Επίγειο Τμήμα. 5.1 Εισαγωγή. 5.2 Αρχιτεκτονική και εξοπλισμός του επίγειου σταθμού

Transcript

1 Επίγειο Τμήμα Σύνοψη Αρχικά προσδιορίζεται η γενική αρχιτεκτονική του επίγειου σταθμού, όπου γίνεται αναφορά στις βαθμίδες από τις οποίες αποτελείται, στο δομικό διάγραμμα και τον εξοπλισμό. Πραγματοποιείται επιμέρους ανάλυση των βαθμίδων, όπως είναι για παράδειγμα το σύστημα κεραιοδιάταξης και οι ενισχυτές. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στα είδη των επίγειων σταθμών, αναλύοντας κάθε είδος. Επίσης, περιγράφεται ο μηχανικός σχεδιασμός ενός επίγειου συστήματος, με αναφορές σε σημαντικά θέματα, όπως είναι η μηχανική ακρίβεια της κεραιοδιάταξης, το σύστημα ιχνηλάτησης κ.ά. Τέλος, αναφέρεται η τεχνολογία, αλλά και οι διεργασίες κατασκευής ενός επίγειου σταθμού, μεσαίου και μεγάλου μεγέθους. Προαπαιτούμενη γνώση Το κεφάλαιο του παρόντος βιβλίου απαιτεί από τον αναγνώστη να διαθέτει βασικές γνώσεις τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. 5.1 Εισαγωγή Σε ένα δορυφορικό σύστημα επικοινωνιών τα τρία θεμελιώδη μέρη, που το αποτελούν, είναι το επίγειο τμήμα, το διαστημικό τμήμα και το σύστημα άνω και κάτω ζεύξης ανάμεσα στο επίγειο και το διαστημικό τμήμα. Το επίγειο τμήμα κατασκευάζεται στην επιφάνεια της Γης, ενώ μπορεί να είναι εναέριο ή θαλάσσιο, σταθερό ή κινητό. Το επίγειο τμήμα στοχεύει στην επικοινωνία με έναν ή περισσότερους, επανδρωμένους ή μη, δορυφορικούς σταθμούς ή και στην επικοινωνία με έναν ή περισσότερους επίγειους σταθμούς μέσω της δορυφορικής ζεύξης. Υπάρχουν και περιπτώσεις όπου το επίγειο τμήμα, όσον αφορά τη λειτουργία, είτε μόνο λαμβάνει είτε μόνο εκπέμπει προς το αντίστοιχο δορυφορικό τμήμα. Τα κύρια υποσυστήματα ενός επίγειου σταθμού περιλαμβάνουν πρωτίστως τον πομπό, η πολυπλοκότητα του οποίου εξαρτάται από τον αριθμό των διαφορετικών συχνοτήτων των φερόντων, καθώς και τον αριθμό των δορυφόρων, που διαχειρίζεται ο ίδιος ο επίγειος σταθμός. Στη συνέχεια ακολουθεί το τμήμα του δέκτη, η πολυπλοκότητα του οποίου εξαρτάται και εδώ από τον αριθμό των συχνοτήτων και των δορυφόρων, τους οποίους διαχειρίζεται ο επίγειος σταθμός, το σύστημα της κεραιοδιάταξης, το οποίο μπορεί να αποτελείται είτε από μία συστοιχία κεραιών (antenna array) είτε από μία μόνο κεραία και το τμήμα ιχνηλάτησης (tracking), που εξασφαλίζει ότι η κεραία του επίγειου σταθμού σκοπεύει προς τον δορυφόρο. Τέλος, υπάρχει το τμήμα παροχής ηλεκτρικής ισχύος, το οποίο είναι πολύ σημαντικό, αφού αποτελεί στην ουσία την πηγή ενέργειας όλων των συστημάτων του επίγειου σταθμού. Κατά το στάδιο του σχεδιασμού και της μελέτης, ο επίγειος σταθμός απαιτεί συνδυασμό από ένα μεγάλο εύρος αντικειμένων, ξεκινώντας από το βασικότερο, που είναι οι τηλεπικοινωνίες, και φτάνοντας μέχρι και το δομικό κομμάτι για την ανέγερση του σταθμού. Η περιοχή εγκατάστασης επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τη δόμηση του επίγειου σταθμού και τα βασικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της κτιριακής εγκατάστασης, από το κομμάτι της γείωσης, μέχρι και τις αντίστοιχες ηλεκτρικές διατάξεις που χρησιμοποιούνται. Παράλληλα, κάθε επίγειος σταθμός θα πρέπει να χαρακτηρίζεται και από αυτονομία. Ιδιαίτερα, εάν ο επίγειος σταθμός βρίσκεται σε απομακρυσμένη περιοχή, τότε η αυτόνομη λειτουργία θα πρέπει να εξασφαλίζεται, προτού πραγματοποιηθεί η ηλεκτροδότηση από το δίκτυο στο συγκεκριμένο σημείο. Εξίσου σημαντικό ρόλο στη σχεδίαση διαδραματίζει και ο ανθρώπινος παράγοντας, δηλαδή εάν ο σταθμός κρίνεται απαραίτητο να είναι επανδρωμένος. Στην προκειμένη περίπτωση, τα μέτρα ασφαλείας που θα πρέπει να λαμβάνονται, καθώς και ο σχεδιασμός του σταθμού θα είναι κατά πολύ διαφορετικά από ό,τι στην περίπτωση που ο σταθμός είναι μη-επανδρωμένος. Συγκεκριμένα, εάν ο σταθμός είναι επανδρωμένος, τότε ο όγκος του σταθμού θα είναι κατά πολύ μεγαλύτερος, ανεξαρτήτως του αριθμού των κεραιών που διαθέτει και θα έχει μεγαλύτερο κόστος ανέγερσης, λειτουργίας και συντήρησης. 5.2 Αρχιτεκτονική και εξοπλισμός του επίγειου σταθμού Ο επίγειος σταθμός αποτελεί το τερματικό μετάδοσης και λήψης σήματος, κατά το οποίο επιτυγχάνεται μία τηλεπικοινωνιακή ζεύξη μέσω δορυφορικού συστήματος. Η γενική τηλεπικοινωνιακή εικόνα ενός επίγειου 5-1

2 σταθμού δεν διαφοροποιείται κατά πολύ από ένα ράδιο-τερματικό. Ωστόσο, η διαφοροποίηση εμφανίζεται στο γεγονός ότι υπάρχει μεγάλη εξασθένιση ελευθέρου χώρου (path loss), που μπορεί να φτάσει σε επίπεδο ακόμα και μεγαλύτερο των 200dB. Η εξασθένιση αυτή εντοπίζεται στο φέρον ανάμεσα στον επίγειο σταθμό και τον δορυφόρο. Η απόσταση μεταξύ επίγειου και δορυφορικού σταθμού ποικίλει ανάλογα με το είδος του δορυφορικού συστήματος. Συγκεκριμένα, στους γεωστατικούς δορυφόρους (GEO), η απόσταση μεταξύ επίγειου και δορυφορικού σταθμού είναι περίπου km. Αντίστοιχα, στους δορυφόρους χαμηλής επίγειας τροχιάς (LEO), η απόσταση μεταξύ επίγειου και δορυφορικού σταθμού είναι μέχρι 1.000km. Τέλος, υπάρχουν και οι δορυφόροι μέσης επίγειας τροχιάς (MEO), οι οποίοι βρίσκονται σε ύψος από km έως km (Ippolito 2008). Αυτό που προκύπτει είναι ότι ανάλογα με το είδος του δορυφόρου θα πρέπει να υπάρχει και ο αντίστοιχος επίγειος σταθμός, ο οποίος θα πρέπει να ικανοποιεί τις προϋποθέσεις επικοινωνίας σε συνάρτηση με το ύψος τροχιάς του εκάστοτε δορυφόρου. Κατ επέκταση, αυτό προϋποθέτει ότι ο επίγειος σταθμός θα πρέπει να έχει κατά πολύ μεγαλύτερη απόδοση σε σύγκριση με ένα ραδιο-τερματικό. Η γενική αρχιτεκτονική ενός επίγειου σταθμού φαίνεται στο Σχήμα 5.1, σύμφωνα με το οποίο ένας επίγειος σταθμός αποτελείται ως επί το πλείστον από τα παρακάτω υποσυστήματα: Την κεραιοδιάταξη. Τους ενισχυτές χαμηλού θορύβου του δέκτη. Τους ενισχυτές ισχύος του πομπού. Τον τηλεπικοινωνιακό εξοπλισμό (μετατροπείς συχνότητας και modem). Τον εξοπλισμό πολυπλεξίας και αποπολυπλεξίας. Τον εφεδρικό εξοπλισμό. Τον εξοπλισμό παροχής ισχύος. Τη γενική υποδομή. Σχήμα 5.1 Γενικό λειτουργικό σχεδιάγραμμα ενός επίγειου σταθμού Ένας επίγειος σταθμός με ζεύξεις πολλαπλής πρόσβασης περιλαμβάνει δύο κατηγορίες υποσυστημάτων: η μία κατηγορία υποσυστημάτων αφορά τις RF ζεύξεις και η άλλη κατηγορία αφορά υποσυστήματα που είναι για συγκεκριμένες ζεύξεις. Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει ως βασικό στοιχείο το σύστημα των κεραιοδιατάξεων, τους ενισχυτές χαμηλού θορύβου (Low-Noise Amplifier, LNA), καθώς και τους ενισχυτές ισχύος (Power 5-2

3 Amplifier, PA). Τα δύο είδη ενισχυτών είναι συνήθως εφοδιασμένα με αυτοματοποιημένες διατάξεις εφεδρείας, που σε περίπτωση βλάβης μετάγουν άμεσα το σύστημα στις εφεδρικές μονάδες. Τα συστήματα των κεραιοδιατάξεων (τροφοδοσία, σύστημα εντοπισμού, μηχανική δομή, σερβομηχανισμοί) υποστηρίζονται με αυτοματοποιημένες διατάξεις, αλλά δεν υπάρχουν εφεδρείες. Γενικότερα, θα πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή κατά το στάδιο του σχεδιασμού και της κατασκευής των κεραιοδιατάξεων, προκειμένου να εξασφαλιστεί η όσο το δυνατόν αποδοτική λειτουργία του συστήματος, καθώς και να εξασφαλιστεί μεγάλη διάρκεια, όσον αφορά το μέσο χρόνο λειτουργίας, πριν από μία βλάβη (mean time to failure, MTTF). Στη δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνονται υποσυστήματα του επίγειου σταθμού, όπως ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός, οι μονάδες πολυπλεξίας κ.ά., όπου, όταν η διάρθρωση του σταθμού, η διανομή των ζεύξεων, καθώς και ο μέσος χρόνος βέλτιστης λειτουργίας εξασφαλίζονται, τότε μπορεί να υπάρχει αντίστοιχη εφεδρεία Το σύστημα της κεραιοδιάταξης Η διάμετρος της κεραίας μπορεί να ποικίλει από μερικές δεκάδες εκατοστά έως 33m, ενώ αποτελεί το πιο εμφανές και συχνά το πιο εντυπωσιακό υποσύστημα ενός επίγειου σταθμού. Η κεραία λειτουργεί ως πομποδέκτης και πρέπει να παρουσιάζει τα εξής χαρακτηριστικά απόδοσης: Μεγάλη τιμή κέρδους για την εκπομπή και λήψη, με την ύπαρξη κάτοπτρων, τα οποία είναι μεγάλα σε συνάρτηση με το μήκος κύματος και έχουν υψηλή απόδοση. Χαμηλό επίπεδο παρεμβολών (κατά τη μετάδοση), καθώς και χαμηλό επίπεδο ευαισθησίας ως προς τις παρεμβολές (κατά τη λήψη), όπου απαιτούνται διαγράμματα ακτινοβολίας με πολύ μικρούς πλευρικούς λοβούς. Ακτινοβολία με υψηλή καθαρότητα ως προς την πόλωση. Για τη λήψη, θα πρέπει να εξασφαλίζεται χαμηλή ευαισθησία προς τον θερμικό θόρυβο εξαιτίας της επίγειας ακτινοβολίας και των διαφόρων απωλειών. Η συνολική τηλεπικοινωνιακή λειτουργία της κεραιοδιάταξης εξαρτάται άμεσα από τα χαρακτηριστικά των μικρότερων διατάξεων που την απαρτίζουν. Η σκόπευση της κεραίας προς τον αντίστοιχο δορυφορικό σταθμό θα πρέπει να παραμένει σταθερή ανεξάρτητα από τις περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως επίσης και προς τον δορυφόρο, ανεξάρτητα από την κίνηση που πραγματοποιεί ο δορυφορικός σταθμός. Ως παράδειγμα αναφέρεται η περίπτωση του INTELSAT προτύπου Α, όπου στα 16m διάμετρο, που έχει η κεραία, η αντίστοιχη γωνιακή ακρίβεια θα πρέπει να είναι ο. Αυτό συνεπάγεται τη χρήση αυτόματων διατάξεων, οι οποίες πραγματοποιούν τη διαδικασία της ιχνηλάτησης του δορυφορικού τμήματος. Συγκεκριμένα, η κεραία του επίγειου σταθμού αποτελείται από το μηχανικό δομικό σύστημα, το οποίο απαρτίζεται περαιτέρω από το κάτοπτρο της κεραίας, τη βάση στήριξης, τον μηχανικό εξοπλισμό κίνησης και τους αντίστοιχους σερβομηχανισμούς (που υποστηρίζουν την κίνηση). Έπειτα, υπάρχει η κύρια πηγή, η οποία αποτελείται από τη χοάνη και τους ανακλαστήρες (στην περίπτωση των κεραιών Cassegrain χρησιμοποιούνται και βοηθητικοί ανακλαστήρες και σε μερικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται και περισκοπικοί ανακλαστήρες). Στη συνέχεια, συναντώνται τηλεπικοινωνιακά στοιχεία, όπως είναι οι συζεύκτες ιχνηλάτησης (tracking couplers), οι πολωτές (polarizers), οι διπλέκτες (diplexers) κ.ά. Ως τελευταίο στοιχείο συναντάται ο δέκτης, που χρησιμοποιείται στη διάταξη της αυτόματης ιχνηλάτησης. Οι επίγειοι σταθμοί μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σύμφωνα με πολλά κριτήρια, αλλά αυτό που επικρατεί γενικά είναι το συνολικό μέγεθος του επίγειου σταθμού. Με γνώμονα αυτό το στοιχείο, διακρίνονται σε σταθμούς μεγάλου μεγέθους (Large Earth Stations), η διάμετρος της κεραίας των οποίων είναι μεγαλύτερη από 15m. Σε σταθμούς μεσαίου μεγέθους (Medium Earth Stations) η διάμετρος της κεραίας κυμαίνεται από 7 έως 15m. Σε σταθμούς μικρού μεγέθους (Small Earth Stations) από 3 έως 7m. Και τέλος, συναντώνται οι «μικρο-σταθμοί» (Micro-Stations) για τερματικά VSAT (Very Small Aperture Terminal), με μέγεθος κεραίας που κυμαίνεται από 0,7 έως 4m. Τέλος, η παραπάνω κατηγοριοποίηση είναι αρκετά γενική και μπορεί να καλύψει την πολυπλοκότητα των συστημάτων των επίγειων σταθμών. Παρόλα ταύτα, όταν πρόκειται να σχεδιαστεί και να κατασκευαστεί ένας επίγειος σταθμός, δεν λαμβάνεται υπόψη μόνο το μέγεθός του, αλλά και πρόσθετα κριτήρια, όπως είναι τα μηχανικά μέρη, ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός, η συνολική δομική κατασκευή και, βέβαια, το κόστος που συνεπάγονται όλα τα παραπάνω. 5-3

4 5.2.2 Ενισχυτές χαμηλού θορύβου Προκειμένου να πραγματοποιηθεί η λήψη πολύ ασθενών σημάτων από τον δορυφόρο, θα πρέπει η κεραία του επίγειου σταθμού, να συνδέεται με έναν δέκτη υψηλής ευαισθησίας, δηλαδή με έννα δέκτη, ο οποίος έχει πολύ χαμηλό ενδογενή θερμικό θόρυβο. Ο θερμικός θόρυβος του δέκτη χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή θορύβου (noise figure), αλλά για δέκτες πολύ χαμηλού θορύβου είναι προτιμότερο να εφαρμόζεται η έννοια της θερμοκρασίας θορύβου, η οποία μετράται σε Kelvin. Η βασική παράμετρος, που χαρακτηρίζει την ευαισθησία του επίγειου σταθμού για λήψη, είναι ο λόγος του κέρδους της κεραίας (G) προς τον ολικό θόρυβο (T), δηλαδή G/T. Περισσότερες λεπτομέρειες για τη θερμοκρασία θορύβου, μπορεί κανείς να βρει στο Κεφάλαιο 8. Ένας ενισχυτής χαμηλού θορύβου χρησιμοποιείται συνήθως ως ένας μικροκυματικός προενισχυτής (microwave pre-amplifier) στη διαδικασία λήψης του επίγειου σταθμού. Θα πρέπει να τοποθετείται όσο το δυνατόν πιο κοντά στον διπλέκτη της τροφοδοσίας της κεραίας, προκειμένου να αποφευχθεί ο επιπλέον θόρυβος, που προκαλείται από τις απώλειες στους κυματοδηγούς. Ο ενισχυτής χαμηλού θορύβου είναι συνήθως ευρείας ζώνης. Αυτό σημαίνει ότι ένας ενισχυτής ενισχύει ταυτόχρονα όλα τα φέροντα, που έρχονται από τη θύρα λήψης του διπλέκτη της κεραίας. Επίσης, στο σύστημα παρέχεται και ένας ενισχυτής σε κατάσταση αναμονής. Μέχρι το 1972, σχεδόν όλοι οι σταθμοί INTELSAT του προτύπου A στη ζώνη συχνοτήτων των 4GHz ήταν εξοπλισμένοι με παραμετρικούς προενισχυτές, που ψύχονταν στους 20K από μία κρυογενική μονάδα ηλίου αερίου, η οποία λειτουργούσε σε κλειστό κύκλωμα. Η πρόοδος στα μικροκυματικά κυκλώματα (παραμετρικές δίοδοι, αντλίες ηλεκτρικού φορτίου πολύ υψηλής συχνότητας, κυκλοφορητές κ.ά.) είχε ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη παραμετρικών ενισχυτών, οι οποίοι ακόμα και χωρίς ψύξη παρουσίαζαν απόδοση σχεδόν ανάλογη με τις προηγούμενες μονάδες, οι οποίες διέθεταν σύστημα ψύξης. Παρόλα αυτά, η αντίστοιχη πρόοδος που παρουσιάστηκε στα τρανζίστορ φαινόμενου πεδίου (Field Effect Transistor, FET), τα οποία χρησιμοποιούσαν ως βάση το αρσενίδιο του γαλλίου (Galium Arsenide, GaAs), οδήγησε στην εισαγωγή των LNAs, που βασίζονταν σε απλούς ενισχυτές με τρανζίστορ, επιτυγχάνοντας με αυτό τον τρόπο υψηλή απόδοση, με χαμηλή θερμοκρασία θορύβου και μικρό κόστος. Τέτοιου είδους LNA πλέον χρησιμοποιούνται ευρέως στους νέους επίγειους σταθμούς. Περαιτέρω, η ανάπτυξη των τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων (High Electron Mobility Transistors, HEMTs), που αποτελούν ένα είδος FET τρανζίστορ, παρουσιάζουν βελτιωμένη απόδοση σε υψηλή συχνότητα και χρησιμοποιούνται, επίσης, ευρέως σε LNA, προκειμένου να επιτευχθεί καλή απόδοση θερμοκρασίας θορύβου. Θα πρέπει να τονιστεί ότι η απόδοση ενισχυτών χαμηλού θορύβου παρουσιάζει μείωση στις ζώνες υψηλών συχνοτήτων (11-12GHz ακόμα και στη ζώνη των 20GHz ή και παραπάνω). Σε αυτές τις ζώνες συχνοτήτων, αναμένεται μία υψηλότερη θερμοκρασία θορύβου της κεραίας, εξαιτίας της επίδρασης των ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων Ενισχυτές ισχύος Τα δύο κύρια είδη μικροκυματικών λυχνίων (microwave tubes), που χρησιμοποιούνται σε ενισχυτές επίγειων σταθμών, είναι οι ενισχυτές λυχνίας οδεύοντος κύματος (Travelling Wave Tube Amplifiers, TWTAs) και οι ενισχυτές κλύστρων (klystron amplifiers). Περαιτέρω, στην περίπτωση μικρών σταθμών, οι ενισχυτές ισχύος χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο Ενισχυτές λυχνίας οδεύοντος κύματος Η λυχνία οδεύοντος κύματος είναι στην ουσία ένας ευρυζωνικός ενισχυτής, ο οποίος καλύπτει ολόκληρο το χρησιμοποιούμενο εύρος ζώνης του δορυφόρου (500MHz ή και περισσότερο) με την απαραίτητη ομοιογένεια ως προς το κέρδος και την καθυστέρηση ομάδας. Εξαιτίας αυτών των χαρακτηριστικών, η λυχνία οδεύοντος κύματος εμφανίζεται ως ο ιδανικός ενισχυτής ισχύος για επίγειους σταθμούς, από τη στιγμή που επιτρέπει πολλαπλά φέροντα να εκπεμφθούν ταυτόχρονα με μία μόνο λυχνία, ανεξαρτήτως των επαναληπτών και των συχνοτήτων, που εκχωρούνται σε αυτά τα φέροντα. Πρέπει να τονιστεί ότι η ταυτόχρονη εκπομπή πολλαπλών φερόντων στην ίδια λυχνία παράγει συνιστώσες θορύβου ενδοδιαμόρφωσης (intermodulation noise), οι οποίες αυξάνονται, καθώς το επίπεδο 5-4

5 λειτουργίας της λυχνίας φτάνει σε επίπεδα κορεσμού. Από τη στιγμή που το μέγιστο επίπεδο των συνιστωσών ενδοδιαμόρφωσης υπόκειται σε συγκεκριμένες προδιαγραφές, ο βαθμός γραμμικότητας της λυχνίας στο σημείο λειτουργίας πρέπει να υπολογίζεται σε κάθε χειρισμό, που πραγματοποιείται στο σύστημα κατά το στάδιο της επικοινωνίας με τον δορυφόρο. Αυτό οδηγεί σε μείωση του σημείου λειτουργίας σε σχέση με τον κόρο και συνεπώς οδηγεί σε μείωση της διαθέσιμης ισχύος. Αυτή η μείωση κατά τη διάρκεια λειτουργίας πολλαπλών φερόντων μπορεί να αντισταθμιστεί μερικώς, χρησιμοποιώντας διατάξεις ισοστάθμισης, οι οποίες είναι γνωστές ως γραμμικοποιητές (linearizers) Ενισχυτές κλύστρον Ως διάταξη, ο ενισχυτής κλύστρον χαρακτηρίζεται ως στενής ζώνης, όπου το εύρος ζώνης του κυμαίνεται στα 40MHz, όταν λειτουργεί στη συχνότητα των 6GHz και στα 80MHz, όταν λειτουργεί στη συχνότητα των 14GHz. Το συγκεκριμένο εύρος ζώνης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαμόρφωση φερόντων με βάση την τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση συχνότητας (FDMA), αλλά δεν ενδείκνυται για την περίπτωση της τεχνικής πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση χρόνου (TDMA). Ο ενισχυτής κλύστρον αποτελεί ένα είδος λυχνίας, που συνοδεύεται από έναν ενισχυτή για τη μετάδοση των φερόντων. Ο ενισχυτής περιλαμβάνει τη χρήση μιας διάταξης συντονισμού με δυνατότητα ελέγχου από απόσταση. Περαιτέρω, υπάρχει η δυνατότητα προσαρμογής της λειτουργίας του ενισχυτή σε κεντρική συχνότητα λειτουργίας, αλλά και στην κεντρική συχνότητα λειτουργίας του επαναλήπτη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μπορεί η συχνότητα λειτουργίας να μεταβάλλεται με ευκολία. Ο ενισχυτής κλύστρον έχει μεγάλη απόδοση λειτουργίας με μία απλή σχετικά παροχή ηλεκτρικής ισχύος, η οποία αποσκοπεί στη θέρμανση του βασικού κυκλώματος λειτουργίας και του κυκλώματος ανόδου. Η εστίαση της δέσμης πραγματοποιείται με έναν μόνιμο μαγνήτη. Η λυχνία έχει μεγάλο όριο αντοχής λειτουργίας, που κυμαίνεται από έως ώρες. Όταν ο επίγειος σταθμός χαρακτηρίζεται ως μεγάλος, τότε συνιστάται η χρήση πολλαπλών ενισχυτών ισχύος είτε τύπου λυχνίας κλύστρον είτε τύπου οδεύοντος κύματος. Εάν χρησιμοποιούνται ενισχυτές λυχνίας κλύστρον, τότε ο αριθμός των ενισχυτών θα πρέπει να είναι ίσος με τον αριθμό των μεταδιδόμενων φερόντων ανά πλαίσιο μετάδοσης. Σε περίπτωση όπου χρησιμοποιούνται ενισχυτές λυχνίας οδεύοντος κύματος, ο αριθμός τους θα πρέπει να είναι τέτοιος, ώστε η ενέργεια μετάδοσης του σταθμού να είναι σε ανεκτά όρια. Η συστοιχία των ενισχυτών (είτε κλύστρον είτε οδεύοντος κύματος) συνδέονται με τη θύρα μετάδοσης του διπλέκτη της κεραίας. Το σύστημα διαθέτει διακοπτικά μέσα, προκειμένου να ενεργοποιεί (ή και να απενεργοποιεί) τόσους ενισχυτές, όσοι χρειάζονται ανάλογα με τις ανάγκες μετάδοσης. Επίσης, στο σύστημα θα πρέπει να υπάρχει και μία διάταξη συνδυαστικής εξόδου (combiner) Ενισχυτές σταθερής κατάστασης Στην περίπτωση μικρών σταθμών χαμηλής χωρητικότητας, ένας ενισχυτής σταθερής κατάστασης (Solid State Amplifiers, SSA) εξοπλισμένος με τρανζίστορ FET μπορεί να επαρκεί. Εξαιτίας τις μεγάλης ανάπτυξης που παρουσιάζεται στον τομέα των τρανζίστορ FET, τα οποία χρησιμοποιούν αρσενίδιο του γαλλίου, και των προηγμένων κυκλωμάτων, οι ενισχυτές σταθερής κατάστασης φτάνουν τα 100W στη ζώνη των 6GHz και τα 20W στη ζώνη των 14GHz. Γενικότερα, οι ενισχυτές σταθερής κατάστασης είναι πολύ αξιόπιστοι και οικονομικοί, ενώ, παρέχουν μία ιδανική λύση για μικρούς επίγειους σταθμούς Τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός Ο όρος τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός αναφέρεται συνήθως στον εξοπλισμό, που διαμορφώνει τα φέροντα υψηλών συχνοτήτων με σήματα χαμηλών συχνοτήτων (βασική ζώνη) για εκπομπή και εξάγει (αποδιαμορφώνει) αυτά τα σήματα χαμηλών συχνοτήτων κατά το στάδιο της λήψης. Τα σήματα χαμηλών συχνοτήτων μπορεί να είναι αναλογικά τηλεφωνικά σήματα (συνήθως με πολυπλεξία), ψηφιακά σήματα, ηχητικά σήματα και σήματα εικόνας (τηλεοπτικά σήματα). Ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός απαρτίζεται από μετατροπείς συχνότητας, πολυπλέκτες και αποπολυπλέκτες, καθώς και εξοπλισμό επεξεργασίας σήματος. 5-5

6 5.2.5 Εξοπλισμός μετατροπής συχνότητας Οι μετατροπείς της άνω ζεύξης αλλάζουν τα σήματα ενδιάμεσης συχνότητας, δηλαδή σήματα IF 70MHz, 140MHz, 1GHz κ.ά., από τον διαμορφωτή σε σήματα ραδιοσυχνοτήτων, δηλαδή σήματα στη ζώνη των 6GHz ή 14GHz. Αυτά τα σήματα ενισχύονται από τον ενισχυτή ισχύος, πριν μεταδοθούν μέσω της κεραίας. Οι μετατροπείς κάτω ζεύξης αλλάζουν τα σήματα ραδιοσυχνοτήτων (4GHz ή 11GHz), τα οποία λαμβάνονται από την κεραία και προ-ενισχύονται από ενισχυτές χαμηλού θορύβου, σε σήματα ενδιάμεσης συχνότητας. Αυτά τα σήματα μεταφράζονται στη βασική ζώνη στον αποδιαμορφωτή Εξοπλισμός διαμόρφωσης και αποδιαμόρφωσης Ο εξοπλισμός διαμόρφωσης και αποδιαμόρφωσης (Modulation Demodulation, MODEM) υπερθέτει τα σήματα ακουστικών συχνοτήτων στο IF φέρον (διαμορφωτής) ή τα εξάγει από το IF φέρον (αποδιαμορφωτής). Στην αναλογική μετάδοση η διαμόρφωση συχνότητας αποτελεί μία συνηθισμένη διαδικασία, σε αντίθεση με την ψηφιακή μετάδοση, όπου χρησιμοποιείται διαμόρφωση φάσης (συχνά τεσσάρων φάσεων, 4-PSK). Χρησιμοποιείται, επίσης, η διαμόρφωση με δύο καταστάσεις φάσης, η οποία καλείται διφασική διαμόρφωση (2-PSK). Παράλληλα, η ανάπτυξη της μεθόδου διαμόρφωσης με κωδικοποίηση Trellis αποτελεί μία συνδυαστική τεχνική βελτιστοποίησης της διαμόρφωσης, μαζί με την κωδικοποίηση που χρησιμοποιείται ευρέως. Για κάθε φέρον απαιτείται μία αλυσίδα μετάδοσης, δηλαδή ένας διαμορφωτής και ένας μετατροπέας συχνοτήτων. Ο πλεονασμός του συστήματος είναι ένα-συν-ένα (1+1). Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μία διάταξη (ή υποσύστημα) σε αναμονή για κάθε αλυσίδα λειτουργιών του συστήματος. Όταν τα φέροντα υψηλών συχνοτήτων παράγονται από τους μετατροπείς, ενισχύονται σε έναν κοινό ενισχυτή ισχύος και στη συνέχεια προστίθενται στην είσοδο μίας συνδυαστικής διάταξης, η οποία αναφέρεται στο υποσύστημα του ενισχυτή ισχύος. Με παρόμοιο τρόπο, κάθε φέρον, που λαμβάνεται, έχει τη δική του αλυσίδα λήψης, δηλαδή έναν μετατροπέα και έναν αποδιαμορφωτή. Για την τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση συχνότητας (FDMA) ένας σταθμός γενικά λαμβάνει περισσότερα φέροντα, από ό,τι λαμβάνει από τη στιγμή που κάθε εκπεμπόμενο φέρον προορίζεται για ένα μεγάλο αριθμό σταθμών (π.χ. φέροντα πολλαπλών προορισμών). Για τη λήψη, κάθε ένα από τα φέροντα που μεταδίδονται, θα πρέπει να λαμβάνεται από τους αντίστοιχους σταθμούς, έτσι ώστε οι σταθμοί να μπορούν να εξάγουν σε βασική ζώνη τα σήματα, που προορίζονται γι αυτούς. Η αλυσίδα λήψης θα πρέπει να είναι τύπου n+m, όπου m είναι οι αλυσίδες λήψης σε κατάσταση αναμονής και n είναι οι αλυσίδες λήψης σε κατάσταση λειτουργίας. Περαιτέρω, η αλυσίδα λήψης θα πρέπει να υπολογίζεται με βάση την επιθυμητή διαθεσιμότητα. Η διάταξη του διαχωριστή, που εντοπίζεται τοπολογικά στην έξοδο του ενισχυτή χαμηλού θορύβου, επιφορτίζεται με τον ρόλο της διανομής των λαμβανόμενων φερόντων υψηλών συχνοτήτων ανάμεσα στις n αλυσίδες Εξοπλισμός επεξεργασίας σήματος Στις ψηφιακές τεχνικές, που εφαρμόζονται στις δορυφορικές επικοινωνίες, χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό η τεχνική της πολυπλεξίας με διαίρεση χρόνου (TDM) και, ειδικότερα, η τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση χρόνου (TDMA). Αυτό συνεπάγεται από πλευράς υλικού εξοπλισμού ότι διενεργούνται κάποιες συγκεκριμένες λειτουργίες. Αρχικά εφαρμόζεται η μορφοποίηση των ψηφιακών δεδομένων κατά το στάδιο της μετάδοσης. Τα ψηφιακά δεδομένα περνούν μέσα από έναν διαμορφωτή, ο οποίος βρίσκεται στον επίγειο σταθμό. Αυτή η διαδικασία εφαρμόζεται και στην αποστολή και στη λήψη δεδομένων. Συγκεκριμένα, τα δεδομένα τοποθετούνται μέσα σε πλαίσια μετάδοσης, τα οποία χωρίζονται μεταξύ τους χρονικά. Αυτό συνεπάγεται ότι κατά τη μετάδοση υπάρχουν ριπές από bit, που θεωρούνται ότι χρονικά έχουν μικρό μέγεθος και είναι σύντομες. Αυτές οι ριπές πραγματοποιούνται εντός του πλαισίου μετάδοσης, οπότε με αυτό τον τρόπο ο επίγειος σταθμός μπορεί να μεταδίδει ταυτόχρονα προς πολλούς προορισμούς. Αυτό παρομοιάζεται με τη λειτουργία της τεχνικής πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση συχνότητας (FDMA), όπου ένα φέρον μπορεί να μεταδίδεται ταυτόχρονα προς πολλούς προορισμούς. Κατά τη μορφοποίηση των δεδομένων, εκτός από τα bit που αφορούν τα ίδια τα δεδομένα που μεταδίδονται, απαιτείται και μία σειρά από bit, τα οποία έχουν τον 5-6

7 ρόλο της σήμανσης σε ριπή. Αυτά τα bit καθορίζουν τη διεύθυνση, προς την οποία πραγματοποιείται η μετάδοση, καθώς και τον συγχρονισμό ανάμεσα στον πομπό και τον δέκτη κατά το στάδιο της μετάδοσης. Πρέπει να τονιστεί ότι κατά το στάδιο της λήψης οι αντίστοιχες ριπές, που έχουν διαμορφωθεί, τώρα αποδιαμορφώνονται, αφαιρούνται τα bit, τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί για σήμανση, και απομένουν μόνο τα bit, που φέρουν τα ίδια τα δεδομένα. Παράλληλα, στις διαδικασίες επεξεργασίας του σήματος, περιλαμβάνονται και οι λειτουργίες κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης, μέσω των οποίων πραγματοποιείται η μετάδοση των bit Βοηθητικός εξοπλισμός Ο βοηθητικός εξοπλισμός ενός επίγειου σταθμού περιλαμβάνει τον εξοπλισμό εντολών (command) και εποπτείας (supervisory), τον εξοπλισμό μετρήσεων, τον εξοπλισμό υπηρεσιών διαύλου και τον εξοπλισμό παροχής ισχύος Εξοπλισμός εντολών και εποπτείας Ο εξοπλισμός περιλαμβάνει: Σήματα συναγερμού για επίγεια υποσυστήματα. Ελέγχους, που μπορεί να είναι αυτόματοι, για μεταγωγή σε εφεδρικό εξοπλισμό. Ελέγχους για τη λειτουργία των υποσυστημάτων. Αναλογικές πληροφορίες για την εποπτεία των λειτουργιών των υποσυστημάτων. Εξοπλισμό για την αποθήκευση και καταγραφή των πιο σημαντικών παραμέτρων των σταθμών. Τα σήματα συναγερμού και ελέγχου συχνά ομαδοποιούνται και προβάλλονται σε μία οθόνη, παρουσιάζοντας έτσι τις κύριες λειτουργίες του σταθμού. Στο παρελθόν ο εξοπλισμός εποπτείας και παρακολούθησης ήταν εγκατεστημένος σε κονσόλες λειτουργίας. Η παρούσα τεχνολογική τάση επιβάλει την αντικατάσταση αυτών των εξαρτημάτων με τερματικά, τα οποία είναι εφοδιασμένα με μικροεπεξεργαστές, όπου τα στοιχεία του συστήματος προβάλλονται σε οθόνη, ενώ ο έλεγχος πραγματοποιείται με τη χρήση πληκτρολογίου. Θα πρέπει να τονιστεί ότι γι αυτού του είδους την επιτήρηση και τον έλεγχο, κάθε αντικείμενο του σταθμού θα πρέπει να σχετίζεται με μία διεπαφή εντολών/δεδομένων πάνω στην οποία ενσωματώνονται όλα τα παραπάνω Εξοπλισμός παροχής ισχύος Η επιτυχημένη και συνεχής λειτουργία των υπηρεσιών ενός επίγειου σταθμού εξαρτάται από τον σωστό σχεδιασμό του συστήματος παροχής ηλεκτρικής ισχύος. Υπάρχουν δύο κύρια είδη πηγών: Η κύρια πηγή ισχύος με δυνατότητα λειτουργίας σε κατάσταση αναμονής. Η αδιάλειπτη παροχή ισχύος (Uninterruptible Power Supply, UPS). Επιπλέον, ενδεχομένως να απαιτείται μία βοηθητική πηγή παροχής συνεχούς τάσης (24V ή 48V), για να παρέχει ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτοματοποιημένο εξοπλισμό που διαθέτει το δίκτυο. Το κύριο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας λαμβάνει ρεύμα απευθείας από μία μονάδα μετασχηματισμού της ηλεκτρικής τάσης. Επίσης, ενισχύεται από μία επιπλέον ανεξάρτητη μονάδα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας που στην ουσία είναι μία γεννήτρια που λειτουργεί με τη χρήση καυσίμου. Αυτή η γεννήτρια, η οποία αποδίδει ενεργό ισχύ γύρω στα 250kVA (ειδικά για μεγάλους σταθμούς), θα πρέπει να τροφοδοτεί ολόκληρο τον σταθμό, συμπεριλαμβανομένων και των ηλεκτροκινητήρων, που παρέχουν κίνηση στην κεραία, τον φωτισμό και τον κλιματισμό. Η συντήρηση της γεννήτριας, που βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής, καθώς και η παροχή καυσίμου για τη λειτουργία της, θεωρείται ως μία από τις πολύ βασικές λειτουργίες, οι οποίες διενεργούνται στον επίγειο σταθμό από το αντίστοιχο τεχνικό προσωπικό. 5-7

8 Ο σκοπός της μονάδας UPS, που λαμβάνει την ενέργειά της από την κύρια πηγή ηλεκτρική ισχύος, είναι να παρέχει μία συνεχή παροχή ηλεκτρικής ισχύος με σταθερή τάση και συχνότητα, όταν η κύρια πηγή ηλεκτρικής ισχύος τίθεται εκτός λειτουργίας, ενώ παράλληλα τίθεται σε λειτουργία η εφεδρική μονάδα παροχής ηλεκτρικής ισχύος. Στην ουσία, η μονάδα του UPS τοποθετείται, για να διασφαλίσει ότι ο επίγειος σταθμός δεν θα τεθεί εκτός λειτουργίας κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες. Η μονάδα ηλεκτρικής ισχύος παρέχει ενέργεια σε όλο τον ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Για έναν μεγάλο επίγειο σταθμό, η ενέργεια που απαιτείται σε κανονικές συνθήκες μπορεί να κυμαίνεται από 50kVA έως και 100kVA ενεργό ισχύ, η οποία προορίζεται ως επί το πλείστον για τους ενισχυτές υψηλής ισχύος. Τα συστήματα UPS διακρίνονται σε κατηγορίες. Η μια κατηγορία περιλαμβάνει σύγχρονες γεννήτριες παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος ή εναλλακτήρες (alternators). Οι εναλλακτήρες συνδέονται με κινητήρα μέσω ενός ρότορα, προκειμένου να αποκτήσουν τις ονομαστικές στροφές και να παράξουν την απαιτούμενη ηλεκτρική ισχύ. Ένα αυτόματο διακοπτικό σύστημα παρεμβάλλεται ανάμεσα στον εναλλακτήρα και το δίκτυο ηλεκτροδότησης, όπου, όταν διακοπεί η παροχή από το δίκτυο, ενεργοποιεί αυτόματα τον εναλλακτήρα. Συνήθως, υπάρχει ενισχυτικά και ένα σύστημα συσσωρευτών, το οποίο λειτουργεί πιλοτικά μέχρις ότου να μπορέσει να αποδώσει ο εναλλακτήρας την απαιτούμενη ηλεκτρική ισχύ. Στη συνέχεια, υπάρχουν και συστήματα UPS, τα οποία αποτελούνται εξ ολοκλήρου από διατάξεις συσσωρευτών. Οι συσσωρευτές παραμένουν φορτισμένοι καθ όλη τη διάρκεια κανονικής λειτουργίας του συστήματος, όπου η ηλεκτροδότηση επιτυγχάνεται από το δίκτυο. Σε περίπτωση διακοπής ενεργοποιούνται αυτόματα και αποδίδουν την αποθηκευμένη ηλεκτρική ενέργεια, την οποία διαθέτουν. Τα συστήματα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, που περιγράφηκαν προηγουμένως, απαιτούν ένα μεγάλο σύνολο από ηλεκτρικούς συσσωρευτές, οι οποίοι τίθενται σε λειτουργία μέχρις ότου τα εφεδρικά συστήματα παροχής (αφού αποκτήσουν τον ονομαστικό αριθμό στροφών λειτουργίας) μπορούν να αποδώσουν την απαιτούμενη ηλεκτρική ισχύ. Το μέγεθος της μονάδας εξαρτάται από την εγκατεστημένη ισχύ του UPS, αλλά κυριότερα από τη διάρκεια της αυτονομίας, που απαιτείται να έχει το σύστημα από τη χρονική στιγμή που θα διακοπεί η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, μέχρις ότου η εφεδρική παραγωγή τεθεί σε πλήρη λειτουργία. Αυτή η διάρκεια έχει εύρος από μερικά λεπτά μέχρι και μισή ώρα. Προφανώς, εάν δεν υπάρχει επαρκές και αξιόπιστο τοπικό ηλεκτρικό δίκτυο, ο εξοπλισμός παροχής ηλεκτρικής ισχύος μπορεί να σχεδιαστεί με διαφορετικό τρόπο. Για παράδειγμα, μπορεί να βασίζεται εξολοκλήρου σε γεννήτριες με χρήση ντίζελ, οι οποίες διαθέτουν συστήματα μεταγωγής, που εξασφαλίζουν συνεχή λειτουργία. Επίσης, σημαντική είναι και η περίπτωση των μικρών σταθμών, όπου η παροχή ηλεκτρικής ισχύος δεν είναι διαθέσιμη, ενώ παράλληλα ο σταθμός πρέπει να λειτουργεί χωρίς τεχνικό προσωπικό. Στην προκειμένη περίπτωση, ο μηχανικός, που σχεδιάζει το σύστημα, πρέπει να το σχεδιάσει με γνώμονα τη χαμηλή κατανάλωση και, αν είναι εφικτό, χωρίς τη χρήση βοηθητικών συστημάτων. Τα συστήματα παροχής ηλεκτρικής ισχύος θα πρέπει να απαιτούν την ελάχιστη δυνατή συντήρηση και αντικατάσταση εξαρτημάτων. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μπορούν να θεωρηθούν ως κατάλληλα, εφόσον μπορούν να παρέχουν ηλεκτρική ισχύ σε ικανοποιητικά ποσοστά για την τροφοδοσία του επίγειου σταθμού Γενική υποδομή Ο όρος γενική υποδομή επίγειου σταθμού περιλαμβάνει αρχικά την κτιριακή υποδομή και στη συνέχεια τον εξοπλισμό, που βρίσκεται εντός της κτιριακής υποδομής. Η γενική υποδομή ως όρος χρησιμοποιείται περισσότερο στην περίπτωση των επίγειων σταθμών μεγάλου μεγέθους. Οι επίγειοι σταθμοί μεγάλου μεγέθους μπορεί να αποτελούνται είτε από μια κεραία είτε από συστοιχία κεραιών. Στην περίπτωση όπου ο σταθμός αποτελείται από μια κεραία, τότε δύναται η κατασκευή να πραγματοποιηθεί σε ένα ενιαίο κτίριο, μέσα στο οποίο τοποθετείται όλος ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός. Στο Σχήμα 5.2 αναπαριστάται η μορφή ενός τέτοιου επίγειου σταθμού. 5-8

9 Σχήμα 5.2 Επίγειος σταθμός μεγάλου μεγέθους με μια κεραία (Πηγή: Wikipedia) Η κεραία τοποθετείται στην οροφή του κτιρίου, ενώ σε ένα μικρότερο κτίριο τοποθετείται η μονάδα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Προφανώς, ο επίγειος σταθμός τροφοδοτείται από το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Από ενεργειακής πλευράς, η γενική υποδομή θα πρέπει να έχει έναν υποσταθμό, στον οποίο πραγματοποιείται ο υποβιβασμός της τάσης, που έρχεται από την γραμμή μεταφοράς, ενώ μέσα στον υποσταθμό θα πρέπει να υπάρχουν συσσωρευτές έκτακτης ανάγκης και μία (ή και περισσότερες) εφεδρική γεννήτρια παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Στην περίπτωση του επίγειου σταθμού, που αποτελείται από συστοιχία κεραιών, κάθε κεραία εδράζεται σε ξεχωριστό κτίριο. Στο κτίριο αυτό βρίσκεται και ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός. Ένα κεντρικό κτίριο στεγάζει το κέντρο ελέγχου, το οποίο συνδέεται με όλες τις κεραίες και περιέχει τον τηλεπικοινωνιακό και λειτουργικό εξοπλισμό. Η αναπαράσταση αυτού του σταθμού παρατηρείται στο Σχήμα 5.3, ενώ στο Σχήμα 5.4 απεικονίζονται επίγειοι σταθμοί μεγάλου μεγέθους με συστοιχία πολλών κεραιών. Τμήμα του εξοπλισμού αυτού μπορεί να διαμοιράζεται, όπως π.χ. ο εξοπλισμός εποπτείας και εντολών, ή να πραγματοποιεί ταυτόχρονα πολλαπλές λειτουργίες, όπως π.χ. οι αλυσίδες μετάδοσης και λήψης, οι οποίες μπορεί να ανατίθενται σε διάφορες κεραίες ανάλογα με τις προδιαγραφές του συστήματος. Κυματοδηγοί ή ομοαξονικά καλώδια για τις ενδιάμεσες ζεύξεις χρησιμοποιούνται ανάλογα με τη συχνότητα, για να διασυνδέουν τον εξοπλισμό στα κτίρια, που περιλαμβάνουν κεραίες με τον εξοπλισμό στο κεντρικό κτίριο. Η γενική υποδομή μία κεραίας μεγάλων διαστάσεων μπορεί να καλύψει ένα μεγάλο ποσοστό από το συνολικό κόστος του κέντρου, ανάμεσα σε 20% και 50%, ή και μερικές φορές ακόμα περισσότερο, εάν απαιτείται επιπλέον εξοπλισμός και εγκαταστάσεις. Το κόστος κατασκευής θα πρέπει, επίσης, να καλύπτει τις γενικές προετοιμασίες στην περιοχή εγκατάστασης, την προσβασιμότητα (δρόμοι κ.λπ.), τα δίκτυα παροχής (ηλεκτρισμός, ύδρευση, κλιματισμός) και διάφορα άλλα γενικά στοιχεία (γειώσεις, εσωτερικές επικοινωνίες, πυρόσβεση κ.λπ.). Για τους επίγειους σταθμούς μεσαίου μεγέθους, οι οποίοι απαιτούν μικρότερο εύρος εξοπλισμού και καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια σε σχέση με τους μεγάλους σταθμούς, η γενική υποδομή μπορεί να σχεδιαστεί με περισσότερη απλότητα και πιο οικονομικά. Σε αυτή την περίπτωση, θεωρείται καλύτερο από 5-9

10 οικονομικής πλευράς, να χρησιμοποιούνται προκατασκευασμένα κτίρια, τα οποία περιλαμβάνουν ήδη μέρος της υποδομής και παραδίδονται απευθείας στον χώρο, όπου πραγματοποιείται η εγκατάσταση. Τέλος, οι επίγειοι σταθμοί μικρού μεγέθους μπορούν να σχεδιαστούν ως συμπαγείς μονάδες, έχοντας συναρμολογημένο και εγκατεστημένο τον πλήρη εξοπλισμό, ο οποίος μπορεί να μεταφερθεί, να τοποθετηθεί και να τεθεί σε λειτουργία, μετά από σχετικά μικρή προετοιμασία. Σχήμα 5.3 Γενική υποδομή επίγειου σταθμού Σχήμα 5.4 Επίγειος σταθμός μεγάλου μεγέθους με συστοιχία πολλών κεραιών (Πηγή: Wikipedia) 5.3 Ζητήματα σχεδιασμού επίγειων σταθμών 5-10

11 Ο σχεδιασμός ενός επίγειου σταθμού αποτελείται κατ ουσία από μία διαδικασία δύο βημάτων. Στο πρώτο βήμα περιλαμβάνεται η αναγνώριση των απαιτήσεων και των προδιαγραφών του επίγειου σταθμού, βάσει των οποίων καθορίζονται και οι παράμετροι του συστήματος. Στο δεύτερο βήμα περιλαμβάνεται η αναγνώριση των πιο αποδοτικών αρχιτεκτονικών από πλευράς κόστους, οι οποίες ικανοποιούν τις ως άνω προδιαγραφές, που έχουν οριστεί. Ο καθορισμός των προδιαγραφών επηρεάζει τον σχεδιασμό του επίγειου σταθμού και περιλαμβάνει το είδος των υπηρεσιών που παρέχονται (σταθερές δορυφορικές υπηρεσίες, εκπομπή δορυφορικών υπηρεσιών, κινητές δορυφορικές επικοινωνίες), τις προδιαγραφές των επικοινωνιών (τηλεφωνία, δεδομένα, τηλεόραση), την απαιτούμενη ποιότητα της βασικής ζώνης στον προορισμό, τη χωρητικότητα του συστήματος και την αξιοπιστία. Οι παράμετροι των κεραιοσυστημάτων, που σχετίζονται με τον σχεδιασμό του επίγειου σταθμού, περιλαμβάνουν την ενεργή ή ισοδύναμη ισοτροπική ακτινοβολούμενη ισχύ (Effective or Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP), το μέτρο ποιότητας του δέκτη (Figure of Merit, G/T), το σύστημα ιχνηλάτησης σφάλματος, που βασίζεται στον θόρυβο και τις παρεμβολές (Maini & Agrawal, 2011). Όταν πρέπει να σχεδιαστεί ένα δορυφορικό σύστημα επικοινωνιών, θεωρείται ορθό να ελαχιστοποιείται το συνολικό κόστος του συστήματος, συμπεριλαμβανομένου ταυτόχρονα του κόστους ανάπτυξης, αλλά και του επαναλαμβανόμενου κόστους του επίγειου και του διαστημικού τμήματος. Η ανταλλαγή ανάμεσα στα κόστη του επίγειου και του διαστημικού σταθμού, όπου μπορούμε να αφαιρέσουμε από το κόστος του ενός και να το μεταφέρουμε στο κόστος του άλλου, επίσης, θεωρείται ως μία αποδεκτή τεχνική, προκειμένου να έχουμε μείωση του συνολικού κόστους κατασκευής του συστήματος. Σύμφωνα με τον πιο θεμελιώδη οικονομικό κανόνα των δορυφορικών επικοινωνιών, κάθε ευρώ (ή δολάριο), που ξοδεύεται στο διαστημικό τμήμα, διαιρείται με τον αριθμό των εν δυνάμει χρηστών στο έδαφος, όπου αντίστοιχα κάθε ευρώ (ή δολάριο), που ξοδεύεται στο τερματικό του χρήστη, πολλαπλασιάζεται με τον ίδιο αριθμό. Αυτό οδηγεί σε μία πρακτική σχεδιασμού λιγότερο ακριβών τερματικών χρηστών και περισσότερο ακριβών δορυφόρων. Αυτή η τάση επικράτησε από τη δεκαετία του 1960 λόγω της έλευσης των γεωστατικών δορυφόρων και κράτησε για περισσότερο από τρεις δεκαετίες. Πολλαπλές ανταλλαγές είναι πιθανές, προκειμένου να επιτευχθεί ο βέλτιστος δυνατός σχεδιασμός του επίγειου σταθμού. Ωστόσο, είναι αντιληπτό ότι τέτοιου είδους ανταλλαγές υπόκεινται σε τεχνικούς και κανονιστικούς περιορισμούς (Maral & Bousquet, 2012) Βασικές παράμετροι απόδοσης Οι βασικοί παράγοντες, που επηρεάζουν τον σχεδιασμό του επίγειου σταθμού, είναι η ισχύς EIRP, καθώς και το μέτρο ποιότητας του δέκτη G/Τ. Ο πρώτος παράγοντας αφορά τον πομπό, ενώ ο δεύτερος είναι ενδεικτικός της απόδοσης του δέκτη σχετικά με την ευαισθησία και την ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος Ισοδύναμη ισοτροπικά ακτινοβολούμενη ισχύς Η ισχύς EIRP περιγράφει τον συνδυασμό της απόδοσης του ενισχυτή υψηλής ισχύος (High Power Amplifier, HPA), με την απόδοση της κεραίας εκπομπής (Maini & Agrawal, 2011). Η ισχύς EIRP προκύπτει από το γινόμενο της ισχύος εξόδου του ενισχυτή στην κεραία και του κέρδους της κεραίας εκπομπής. Η τιμή της εκφράζεται σε dbw, κατ επέκταση και το κέρδος εκπομπής της κεραίας, επίσης, εκφράζεται σε λογαριθμική κλίμακα (db ή dbi). Η ισχύς EIRP ορίζεται ταυτόχρονα για την κεραία εκπομπής του επίγειου σταθμού, όπως επίσης και για την κεραία εκπομπής του δορυφόρου. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ισχύς EIRP μετράται πάντα στην έξοδο της κεραίας. Όταν μελετάται ένα αποτύπωμα δέσμης (footprint), το οποίο αντιπροσωπεύει τιμές της ισχύος EIRP για έναν αναμεταδότη σε έναν δορυφόρο, τότε οι τιμές αυτές θεωρούνται ενδεικτικές του ποσού της ισχύος, το οποίο αποστέλλεται προς τον επίγειο σταθμό και μετράται κατά την εκπομπή από το δορυφορικό κάτοπτρο της κάτω ζεύξης του δορυφόρου. Μερικοί πάροχοι δορυφορικών υπηρεσιών έχουν ως πρακτική να λαμβάνουν υπόψη τους τις απώλειες ελευθέρου χώρου, ενώ παράλληλα λαμβάνουν υπόψη τους δορυφορικά αποτυπώματα δέσμης για δική τους χρήση. Υπάρχει προτίμηση να αποδίδεται η ισχύς του σήματος, καθώς λαμβάνεται στο έδαφος, διορθώνοντας έτσι τις απώλειες ελευθέρου χώρου για τη συχνότητα λειτουργίας. Ο αριθμός που προκύπτει από την παραπάνω μέθοδο ονομάζεται επίπεδο φωτισμού. Μετράται σε dbw και μαθηματικά αποδίδεται με P = EIRP- Loss. 5-11

12 Μερικοί πάροχοι προτιμούν να καθορίζουν τη λαμβανόμενη ισχύ ανά μονάδα εύρους ζώνης. Η τιμή του εύρους ζώνης τυπικά λαμβάνεται ως 4kHz, που είναι το εύρος ζώνης ενός τυπικού αναλογικού τηλεφωνικού διαύλου. Σε αυτή την περίπτωση η νέα μεταβλητή καλείται φασματική πυκνότητα ισχύος και μετράται σε dbw/hz Μέτρο ποιότητας του δέκτη Το μέτρο ποιότητας του δέκτη είναι ενδεικτικό του κατά πόσο η κεραία λήψης λειτουργεί παράλληλα με το ηλεκτρονικό κύκλωμα λήψης, για να παράξει ένα χρήσιμο σήμα. Oρίζεται ως το πηλίκο του λαμβανόμενου κέρδους G στον δέκτη του σταθμού προς τη θερμοκρασία θορύβου T του συστήματος (G/T) και εκφράζεται σε db/k (Maral & Bousquet, 2012). Ενώ η ισχύς EIRP περιγράφει την απόδοση της εκπεμπόμενης κεραίας σε συνδυασμό με τον ενισχυτή υψηλής ισχύος, το μέτρο ποιότητας του δέκτη περιγράφει την ευαισθησία της λαμβανόμενης κεραίας σε συνδυασμό με τον ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA). Στην ουσία αποτελεί μία αποτελεσματική μέτρηση της ευαισθησίας της λαμβανόμενης κεραίας απέναντι σε ασθενή σήματα. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του μέτρου ποιότητας του δέκτη, τόσο καλύτερα αυτός ανταποκρίνεται σε ασθενή σήματα. Το μέτρο ποιότητας του δέκτη G/T μπορεί να βελτιωθεί στον επίγειο σταθμό. Αυτό πραγματοποιείται είτε αυξάνοντας το κέρδος της λαμβανόμενης κεραίας, είτε μειώνοντας τον θόρυβο θερμοκρασίας, είτε με συνδυασμό των δύο. Σε κάθε τυπική επικοινωνιακή ζεύξη, η ισχύς EIRP της κεραίας εκπομπής του δορυφόρου και ο λόγος G/T της κεραίας λήψης του επίγειου σταθμού, όπως επίσης και η ισχύς EIRP της κεραίας εκπομπής του επίγειου σταθμού και ο λόγος G/T της κεραίας λήψης του δορυφόρου, θα πρέπει να συνεργαστούν μεταξύ τους, προκειμένου το σύστημα να έχει τα επιθυμητά επικοινωνιακά αποτελέσματα. Μία ενδεχόμενη χαμηλή τιμή του λόγου G/T, επιβάλλει μία υψηλότερη τιμή της ισχύος EIRP και αντιστρόφως. Τόσο η ισχύς EIRP όσο και ο λόγος G/T αναλύονται εκτενώς στο Κεφάλαιο Βελτιστοποίηση σχεδίασης επίγειου σταθμού Όπως τονίστηκε και προηγουμένως, η ισχύς EIRP του πομπού και ο λόγος G/T του δέκτη συνδυαστικά, επιβάλλουν την απόδοση του επικοινωνιακού συστήματος και συνεπώς οι τιμές των δύο μεταβλητών μπορούν αμοιβαία να εναλλαχθούν, γεγονός που οδηγεί στη βελτιστοποίηση της διαδικασίας του σχεδιασμού. Εδώ πρέπει να αναφερθεί ότι κατά τη διάρκεια ανάπτυξης των αρχικών δορυφορικών συστημάτων η διαθέσιμη ισχύς EIRP από τους δορυφόρους ήταν πολύ μικρή, με αποτέλεσμα ο επίγειος σταθμός να σχεδιάζεται με μεγάλη πολυπλοκότητα και κόστος, προκειμένου να αντισταθμιστεί το πρόβλημα με τη μικρή τιμή της ισχύος EIRP. Με την παρούσα τεχνολογία, οι κεραίες των επίγειων σταθμών έχουν διάμετρο μερικές δεκάδες μέτρα και κοστίζουν εκατομμύρια. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την τάση για μείωση της πολυπλοκότητας του επίγειου σταθμού, αυξάνοντας όμως το κόστος και την πολυπλοκότητα του διαστημικού σταθμού. Κατ επέκταση, το βάρος στο επίγειο τμήμα πέφτει αρκετά και στον χρήστη, όπου έχουμε την ανάπτυξη εφαρμογών για μεγάλο εύρος του πληθυσμού, όπως είναι η απευθείας ευρυεκπομπή, η επαγγελματική χρήση, οι κινητές επικοινωνίες κ.λπ. Πιθανές εναλλαγές (tradeoff) μπορούν να γίνουν, εάν ληφθεί υπόψη η εξίσωση, που περιγράφει τον λόγο G/T του επίγειου σταθμού. Η γενική εξίσωση περιγράφεται ως εξής: G / T = C / N o - EIRP + L + M ( p) + k, ( dbk ) -1 (5.1) όπου C/N ο είναι ο λόγος φέροντος προς πυκνότητα θορύβου, L οι απώλειες διαδρομής, M(p) το περιθώριο ζεύξης και k η σταθερά του Boltzmann. Για ένα ελάχιστο κόστος επίγειου σταθμού, ο λόγος G/T θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί. Αυτό μπορεί να είναι εφικτό, είτε χρησιμοποιώντας σχετικά υψηλότερο EIRP στον δορυφόρο, είτε μειωμένο λόγο φέροντος προς θόρυβο, είτε και τα δύο. Προκειμένου να υπάρχει η επιθυμητή ποιότητα στη βασική ζώνη στον δέκτη, πρέπει να χρησιμοποιηθούν είδη διαμορφώσεων, τα οποία παρουσιάζουν μεγαλύτερη ανοσία στον θόρυβο. Στην περίπτωση της ψηφιακής βασικής ζώνης, η κωδικοποίηση επιτρέπει περαιτέρω μείωση στο G/T. Άλλοι παράγοντες, που επηρεάζουν την πολυπλοκότητα του επίγειου σταθμού και συνεπώς το κόστος του, περιλαμβάνουν την ισχύ EIRP του επίγειου σταθμού, τις προδιαγραφές ιχνηλάτησης της κεραίας, τη 5-12

13 διαχείριση της χωρητικότητας της κίνησης στον δίαυλο και τις προδιαγραφές επίγειας διεπαφής. Επιπροσθέτως, υπάρχουν και διεθνή ρυθμιστικά ζητήματα και τεχνικοί περιορισμοί, που κατευθύνουν τη διαδικασία της βελτιστοποίησης. Αρχικά, η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU) είχε τοποθετήσει συγκεκριμένους περιορισμούς για τη μεταδιδόμενη ισχύ EIRP στις σταθερές δορυφορικές υπηρεσίες (FSS), οι οποίες μοιράζονται τις ζώνες συχνοτήτων με επίγεια συστήματα, προκειμένου να επιτραπεί η συνύπαρξή τους. Για εφαρμογές, όπως είναι η απευθείας ευρυεκπομπή, οι κινητές επικοινωνίες κ.λπ., όπου ένα τερματικό μικρού μεγέθους είναι μέρος των προδιαγραφών, ο περιορισμός της δορυφορικής ισχύος EIRP έχει ως αποτέλεσμα ένα μικρότερο όριο στη διάμετρο του κάτοπτρου της κεραίας. Αυτό υποδεικνύει ότι ο λόγος G/T δεν μπορεί να μειωθεί κάτω από μία ορισμένη τιμή. Ακόμα και όταν ο λόγος G/T μειωθεί χρησιμοποιώντας μία μικρότερη κεραία, η μείωση στο μέγεθος συνεπάγεται αύξηση στους πλευρικούς λοβούς στο διάγραμμα ακτινοβολίας σε μη επιθυμητά επίπεδα, γεγονός που θα οδηγούσε σε περαιτέρω παρεμβολές από γειτονικά δορυφορικά συστήματα. Αυτό το ζήτημα ξεπεράστηκε, χρησιμοποιώντας αποκλειστικές εκχωρήσεις συχνότητας γι αυτές τις υπηρεσίες, επιτρέποντας έτσι σχετικά υψηλότερο EIRP για τους δορυφόρους. Η δορυφορική ισχύς EIRP περιορίζεται, επίσης, από τη διαθέσιμη ισχύ συνεχούς ρεύματος στον δορυφόρο. Η μέγιστη ισχύς, που μπορεί να παραχθεί από τους ενισχυτές υψηλής ισχύος, οι οποίοι βρίσκονται στον δορυφόρο και οι πρακτικοί περιορισμοί, που επιβάλλονται από τη διάμετρο της δορυφορικής κεραίας, έχουν ως αποτέλεσμα τη μείωση του κέρδους της κεραίας. Επίσης, για συγκεκριμένο μέγεθος κεραίας το κέρδος μπορεί να παρουσιάσει μείωση με τη μείωση της συχνότητας λειτουργίας. Γι αυτό τον λόγο οι περιορισμοί της δορυφορικής ισχύος EIRP επηρεάζουν περισσότερο την L-ζώνη συχνοτήτων, που χρησιμοποιείται στις κινητές δορυφορικές επικοινωνίες. Έχοντας επιλέξει τις τιμές ισχύος EIRP και του λόγου G/T, το επόμενο βήμα είναι η επιλογή της βέλτιστης διάταξης της κεραίας, του ενισχυτή υψηλής ισχύος και του ενισχυτή χαμηλού θορύβου, προκειμένου να επιτευχθούν οι επιθυμητές τιμές στην έξοδο του συστήματος. Ο καθορισμός της ισχύος EIRP και του λόγου G/T μπορεί να επιτευχθεί σύμφωνα με τις παρακάτω επιλογές. Μία επιλογή μπορεί να είναι η χρήση μίας κεραίας μικρού μεγέθους, η οποία θα έχει μικρό κόστος και έναν σχετικά χαμηλού θορύβου ενισχυτή LNA, ο οποίος θα έχει, όμως, σχετικά μεγάλο κόστος. Μία άλλη επιλογή είναι η χρήση κεραιών μεγάλου μεγέθους και LNA με υψηλότερο θόρυβο. Το μέγεθος της κεραίας, επίσης, επηρεάζει την ισχύ EIRP, καθώς μία μικρού μεγέθους κεραία μπορεί να απαιτεί έναν απαγορευτικά μεγάλο ενισχυτή υψηλής ισχύος Περιβαλλοντικοί προβληματισμοί και προβληματισμοί τοποθεσίας Είναι σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη μία σειρά από περιβαλλοντικοί παράγοντες, αλλά και η απόφαση του μέρους, στο οποίο θα εγκατασταθεί ο επίγειος σταθμός. Οι περιβαλλοντικοί παράγοντες περιλαμβάνουν την εξωτερική θερμοκρασία και την υγρασία, τις βροχοπτώσεις, τις χιονοπτώσεις, τους ανέμους, τους σεισμούς, τις συνθήκες διάβρωσης, που πραγματοποιούνται από την ατμόσφαιρα κ.λπ. Η προσεκτική επιλογή της τοποθεσίας μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση μερικών από τους παραπάνω παράγοντες. Η ελαχιστοποίηση των παρεμβολών στις ραδιοσυχνότητες λειτουργίας (Radio Frequency Interference, RFI) και των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών (Electromagnetic Interference, EMI) είναι δύο ακόμα προδιαγραφές, τις οποίες πρέπει να ικανοποιεί το επίγειο σύστημα. Οι παρεμβολές RFI και EMI που παράγονται από τον επίγειο σταθμό μπορεί να προκαλέσουν παρεμβολές σε άλλες εγκαταστάσεις RF. Επίσης, οι παρεμβολές RFI και EMI από εξωτερικές πηγές μπορεί να επηρεάσουν δυσμενώς την απόδοση του επίγειου σταθμού. Είναι συνήθως απαραίτητο να διεξάγεται επισκόπηση των ραδιοσυχνοτήτων σε διάφορες πιθανές θέσεις, προτού γίνει η τελική επιλογή της θέσης τοποθέτησης του επίγειου σταθμού. Μία ουσιώδης απαίτηση είναι να υπάρχει καθαρή οπτική επαφή (LOS) με τον δορυφόρο, με τον οποίον επιδιώκεται να υπάρχει ζεύξη. Άλλες απαιτήσεις είναι η διαθεσιμότητα επαρκούς χώρου για την τοποθέτηση του εξοπλισμού του επίγειου σταθμού, η εύκολη μετακίνηση προς τον επίγειο σταθμό και η αξιόπιστη ηλεκτρική ισχύς για την τροφοδοσία του σταθμού. Παρόλο που όλες οι προσπάθειες πραγματοποιούνται με σκοπό να λαμβάνονται υπόψη όλοι οι παραπάνω παράγοντες, είναι απαραίτητο ο κάθε πάροχος δορυφορικών υπηρεσιών να καθορίσει όλους τους πιθανούς περιβαλλοντικούς περιορισμούς της τοποθεσίας προς τους αντίστοιχους κατασκευαστές εξοπλισμού των επίγειων σταθμών. Επίσης, οι κατασκευαστές θα πρέπει να ενσωματώνουν στον σχεδιασμό του επίγειου σταθμού την ικανότητα αυτός να λειτουργεί αξιόπιστα, κάτω από καθορισμένες περιβαλλοντικές συνθήκες, καθώς και υπό συνθήκες παρεμβολών. 5-13

14 5.4 Είδη επίγειων σταθμών Οι επίγειοι σταθμοί γενικά χαρακτηρίζονται με βάση τον τύπο των υπηρεσιών και των λειτουργιών που παρέχουν, παρόλο που μερικές φορές μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σύμφωνα με το μέγεθος που έχει το κάτοπτρο της κεραίας. Εάν ληφθεί υπόψη το κριτήριο του είδους των υπηρεσιών, οι οποίες παρέχονται από τον επίγειο σταθμό, τότε κατηγοριοποιούνται στις παρακάτω κατηγορίες (Maini & Agrawal, 2011): Επίγειοι σταθμοί σταθερών δορυφορικών υπηρεσιών (Fixed Satellite Service, FSS). Επίγειοι σταθμοί δορυφορικών υπηρεσιών ευρυεκπομπής (Broadcast Satellite Service, BSS). Επίγειοι σταθμοί κινητών δορυφορικών υπηρεσιών (Mobile Satellite Services, MSS). Επιπλέον, είναι πρακτικό μερικές φορές να ταξινομούνται οι επίγειοι σταθμοί σε δύο κύριες λειτουργικές ομάδες ανάλογα με τη χρήση τους. Οι ομάδες αυτές είναι οι ακόλουθες: Σταθμοί-Πύλες (Gateway Stations). Σταθμοί τηλεθυρών (Teleports) Επίγειοι σταθμοί σταθερών δορυφορικών υπηρεσιών Σε αυτήν την κατηγορία ανήκουν οι επίγειοι σταθμοί μεγάλου μεγέθους (G/T 40dB/K), οι επίγειοι σταθμοί μεσαίου μεγέθους (G/T 30dB/K), οι επίγειοι σταθμοί μικρού μεγέθους (G/T 25dB/K), οι επίγειοι σταθμοί πολύ μικρού μεγέθους (μικρο-σταθμοί) με λειτουργίες εκπομπής και λήψης (G/T 20dB/K) και οι επίγειοι σταθμοί πολύ μικρού μεγέθους με λειτουργία μόνο λήψης (G/T 12dB/K). Η υπηρεσία των συστημάτων FSS περιλαμβάνει τη χρήση γεωστατικών δορυφόρων για τηλεφωνία, μεταφορά δεδομένων και ραδιοτηλεοπτική μετάδοση. Οι FSS δορυφόροι λειτουργούν στη C-ζώνη συχνοτήτων, η οποία κυμαίνεται από 3,7GHz έως 4,2GHz ή στη Ku-ζώνη συχνοτήτων, η οποία κυμαίνεται από 11,45GHz έως 11,7GHz και 12,5GHz έως 12,75GHz στην Ευρώπη, καθώς και 11,7GHz έως 12,2GHz στη Βόρεια Αμερική. Οι FSS δορυφόροι λειτουργούν σε σχετικά χαμηλά επίπεδα ισχύος συγκρινόμενοι με το σύστημα δορυφορικών υπηρεσιών ευρυεκπομπής BSS και, συνεπώς, απαιτείται κάτοπτρο πολύ μεγαλύτερου μεγέθους. Επίσης, οι αναμεταδότες FSS χρησιμοποιούν γραμμική πόλωση, σε σχέση με την κυκλική πόλωση, που υιοθετείται στους δορυφορικούς αναμεταδότες BSS Επίγειοι σταθμοί δορυφορικών υπηρεσιών ευρυεκπομπής Στην κατηγορία των BSS επίγειων σταθμών, υπάρχουν οι επίγειοι σταθμοί μεγάλου μεγέθους (G/T 15dB/K), οι οποίοι χρησιμοποιούνται για κοινοτική λήψη, καθώς και οι επίγειοι σταθμοί μικρού μεγέθους (G/T 8dB/K), που χρησιμοποιούνται για μεμονωμένη λήψη. Από τεχνικής πλευράς, η μετάδοση δορυφορικών υπηρεσιών ευρυεκπομπής (BSS) αναφέρεται στις υπηρεσίες, οι οποίες προσφέρονται από τους δορυφόρους μόνο σε συγκεκριμένες ζώνες συχνοτήτων. Αυτές οι συχνότητες για διαφορετικές περιοχές του οργανισμού ITU περιλαμβάνουν ζώνες, όπως π.χ. από 10,7GHz έως 12,75GHz στην περιοχή ITU region-1, που αναφέρεται στην Ευρώπη, τη Ρωσία και την Αφρική, από 12,2GHz έως 12,7GHz στην περιοχή ITU region-2, που αναφέρεται στη Βόρεια και Νότια Αμερική και, τέλος, ζώνες συχνοτήτων από 11,7GHz έως 12,2GHz στην περιοχή ITU region-3, που αναφέρεται στην Ασία και την Αυστραλία. Ο οργανισμός ITU υιοθέτησε το 1997 ένα διεθνές σχέδιο συχνοτήτων για το σύστημα BSS. Στα πλαίσια αυτού του σχεδίου, κατανεμήθηκαν σε κάθε χώρα συγκεκριμένες συχνότητες για χρήση σε συγκεκριμένες τροχιακές τοποθεσίες για εγχώριες υπηρεσίες. Αυτή η ενέργεια είναι γνωστή και με την ονομασία υπηρεσία άμεσης ευρυεκπομπής (Direct Broadcast Service, DBS) ή υπηρεσία Direct-to-Home, DTH. Ο όρος DBS χρησιμοποιείται συχνά και εναλλάσσεται με τον όρο DTH, για να καλύψει ταυτόχρονα την αναλογική και την ψηφιακή εικόνα, καθώς και υπηρεσίες ήχου, που λαμβάνονται από σχετικά μικρά κάτοπτρα. 5-14

15 5.4.3 Επίγειοι σταθμοί κινητών δορυφορικών υπηρεσιών Στην κατηγορία των MSS ανήκουν επίγειοι σταθμοί μεγάλου μεγέθους (G/T -4dB/K), επίγειοι σταθμοί μεσαίου μεγέθους (G/T -12dB/K) και επίγειοι σταθμοί μικρού μεγέθους (G/T -24dB/K). Οι επίγειοι σταθμοί μεγάλου και μεσαίου μεγέθους απαιτούν εξοπλισμό ιχνηλάτησης για τη σωστή λειτουργία τους, ενώ οι μικροί σταθμοί δεν απαιτούν αντίστοιχο εξοπλισμό. Το δορυφορικό τηλέφωνο είναι το πιο διαδεδομένο μέσο κινητών δορυφορικών υπηρεσιών. Αποτελεί έναν τύπο κινητού τηλεφώνου, το οποίο συνδέεται απευθείας με τον δορυφόρο, αντί με τα επίγεια κυψελωτά δίκτυα. Οι κινητές δορυφορικές υπηρεσίες παρέχονται ταυτόχρονα από γεωστατικούς δορυφόρους (GEO), αλλά και από δορυφόρους χαμηλής τροχιάς (LEO) (Ippolito 2008). Και στις δύο περιπτώσεις παρουσιάζονται μειονεκτήματα. Στην περίπτωση των γεωστατικών δορυφόρων, οι επικοινωνίες αντιμετωπίζουν το πρόβλημα της καθυστέρησης, καθώς πραγματοποιείται μία τηλεφωνική κλήση ή χρησιμοποιούνται υπηρεσίες μεταφοράς δεδομένων. Επίσης, ένα ακόμα μειονέκτημα είναι ότι συχνά δεν υπάρχει οπτική επαφή (LOS) μεταξύ του δορυφόρου και του σταθμού, εξαιτίας των εμποδίων που υπάρχουν ανάμεσά τους. Τέλος, ένα ακόμα πρόβλημα που αντιμετωπίζεται είναι ότι οι δορυφόροι GEO έχουν μεγάλο μέγεθος και βάρος, με αποτέλεσμα να έχουν αρκετά μεγάλο κόστος κατασκευής και εκτόξευσης στο διάστημα. Τα μειονεκτήματα των δορυφόρων GEO μπορούν να ξεπεραστούν με τη χρήση των δορυφόρων LEO. Στην περίπτωση των δορυφορικών συστημάτων LEO, ένα εμπόδιο μπορεί να δυσκολεύει τη δορυφορική πρόσβαση, όμως, μόνο για ένα μικρό χρονικό διάστημα, δηλαδή μέχρι να περάσει ο επόμενος δορυφόρος LEO. Το μεγάλο πλεονέκτημα των δορυφόρων LEO ως τηλεπικοινωνιακό σύστημα είναι ότι παρέχει παγκόσμια ασύρματη κάλυψη, χωρίς κενά. Παρόλα αυτά, προκειμένου να έχουμε αδιάλειπτη παροχή κάλυψης, θα πρέπει να υπάρχει ένας αστερισμός από δορυφόρους τύπου LEO. Το σύστημα Iridium και το Globalstar αποτελούν δύο πολύ βασικά δορυφορικά συστήματα LEO, τα οποία προσφέρουν κινητές δορυφορικές υπηρεσίες. Το σύστημα Globalstar χρησιμοποιεί 44 δορυφόρους με τροχιακή κλίση στις 52 ο. Επίσης, πρέπει να αναφερθεί ότι οι περιοχές των πόλων δεν καλύπτονται από τον αστερισμό των δορυφόρων Globalstar. Το σύστημα Iridium χρησιμοποιεί 66 δορυφόρους που κινούνται σε πολικές τροχιές. Οι ραδιοζεύξεις χρησιμοποιούνται μεταξύ των δορυφόρων, προκειμένου να αναμεταδώσουν τα δεδομένα στον πιο κοντινό δορυφόρο, ο οποίος συνδέεται με τον επίγειο σταθμό Σταθμοί-πύλες Οι σταθμοί-πύλες λειτουργούν ως διεπαφές ανάμεσα στους δορυφόρους και το επίγειο δίκτυο, αλλά και ως σημεία μετάβασης μεταξύ των δορυφόρων. Αυτοί οι σταθμοί συνδέονται στο επίγειο δίκτυο μέσω διαφόρων τεχνολογιών μετάδοσης είτε με ενσύρματα μέσα, όπως είναι το ομοαξονικό καλώδιο, η οπτική ίνα κ.ά., είτε με ασύρματα μέσα, όπως είναι οι μικροκυματικές κεραίες. Σε αντίθεση με τους επίγειους σταθμούς μονής λειτουργίας, οι οποίοι διαθέτουν λειτουργίες άνω ζεύξης και κάτω ζεύξης που αποτελούν άλλωστε την κύρια λειτουργία του σταθμού, στην περίπτωση των σταθμών-πυλών η κύρια λειτουργία είναι η επεξεργασία σήματος. Ένας σταθμός-πύλη λαμβάνει ένα μεγάλο εύρος από επίγεια σήματα σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή. Τα επίγεια σήματα μπορεί να είναι τηλεφωνικά σήματα, τηλεοπτικά σήματα και ροές δεδομένων. Αυτά τα σήματα έχουν διαφορετικά μορφότυπα με διάφορα επίπεδα πολυπλεξίας και τηλεπικοινωνιακά πρότυπα. Ένα μεγάλο εύρος από τα σήματα διαμορφώνονται κατάλληλα, προτού δρομολογηθούν στον αντίστοιχο δορυφόρο. Υπάρχουν σταθμοί-πύλες, που λειτουργούν ανεξάρτητα, καθώς και σταθμοί-πύλες, που ανήκουν σε ιδιόκτητα δορυφορικά συστήματα. Οι κεραίες, οι οποίες χρησιμοποιούνται στους σταθμούς-πύλες και λειτουργούν με ένα συγκεκριμένο δορυφορικό σύστημα, πρέπει να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν σε συνάρτηση με τα πρότυπα που γνωστοποιούνται από τον ιδιοκτήτη του εκάστοτε δορυφορικού συστήματος. Ο εγκεκριμένος δορυφορικός εξοπλισμός γι αυτήν την κατηγορία είναι διαθέσιμος από πολλούς κατασκευαστές Σταθμοί τηλεθυρών Η τηλεθύρα αποτελεί έναν τύπο σταθμού-πύλης, που λειτουργεί περισσότερο από εταιρίες, οι οποίες δεν αποτελούν μέρος ενός δορυφορικού συστήματος. Οι τηλεθύρες είναι χρήσιμες για τις εταιρείες, που δεν έχουν 5-15

16 τόσο υψηλές προδιαγραφές για δορυφορικές ζεύξεις και γι αυτό τον λόγο δεν δικαιολογείται να έχουν δικά τους δορυφορικά κάτοπτρα. Επίσης, είναι χρήσιμες και για εταιρείες που έχουν έδρα σε πολυπληθή μέρη, οπότε η οπτική επαφή με το δορυφορικό σύστημα δυσκολεύει εξαιτίας γειτονικών κτιριακών εγκαταστάσεων ή και γενικότερα εξαιτίας άλλων εμποδίων. Συνήθως, οι τηλεθύρες εδράζονται στα περίχωρα μιας πόλης και η συνδεσιμότητα από τη συνδρομητική εταιρεία προς τον σταθμό, που έχει την τηλεθύρα, τις περισσότερες φορές παρέχεται μέσω ενός κεντρικού σταθμού (Hub). Όλοι οι συνδρομητές συνδέονται με το Hub και το Hub με τη σειρά του συνδέεται με την τηλεθύρα, μέσω οπτικής ίνας ή μικροκυματικής ζεύξης. Οι σύγχρονοι σταθμοί τηλεθυρών είναι πολλαπλών χρήσεων, ενώ συχνά έχουν ένα μεγάλο εύρος από κάτοπτρα, τα οποία εναρμονίζονται με τα πρότυπα πολλών δορυφορικών φορέων, έτσι ώστε να μπορούν να παρέχουν ένα μεγάλο εύρος υπηρεσιών προς τους συνδρομητές. Οι υπηρεσίες, που προσφέρονται από τους σταθμούς τηλεθυρών, τυπικά περιλαμβάνουν τη μετατροπή του σήματος, την κρυπτογράφηση, την παραγωγή σημάτων, ακόμα και τη μίσθωση άνω ζεύξεων για γεγονότα προσωρινής μετάδοσης. 5.5 Μηχανικός σχεδιασμός κεραιοδιάταξης Ο μηχανικός σχεδιασμός ενός επίγειου σταθμού συνίσταται από τα εξής: Το ηλεκτρικό σύστημα, το οποίο αποτελείται από το σύστημα του ανακλαστήρα και το σύστημα της τροφοδοσίας. Το σύστημα εγκατάστασης της κεραίας (ή βάση), που υποστηρίζει το ηλεκτρικό σύστημα και μέσα στο οποίο συνήθως υπάρχουν δύο ορθογώνιοι άξονες με δυνατότητα κίνησης. Το υποσύστημα οδήγησης, το οποίο επιτρέπει στο ηλεκτρικό σύστημα να κινείται προς οποιοδήποτε προσανατολισμό γύρω από τους μηχανικούς άξονες του συστήματος εγκατάστασης. Πρέπει να σημειωθεί ότι μερικοί τύποι κεραιών δεν χρειάζεται να έχουν κινούμενο άξονα. Αυτό βέβαια αφορά την περίπτωση, όπου η δέσμη της κεραίας μπορεί να εστιαστεί με την κίνηση του συστήματος τροφοδοσίας, διατηρώντας τον ανακλαστήρα σταθερό Μηχανική ακρίβεια κεραιοδιάταξης Προκειμένου να επιτύχουμε το επιθυμητό διάγραμμα απολαβής κεραίας, είναι απαραίτητο οι ανακλαστήρες, κύριοι και δευτερεύοντες, να έχουν μεγάλη επιφανειακή ακρίβεια και η κεραία να σκοπεύει συνεχόμενα προς τον δορυφόρο με την απαιτούμενη ακρίβεια κάτω από όλες τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Η διακύμανση του κέρδους (υποβάθμιση) εξαιτίας των ανωμαλιών στην επιφάνεια του ανακλαστήρα μπορεί να εκφραστεί σύμφωνα με την εξίσωση: DG r = 10log é e ëê ( )2-4ps /l ù ûú» -686 æ s ö è ç l ø 2, ( db) (5.2) όπου σ είναι η μέση τετραγωνική τιμή (rms) των επιφανειακών ανωμαλιών του ανακλαστήρα (μηχανική ανοχή) και λ το μήκος κύματος στον ελεύθερο χώρο. Συνεπώς, εάν, για παράδειγμα, η υποβάθμιση του κέρδους πρέπει να διατηρηθεί σε καλύτερο επίπεδο από 0,2dB, τότε το κάτοπτρο θα πρέπει να κατασκευαστεί με ακρίβεια διαστάσεων λιγότερη από 0,017λ, δηλαδή λιγότερη από 1mm για μία κεραία συχνοτήτων 6/4GHz. Άλλες παραμορφώσεις της κεραίας, οι οποίες οφείλονται στο βάρος, τον άνεμο και τα θερμικά φαινόμενα μπορούν, επίσης, να υποβαθμίσουν το κέρδος και το διάγραμμα ακτινοβολίας, και ειδικότερα το επίπεδο του δευτερεύοντος λοβού. Η διακύμανση του κέρδους ΔG p εξαιτίας της εσφαλμένης θέσης της δέσμης της κεραίας θ (σε μοίρες) δίνεται από την εξίσωση: æ DG -12 è ç q ö ø q 3dB 2, ( db) (5.3) 5-16

17 όπου θ 3dB είναι το εύρος δέσμης ημίσεως ισχύος και δίνεται από την εξίσωση: æ q 70 l ö è ç Dø, deg όπου D είναι η διάμετρος της κεραίας (σε m). Συνεπώς: æ DG -0,0025 D ö è ç l ø 2 ( ) (5.4) ( q ) 2, db η οποία, επίσης, ονομάζεται απώλεια κέρδους λόγω σκόπευσης της κεραίας. ( ) (5.5) Σύστημα καθοδήγησης και εγκατάστασης της κεραιοδιάταξης Η κεραία του επίγειου σταθμού πρέπει τουλάχιστον να παρέχει τη δυνατότητα καθοδήγησης σύμφωνα με το αναμενόμενο εύρος κίνησης της θέσης του δορυφόρου. Είναι επιθυμητό η κεραία να μπορεί να καθοδηγηθεί σε ένα μεγάλο γωνιακό εύρος, το οποίο και να διατηρήσει, ώστε να το χρησιμοποιήσει παράλληλα και για ελέγχους. Η κεραία, η οποία παρέχει πλήρη εναέρια κάλυψη, ονομάζεται πλήρως οδηγούμενη κεραία. Από την άλλη μεριά, μία κεραία, που μπορεί να κατευθύνει τη δέσμη μόνο σε ένα μικρό μέρος του ουρανού, ονομάζεται μερικώς καθοδηγούμενη κεραία. Η εγκατάσταση της κεραίας μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε τρεις διαφορετικούς τύπους, όπως φαίνεται και στο Διαδραστικό Σχήμα 5.1: 1) το σύστημα εγκατάστασης αζιμουθίου-ανύψωσης (Az-El), 2) το σύστημα εγκατάστασης X-Y, και 3) το πολικό σύστημα εγκατάστασης. Interactive 5.1 Τύποι εγκατάστασης κεραιών Az-El. Η πρώτη κατηγορία αφορά το σύστημα εγκατάστασης αζιμουθίου-ανύψωσης (Az-El). Αποτελεί το πιο διαδεδομένο σύστημα για επίγειες κεραίες δορυφορικών επικοινωνιών, ενώ η ονομασία του προέρχεται από το Az (Azimuth, αζιμούθιο), το οποίο συμβολίζει τον αζιμουθιακό άξονα και το El (Elevation, ανύψωση) που συμβολίζει τον άξονα ανύψωσης. Ο αζιμουθιακός άξονας τοποθετείται κάθετα στο έδαφος, ενώ ο άξονας ανύψωσης είναι παράλληλος στο έδαφος. Η εγκατάσταση αυτού του είδους έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα και αυτό οφείλεται στο ότι η περιστροφή, που πραγματοποιείται από τον άξονα El, έχει ως αποτέλεσμα το βάρος της κεραίας να είναι το λιγότερο δυνατό. Γι αυτόν τον λόγο, οι περισσότερες κεραίες, που απαιτούν υψηλή ακρίβεια στην επιφάνεια του ανακλαστήρα και στη σκόπευση της κεραίας, χρησιμοποιούν σύστημα εγκατάστασης Az-El. Ένα πιθανό μειονέκτημα του συστήματος εγκατάστασης Az-El μπορεί να εμφανιστεί, όταν ο επίγειος σταθμός εγκαθίσταται κοντά στο υπο-δορυφορικό σημείο (SSP). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το σύστημα διαθέτει έναν μηχανικό στύλο προς την κατεύθυνση του ζενίθ, που σημαίνει ότι είναι δύσκολο να παρακολουθείται ο δορυφόρος καθώς περνάει από το ζενίθ, εξαιτίας της υψηλής αζιμουθιακής ταχύτητας που απαιτείται. Υπάρχουν τρεις τύποι συστημάτων εγκατάστασης Az-El, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για τις επίγειες κεραίες (Jones, 2002). Αυτοί είναι: Σύστημα πυλώνα με ζυγό σε σταθερό άξονα (yoke-and-tower). Σύστημα τροχού σε ράγα (wheel-and-track). Κοχλιωτό σύστημα οδήγησης (jackscrew drive type). Η δεύτερη κατηγορία αφορά το σύστημα εγκατάστασης Χ-Υ, που διαθέτει δύο άξονες X και Y, οι οποίοι είναι ορθογώνιοι μεταξύ τους. Σε αυτό το σύστημα και οι δύο άξονες πρέπει να είναι προσανατολισμένοι σε σχετικά υψηλότερο επίπεδο πάνω από το έδαφος, προκειμένου να υλοποιηθεί μία 5-17

18 πλήρως ελεγχόμενη κεραία. Συνεπώς, αυτό το είδος εγκατάστασης χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον σε συστήματα, τα οποία έχουν περιορισμένο σύστημα ελέγχου, με απώτερο σκοπό να αυξηθεί το είδος ελέγχου. Έχει το πλεονέκτημα ότι διαθέτει μηχανικό ζυγό στις λειτουργικές κατευθύνσεις. Ένα ακόμα πλεονέκτημα είναι ότι μπορεί να ρυθμίζεται από απλούς μηχανισμούς, οι οποίοι χρησιμοποιούν ενεργοποιητές (actuators) με συστήματα κοχλιωτής οδήγησης. Στην τρίτη κατηγορία της πολικής εγκατάστασης υπάρχει ο άξονας ορθής ανόδου (Right Ascension, RA), που ρυθμίζεται ανά ώρα παράλληλα στον πολικό άξονα της Γης και τον άξονα απόκλισης (declination, De), ο οποίος είναι κάθετος στον άξονα της ορθής ανόδου. Αυτή η εγκατάσταση χρησιμοποιείται ευρέως για ραδιοτηλεσκόπια, επειδή επιτρέπει στην κεραία να εντοπίζει έναν δορυφόρο με περιστροφή μόνο γύρω από τον άξονα ορθής ανόδου. Οι πολικές εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται πιο σπάνια σε κεραίες επίγειων σταθμών, εξαιτίας της ασυμμετρίας του βάρους, που έχει ο σταθμός, αλλά και των ανέμων, που επιβαρύνουν τον σταθμό. Ωστόσο, αποτελούν μία καλή επιλογή για κεραίες μεσαίου και μικρού μεγέθους, όταν δεν απαιτείται υπολογισμός της απόκλισης εντοπισμού του δορυφόρου, που είναι αποτέλεσμα της ακρίβειας διατήρησης της θέσης Βορρά Νότου ενός δορυφόρου Υποσύστημα οδήγησης και σερβομηχανισμού Το σύστημα οδήγησης της κεραίας, η κίνηση του οποίου βασίζεται στα μηχανικά γραναζώματα, καθώς και στους κοχλιωτούς μηχανισμούς οδήγησης, χρησιμοποιείται ευρέως στο μηχανικό σύστημα κίνησης ενός επίγειου σταθμού. Η χρήση του δεύτερου συστήματος οδήγησης περιορίζεται περισσότερο στις κεραίες με περιορισμένη καθοδήγηση. Για την παραγωγή ροπής στρέψης χρησιμοποιούνται ηλεκτρικοί κινητήρες είτε συνεχούς είτε εναλλασσόμενου ρεύματος. Όσον αφορά το σύστημα με μηχανικά γραναζώματα, χρησιμοποιείται για μηχανισμούς πλήρους οδήγησης της κεραίας, ενώ το σύστημα με κοχλιωτούς μηχανισμούς οδήγησης χρησιμοποιείται για μηχανισμούς περιορισμένης οδήγησης και κεραίες μεσαίου ή μικρού μεγέθους. Το τυπικό διάγραμμα βαθμίδων του συστήματος οδήγησης της κεραίας και του υποσυστήματος σερβομηχανισμού, φαίνεται στο Σχήμα 5.5. Η ακρίβεια καθοδήγησης της δέσμης της κεραίας πρέπει να διατηρείται χαμηλότερη από το ένα δέκατο της ημίσεως ισχύος του εύρους δέσμης της κεραίας, προκειμένου να διατηρείται σταθερή η επικοινωνία. Για παράδειγμα, η απαιτούμενη ακρίβεια είναι της τάξης των 0,02 ο για μία κεραία INTELSAT προτύπου A. Από τη στιγμή που η ακρίβεια του συστήματος οδήγησης και του υποσυστήματος του σερβομηχανισμού καθορίζεται από τους περιστρεφόμενους άξονες και τον γωνιακό μηχανισμό, θα πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στις διαδικασίες σχεδίασης, αλλά και εγκατάστασης, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η μηχανική απόκλιση, η αρνητική αντίδραση των γραναζωμάτων και των γωνιακών μηχανισμών. Επίσης, θα πρέπει να δοθεί προσοχή και στην απόκλιση του συστήματος του ανακλαστήρα της κεραίας. 5-18

19 Σχήμα 5.5 Διάγραμμα βαθμίδων υποσυστήματος οδήγησης και σερβομηχανισμού Συστήματα ιχνηλάτησης Η ιχνηλάτηση ως τεχνική, η οποία εφαρμόζεται στον επίγειο σταθμό, θεωρείται ότι έχει πολύ μεγάλη σημασία, ώστε να μπορεί να παρακολουθεί την κίνηση του δορυφόρου. Από τις μεθόδους, που περιγράφηκαν στην προηγούμενη ενότητα, αν εξαιρέσουμε την προγραμματιζόμενη ιχνηλάτηση, που είναι και η πιο διαδεδομένη, οι δύο πιο διαδεδομένες μέθοδοι για αυτοματοποιημένη ιχνηλάτηση είναι η βηματική (steptrack) ιχνηλάτηση, καθώς και η ιχνηλάτηση μονού παλμού (monopulse). Η μέθοδος της ιχνηλάτησης με σάρωση δέσμης (beam-scannig) θεωρείται ως η λιγότερο διαδεδομένη σε σχέση με τις άλλες δύο μεθόδους Βηματική ιχνηλάτηση Η μέθοδος της βηματικής ιχνηλάτησης βασίζεται στη χρήση σερβομηχανισμών. Η δέσμη της κεραίας καθοδηγείται βήμα-προς-βήμα (step-by-step), έτσι ώστε να επιτευχθεί ένα ισχυρότερο σήμα από τον δορυφόρο, όπως παρουσιάζεται στο Σχήμα 5.6. Εάν η βηματική καθοδήγηση της δέσμης της κεραίας προκαλεί μείωση του επιπέδου του λαμβανόμενου σήματος, τότε ο επεξεργαστής, ο οποίος ελέγχει τη βηματική ιχνηλάτηση, θα δώσει εντολή στην κεραία να καθοδηγηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση. Συνήθως, το λαμβανόμενο σήμα εξάγεται από το φέρον του δορυφορικού ραδιοφάρου (beacon). Στο σύστημα βηματικής ιχνηλάτησης δεν απαιτείται ιδιαίτερη τροφοδοσία ιχνηλάτησης, αλλά μόνο ένας απλός ραδιοφάρος στον δέκτη και ένας επεξεργαστής βηματικής ιχνηλάτησης. Ωστόσο, ένα μειονέκτημα του συστήματος είναι ότι η ακρίβεια της ιχνηλάτησης επηρεάζεται άμεσα από τις γρήγορες διακυμάνσεις του εισερχόμενου σήματος, εξαιτίας των φαινομένων που επηρεάζουν το σήμα, όπως είναι ο ατμοσφαιρικός σπινθηρισμός, η απορρόφηση λόγω βροχής και η αστάθεια του δορυφορικού ραδιοφάρου. Το μειονέκτημα αυτό μπορεί να ξεπεραστεί μερικώς συνδυάζοντας τη βηματική ιχνηλάτηση με ένα πρόγραμμα ή μία μνήμη, τα οποία ενεργοποιούνται, στην περίπτωση που εμφανίζονται είτε γρήγορες ή υπέρμετρες διακυμάνσεις είτε 5-19