηθόλα 3.10 Γηαγξάκκαηα αζηεξηζκνχ BPSK, QPSK Ζ εηθφλα 3.11 δείρλεη ην κνληέιν δηακνξθσηή QPSK. Σν ζήκα ρσξίδεηαη ζε δχν ζπληζηψζεο πνπ πνιιαπιαζηάδνληαη κε δχν νξζνγψληνπο κεηαμχ ηνπο θνξείο. Σα πξνθχπηνληα ζήκαηα πνιππιέθνληαη. ηνλ δέθηε (εηθφλα 3.12) ην ιακβαλφκελν ζήκα ρσξίδεηαη ζε δχν ζπληζηψζεο πνπ πνιιαπιαζηάδνληαη κε θνξείο νξζνγψληνπο κεηαμχ ηνπο. Καηφπηλ ην γηλφκελν πνιιαπιαζηάδεηαη κε θίιηξν ζρεκαηηζκνχ παικψλ θαη ιακβάλεη ρψξα δεηγκαηνιεςία αλά πεξίνδν ζπκβφινπ. Σέινο ιακβάλεηαη απφθαζε γηα ην ιεθζέλ ζχκβνιν. Δίλαη ζεκαληηθή ε νξζή αλάθηεζε ηεο θάζεο ηνπ θνξέα θαη ν ρξνληζκφο ησλ ζπκβφισλ πνπ κπνξεί λα εγγπεζεί νξζή αλάθηεζε ησλ κεηαδνζέλησλ ζπκβφισλ. εκεησηένλ φηη ν δηακνξθσηήο θαη απνδηακνξθσηήο BPSK είλαη απινχζηεξνη θαη απνηεινχληαη απφ έλα θιάδν ιφγσ φηη ε θάζε ηνπ θνξέα θσδηθνπνηείηαη απφ έλα bit ζηελ πεξίπησζε ηεο BPSK, άξα απαηηείηαη έλαο θνξέαο.