Συστήματα Κινητών Δορυφορικών Υπηρεσιών

Transcript

1 Συστήματα Κινητών Δορυφορικών Υπηρεσιών Σύνοψη Σε αυτό το κεφάλαιο μελετώνται τα συστήματα που παρέχουν κινητές δορυφορικές επικοινωνίες (Mobile Satellite Service, MSS) σε κινητούς χρήστες. Ο σταθμός βάσης δεν είναι πλέον σταθερός, αλλά μπορεί να κινείται. Ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκεται ο κινητός σταθμός έχουν θεσπιστεί από την ITU οι αντίστοιχες κατηγορίες υπηρεσιών. Αναλύονται αυτές οι υπηρεσίες, όπως η LMSS (Land Mobile Satellite Service), η MMSS (Maritime Mobile Satellite Service) και η AMSS (Aeronautical Mobile Satellite Service). Αναλύεται, επίσης, η αρχιτεκτονική του κινητού δορυφορικού συστήματος και τα λειτουργικά τμήματα από τα οποία αποτελείται. Περιγράφονται οι κατάλληλες ζώνες συχνοτήτων λειτουργίας, οι μέθοδοι επιλογής τροχιών, οι χρήσεις κινητών υπηρεσιών σε γεωστατικές και μη-γεωστατικές τροχιές και γίνεται αναλυτική περιγραφή των κυριότερων σημερινών συστημάτων κινητών δορυφορικών υπηρεσιών (Iridium, Globalstar, Inmarsat, New ICO, Teledesic, Odyssey). Προαπαιτούμενη γνώση Το κεφάλαιο του παρόντος βιβλίου απαιτεί από τον αναγνώστη να διαθέτει γνώση και εμπειρία σε θέματα δορυφορικών ζεύξεων και συστημάτων Εισαγωγή Με τα κινητά δορυφορικά συστήματα (Mobile Satellite Service, MSS) παρέχονται υπηρεσίες σε κινητούς χρήστες σε παγκόσμια κλίμακα με τον σταθμό βάσης να μην είναι πλέον σταθερός, αλλά να μπορεί να κινείται. Τα κινητά δορυφορικά συστήματα υπάρχουν σχεδόν από τότε που ξεκίνησαν τη λειτουργία τους τα σταθερά δορυφορικά συστήματα (Fixed Satellite Service, FSS). Οι κινητές δορυφορικές επικοινωνίες μπορούν να προσφέρουν κάλυψη σε απομακρυσμένες γεωγραφικές περιοχές, όπου δεν υπάρχει ανεπτυγμένο επίγειο δίκτυο τηλεφωνίας, σε περιοχές που είναι αδύνατο να καλυφθούν με επίγεια ασύρματα δίκτυα, όπως θάλασσα και αέρας, καθώς και σε χρήστες που βρίσκονται εν κινήσει. Επιπρόσθετα, ένα δορυφορικό σύστημα για κινητές τηλεπικοινωνίες μπορεί να παρέχει πλήρη διεθνή περιαγωγή (roaming) στους κινητούς χρήστες. Τα τελευταία χρόνια, πολλά συστήματα γεωστατικών δορυφόρων παρέχουν υπηρεσίες MSS, με σημαντικότερο από αυτά, το σύστημα Inmarsat. Βασικό τους πλεονέκτημα είναι η απλότητα της διάταξης των χρησιμοποιούμενων δορυφόρων και ο ιδιαίτερα μικρός αριθμός τους. Ένα GEO σύστημα που καλύπτει όλη τη Γη μπορεί να υλοποιηθεί μόνο με 3 δορυφόρους, ενώ κάνοντας χρήση και ενός τέταρτου, επιτυγχάνεται σημαντική εφεδρική ικανότητα. Εντούτοις, το γεγονός της κινητικότητας των επίγειων σταθμών αναιρεί τα πλεονεκτήματα της σταθερής θέσης των γεωστατικών δορυφόρων ως προς τη Γη, αφού η ύπαρξη οπτικής επαφής (Line Of Sight, LOS) μεταξύ επίγειου σταθμού και δορυφόρου, η οποία θεωρείτο δεδομένη μέχρι τώρα, ίσως να μην ισχύει πλέον. Αυτό συμβαίνει επειδή ο χρήστης βρίσκεται σε περιβάλλον με διαρκώς χρονικά μεταβαλλόμενα χαρακτηριστικά, συνεπώς, το λαμβανόμενο σήμα φτάνει σε αυτόν σημαντικά εξασθενημένο. Επιπλέον, οι μεγάλες καθυστερήσεις διάδοσης που παρουσιάζουν οι GEO δορυφόροι, ειδικά σε εφαρμογές πραγματικού χρόνου (π.χ. φωνής), προσανατόλισε τους σχεδιαστές δορυφορικών δικτύων προς τη χρήση χαμηλότερων τροχιών. Απόρροια του γεγονότος αυτού είναι η αύξηση του απαιτούμενου αριθμού δορυφόρων στο διάστημα, καθώς και των αντίστοιχων κεντρικών διαχειριστών, ώστε οι χρήστες εφαρμογών πραγματικού χρόνου να μπορούν ανά πάσα στιγμή να αποκτούν πρόσβαση σε κάποιον δορυφόρο. Η οικονομική επιβάρυνση που επιφέρει η αύξηση αυτή είναι σημαντική, και η βιωσιμότητα των MEO και LEO συστημάτων θα κριθεί τα επόμενα χρόνια. Χαρακτηριστικότερο παράδειγμα είναι η προσπάθεια της Motorola, με την εκτόξευση 66 LEO δορυφόρων και την επιχειρησιακή τους λειτουργία το 1998, στο πλαίσιο του προγράμματος Iridium. Η εταιρία iridium κήρυξε πτώχευση και εξαγοράστηκε από αμερικάνικων συμφερόντων επενδυτικό χαρτοφυλάκιο ιδιωτών. Ένα ακόλουθο σύστημα MEO είναι το ICO (Intermediate Circular Orbit), το οποίο πουλήθηκε, αλλάζοντας το όνομά του σε New ICO. Οι λόγοι μη λειτουργίας του ήταν κυρίως οι λανθασμένες προσδοκίες 15-1

2 των χρηστών για το κόστος και την ποιότητα των κινητών δορυφορικών συστημάτων και οι λανθασμένες προβλέψεις των διαχειριστών για το μέγεθος της αγοράς και το βαθμό διείσδυσης των νέων συστημάτων. Ταυτόχρονα, η μεγάλη ανάπτυξη των επίγειων δικτύων κινητής τηλεφωνίας και η πληθώρα των προσφερόμενων υπηρεσιών με σχετικά μικρό κόστος, επιδείνωσε σημαντικά τη διείσδυση των κινητών δορυφορικών συστημάτων στην αγορά. Ένα άλλο γνωστό LEO σύστημα για παροχή κινητών τηλεπικοινωνιών είναι το Globalstar, με 48 δορυφόρους. Όλα αυτά τα συστήματα, μαζί με μερικά ακόμα ευρείας αποδοχής, θα εξεταστούν λεπτομερώς στις επόμενες ενότητες του παρόντος κεφαλαίου Κατηγορίες κινητών δορυφορικών δικτύων Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζονται οι διάφορες κατηγορίες των δικτύων που απαρτίζουν τις κινητές δορυφορικές επικοινωνίες. Τα δίκτυα αυτά είναι γνωστά ως κινητά δορυφορικά δίκτυα (Mobile Satellite Service, MSS). Σύμφωνα με τον ορισμό των Ράδιο-Κανονισμών (Radio-Regulations) της ITU (ITU, 2002), ως κινητά δορυφορικά δίκτυα, ορίζονται εκείνα τα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα που αναπτύσσονται είτε: μεταξύ κινητών σταθμών εδάφους (Earth Stations) και ενός ή περισσότερων διαστημικών σταθμών (Space Stations), μεταξύ διαστημικών σταθμών που χρησιμοποιούνται για την παροχή κινητών δορυφορικών τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών, μεταξύ κινητών σταθμών εδάφους διαμέσου ενός ή περισσότερων διαστημικών σταθμών. Ανάλογα με το περιβάλλον, στο οποίο βρίσκεται ο κινητός σταθμός, έχουν θεσπιστεί από την ITU οι αντίστοιχες κατηγορίες υπηρεσιών: η Κινητή Δορυφορική Υπηρεσία Ξηράς (Land Mobile Satellite Service, LMSS), όπου οι κινητοί σταθμοί βρίσκονται στην ξηρά, η Κινητή Δορυφορική Ναυτική Υπηρεσία (Maritime Mobile Satellite Service, MMSS), όπου οι κινητοί σταθμοί είναι τοποθετημένοι πάνω στο κατάστρωμα πλοίων. Οι σταθμοί διάσωσης και έκτακτης ανάγκης (Emergency Position Indicating Radiobeacon Stations, EPIRBS) που χρησιμοποιούνται στα πλοία ανήκουν, επίσης, σε αυτή την κατηγορία, και η Κινητή Δορυφορική Αεροναυτική Υπηρεσία (Aeronautical Mobile Satellite Service, AMSS), όπου οι κινητοί σταθμοί είναι τοποθετημένοι πάνω σε αεροπλάνα. Οι σταθμοί διάσωσης και έκτακτης ανάγκης (EPIRBS) που χρησιμοποιούνται στα αεροπλάνα ανήκουν, επίσης, σε αυτή την κατηγορία. Οι παραπάνω κατηγορίες μπορούν να αναλυθούν περαιτέρω με κριτήριο τις υπηρεσίες τους. Ένα αεροναυτικό κινητό δορυφορικό σύστημα AMSS-R (Route) ανήκει στην κατηγορία των AMSS και χρησιμοποιείται για επικοινωνίες που αφορούν θέματα ασφάλειας πτήσεων, οι οποίες βρίσκονται εντός εθνικών ή διεθνών δρομολογίων της πολιτικής αεροπορίας. Αντίθετα, ένα αεροναυτικό κινητό δορυφορικό σύστημα AMSS-ΟR (Off-Route) χρησιμοποιείται για επικοινωνίες που αφορούν θέματα ασφάλειας πτήσεων, οι οποίες βρίσκονται εκτός εθνικών ή διεθνών δρομολογίων της πολιτικής αεροπορίας. Ως Radiodetermination MSS ορίζεται εκείνο το σύστημα το οποίο χρησιμοποιείται για τον καθορισμό της θέσης ενός ή περισσότερων δορυφορικών σταθμών. Τέλος, ο όρος Safety ΜSS αναφέρεται σε συστήματα ραδιοεπικοινωνίας που χρησιμοποιούνται μόνιμα ή προσωρινά για λόγους ασφάλειας της ανθρώπινης ζωής και ιδιοκτησίας Τύποι τροχιών στα Κινητά Δορυφορικά Συστήματα Από τηλεπικοινωνιακής σκοπιάς, η τροχιά του δορυφόρου παίζει πολύ σημαντικό ρόλο, αφού καθορίζει σημαντικές παραμέτρους, όπως την επιφάνεια κάλυψης, την κλίση, τη χρονική καθυστέρηση, τη δυνατότητα και τη συχνότητα μεταπομπών κ.λπ. Τα κινητά δορυφορικά συστήματα μπορούν να χρησιμοποιήσουν όλους τους τύπους τροχιακής διάταξης των δορυφόρων: γεωστατικούς (GEO), μεσαίου υψομέτρου (MEO) και χαμηλού υψομέτρου (LEO). Αρχικά, τα περισσότερα κινητά δορυφορικά συστήματα χρησιμοποιούσαν 15-2

3 γεωστατικούς δορυφόρους (π.χ. Inmarsat). Από τη δεκαετία του 90 όμως, άρχισε η χρήση και δορυφόρων LEO και MEO για κινητές δορυφορικές υπηρεσίες. Οι γεωστατικοί δορυφόροι αποτελούν την απλούστερη και ευκολότερη λύση για ένα κινητό δορυφορικό σύστημα, αφού μπορούν να παρέχουν κάλυψη για γεωγραφικά πλάτη από 75 ο Νότια μέχρι 75 ο Βόρεια, η οποία κρίνεται επαρκής για τις περισσότερες πυκνοκατοικημένες περιοχές του πλανήτη. Ως εκ τούτου, 3 ή 4 δορυφόροι χρειάζονται για την πλήρη επίγεια κάλυψη, με αποτέλεσμα να μειώνεται εξαιρετικά το κόστος του συστήματος και να απαιτούνται πολύ λίγοι επίγειοι σταθμοί τροφοδοσίας (feeder link), αφού δεν απαιτούνται πολλές εναλλαγές μεταξύ των δεσμών σε έναν δορυφόρο ή μεταξύ διαφορετικών δορυφόρων. Εκτός αυτού, φαίνονται ακίνητοι από έναν παρατηρητή στην επιφάνεια της Γης, συνεπώς χρειάζονται απλά συστήματα σκόπευσης, ενώ παράλληλα δεν απαιτούνται μεταπομπές (handovers) μεταξύ των δορυφόρων, αφού ο κάθε σταθμός θα σκοπεύει συνεχώς στον ίδιο δορυφόρο. Επίσης, η χρήση κατευθυντικών κεραιών στα κινητά τερματικά είναι ευκολότερη σε σχέση με τα μη γεωστατικά συστήματα, παρέχοντας έτσι μεγαλύτερα περιθώρια (link margin) στη δορυφορική ζεύξη και επιτρέποντας μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης (Richharia, 2014). Οι μη γεωστατικοί δορυφόροι χρησιμοποιούν κυκλικές, επικλινείς τροχιές σε πολύ χαμηλότερα ύψη από τους γεωστατικούς. Συνεπώς, οι καθυστερήσεις στη διάδοση και οι απώλειες διάδοσης είναι μικρότερες από τους γεωστατικούς. Επιπλέον, οι δορυφόροι LEO και MEO μπορούν να παρέχουν κάλυψη σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και πάνω από τους πόλους. Απαιτούνται όμως περισσότεροι δορυφόροι για την πλήρη κάλυψη της επιφάνειας της Γης και εισάγονται διαδικασίες μεταπομπής μεταξύ των δορυφόρων, για τη μετάβαση από έναν δορυφόρο στον άλλο, όταν ο κινητός σταθμός βγει από την περιοχή κάλυψης του πρώτου. Για παράδειγμα, το σύστημα Iridium/LEO απαιτεί 66 δορυφόρους για την κάλυψη της επιφάνειας της Γης (το ύψος των δορυφόρων είναι 780km από την επιφάνεια της Γης), ενώ το σύστημα Globalstar/LEO απαιτεί 48 δορυφόρους, αφού το υψόμετρο των δορυφόρων είναι 1.400km. Και τα δύο αυτά συστήματα λειτουργούν με δορυφόρους LEO πολικής τροχιάς. Για ένα δορυφορικό MEO σύστημα απαιτούνται περίπου 12 δορυφόροι για την πλήρη κάλυψη της επιφάνειας της Γης (New ICO) σε ύψος km, ενώ παράδειγμα κινητού δορυφορικού συστήματος με γεωστατικούς δορυφόρους είναι το σύστημα Inmarsat, το οποίο αποτελείται από 4 λειτουργικούς GEO δορυφόρους. Το σύστημα Ellipsat (πρώην Ellipso) χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό κυκλικών και ελλειπτικών τροχιών, όπου τα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη καλύπτονται από δορυφόρους σε ηλιο-σύγχρονες ελλειπτικές τροχιές, ενώ τα μικρά γεωγραφικά πλάτη από δορυφόρους σε κυκλική τροχιά. Ανάλογα με την τροχιά τους, τα συστήματα χωρίζονται στις εξής κατηγορίες (Jamalipour, 1998): Little LEO: Μη-γεωστατικά συστήματα χαμηλής τροχιάς (LEO) με μικρούς δορυφόρους, που παρέχουν κυρίως υπηρεσίες δεδομένων. Τέτοια συστήματα είναι το Orbcomm και το Teledesic. Big LEO: LEO συστήματα με μεγάλους δορυφόρους, που παρέχουν κυρίως υπηρεσίες κινητής τηλεφωνίας. Οι δορυφόροι απέχουν περίπου χιλιόμετρα από τη Γη. Τέτοια συστήματα είναι το Iridium και το Globalstar. MEO: Μη γεωστατικά συστήματα με δορυφόρους μέσης τροχιάς (MEO). Κατά κύριο ρόλο παρέχουν, επίσης, υπηρεσίες κινητής τηλεφωνίας. Σε ένα τέτοιο σύστημα οι δορυφόροι απέχουν από τη Γη περίπου χιλιόμετρα. Ένα τέτοιο σύστημα είναι το New ICO και το Odyssey. GEO: Οι γεωστατικοί δορυφόροι καταλαμβάνουν τροχιά στα χιλιόμετρα από τη Γη, και μένουν ακίνητοι σε σχέση με τη Γη. Το μεγαλύτερο μέρος των δορυφορικών επικοινωνιών στη Γη γίνεται με GEO δίκτυα. Ένα τέτοιο σύστημα είναι το Inmarsat και το Intelsat. Η σύγκριση των τροχιών μεταξύ των διαφορετικών κινητών δορυφορικών συστημάτων παρουσιάζεται συνοπτικά στον Πίνακα Τύπος Τροχιάς LEO MEO GEO Τροχιακή περίοδος (ώρες) 1, Διάρκεια ορατότητας 15 20min/πέρασμα 2 8h/πέρασμα Μόνιμη 15-3

4 Διακυμάνσεις στη γωνία ανύψωσης Γρήγορες Αργές Καθόλου Καθυστέρηση στη διάδοση Μερικά msec Δεκάδες msec >250msec ~ 6.000km ~ km km Στιγμιαία κάλυψη στο έδαφος (διάμετρος για γωνία ανύψωσης 10 o ) Παραδείγματα συστημάτων σε Iridium, Globalstar, New ICO, Odyssey λειτουργία Orbcomm, Teledesic Πίνακας 15.1 Σύγκριση δορυφορικών συστημάτων σε διάφορα είδη τροχιών 15.4 Αρχιτεκτονική του Κινητού Δορυφορικού Συστήματος Inmarsat, Intelsat, Intersputnik Τα κινητά δορυφορικά συστήματα MSS διαφέρουν από τα σταθερά σε ένα σημαντικό σημείο. Συγκεκριμένα, τα Σταθερά Δορυφορικά Συστήματα χρησιμοποιούν ένα ζεύγος ζωνών συχνοτήτων: μία ζώνη συχνοτήτων για την άνω ζεύξη και μία για την κάτω ζεύξη (από τον δορυφόρο στη Γη). Με αυτόν τον τρόπο, δύο ή περισσότερα σταθερά σημεία πάνω στη Γη συνδέονται μέσω μιας δορυφορικής ζεύξης. Αντιθέτως, τα κινητά δορυφορικά συστήματα χρησιμοποιούν δύο ζεύγη ζεύξεων: μια ζεύξη που ορίζεται ως ζεύξη υπηρεσίας (service link) και μια ζεύξη που ορίζεται ως ζεύξη τροφοδοσίας (feeder link). Η ζεύξη υπηρεσίας είναι η ζεύξη μεταξύ του κινητού δορυφορικού σταθμού και του δορυφόρου, ενώ η ζεύξη τροφοδοσίας είναι η ζεύξη μεταξύ ενός σταθερού δορυφορικού σταθμού τροφοδοσίας (feeder link station) και του δορυφόρου. Ένα κινητό δορυφορικό σύστημα λειτουργεί ως εξής: ο κινητός σταθμός εδάφους εκπέμπει στην άνω ζεύξη υπηρεσίας προς τον δορυφόρο και στη συνέχεια, ο δορυφόρος επαναλαμβάνει τη μετάδοση στην κάτω ζεύξη τροφοδοσίας στον σταθερό επίγειο σταθμό τροφοδοσίας. Αυτός μεταφέρει την κλήση ή τα δεδομένα μέσω του τοπικού σταθερού τηλεφωνικού δικτύου (PSTN, ISDN) προς τον κατάλληλο παραλήπτη. Κατά την αντίστροφη κατεύθυνση, ο σταθερός επίγειος σταθμός τροφοδοσίας λαμβάνει μέσω του σταθερού τηλεφωνικού δικτύου μια κλήση ή δεδομένα προς μετάδοση για τον κινητό δορυφορικό σταθμό εδάφους. Έτσι, εκπέμπει στην άνω ζεύξη τροφοδοσίας προς τον δορυφόρο, ο οποίος επαναλαμβάνει τη μετάδοση στην κάτω ζεύξη υπηρεσίας προς τον κινητό σταθμό εδάφους. Όπως κάθε δορυφορικό σύστημα, έτσι και ένα κινητό δορυφορικό σύστημα αποτελείται από το επίγειο και το διαστημικό τμήμα, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα

5 Σχήμα 15.1 Αρχιτεκτονική κινητού δορυφορικού συστήματος Επίγειο Τμήμα Κινητού Δορυφορικού Συστήματος Από το επίγειο τμήμα στα MSS, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 15.1, ξεχωρίζει το τμήμα του χρήστη (user segment). Το τμήμα του χρήστη περιλαμβάνει τα τερματικά που χρησιμοποιούν οι κινητοί χρήστες του δικτύου. Τα χαρακτηριστικά των εφαρμογών είναι ανάλογα με το περιβάλλον εφαρμογής και την χρήση τους. Τα τερματικά χωρίζονται σε δυο υποκατηγορίες: Κινητά τερματικά: Τα κινητά τερματικά υποστηρίζουν τη λειτουργία κινητικότητας, δηλαδή μπορούν να δουλεύουν στο σύστημα, καθώς κινούνται. Αυτά μπορεί να είναι κινητά τερματικά για προσωπική χρήση, όπως κινητά τηλέφωνα, GPS και άλλες συσκευές τσέπης, ή μπορεί να είναι κινητά τερματικά για συλλογική χρήση, όπως δορυφορικοί δέκτες σε αεροπλάνα, πλοία, τρένα κ.λπ. Φορητά τερματικά: Τα φορητά τερματικά είναι τερματικά μικρών διαστάσεων για εύκολη μεταφορά από το ένα μέρος στο άλλο (π.χ. λάπτοπ), αλλά καθώς κινούνται δεν μπορούν να συνδεθούν και να επικοινωνήσουν με το σύστημα. Το υπόλοιπο μέρος του επίγειου τμήματος αποτελείται από μεγάλους σταθερούς σταθμούς, οι οποίοι μπορεί να είναι: Πύλες εισόδου ή εξόδου (Gateways ή Hubs). 15-5

6 Κέντρα ελέγχου του δορυφόρου (Satellite Control Center, SCC). Κέντρα ελέγχου του συστήματος (Network Control Center, NCC). Σύστημα διαχείρισης πληροφορίας του πελάτη του συστήματος (Customer Information Management System, CIMS). Οι επίγειοι σταθμοί τροφοδοσίας (πύλες) των γεωστατικών MSS έχουν συνήθως απλούστερη δομή όσον αφορά το σύστημα ευθυγράμμισης της κεραίας με τον δορυφόρο σε σχέση με τα μη-γεωστατικά MSS, επειδή η σχετική κίνηση των γεωστατικών δορυφόρων είναι πολύ μικρότερη, έως σταθερή. Συνεπώς, κεραίες με μεγάλη διάμετρο (10-15m) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παροχή μεγάλων περιθωρίων στη δορυφορική ζεύξη. Στόχος είναι η παροχή επαρκών περιθωρίων στη ζεύξη τροφοδοσίας, αφού οι ζεύξεις υπηρεσίας χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλά περιθώρια, εξαιτίας των περιορισμών ισχύος των δορυφόρων, των χαμηλών λόγων G/T στους κινητούς δορυφορικούς δέκτες και των εξασθενίσεων κατά τη διάδοση του σήματος. Επίσης, στην περίπτωση των γεωστατικών MSS, απαιτείται μόνο μία κεραία (και άλλη μία για backup) στον επίγειο σταθμό τροφοδοσίας για τη διαχείριση όλων των κλήσεων από την περιοχή κάλυψης ενός γεωστατικού δορυφόρου. Οι επίγειοι σταθμοί τροφοδοσίας (πύλες) των μη γεωστατικών MSS είναι γενικότερα μικρότεροι σε μέγεθος από αυτούς των γεωστατικών δικτύων, λόγω των μικρότερων απωλειών διάδοσης στις ζεύξεις με τους δορυφόρους και της αναγκαιότητας για εύκολη ευθυγράμμιση με τον δορυφόρο. Ο σχεδιασμός και η θέση των σταθμών τροφοδοσίας ενός συστήματος σχετίζεται άμεσα με τα χαρακτηριστικά της τροχιάς των δορυφόρων που χρησιμοποιούνται. Για παράδειγμα, η ύπαρξη δια-δορυφορικών ζεύξεων (inter-satellite links, ISL) για τη δρομολόγηση της κίνησης στο κινητό δορυφορικό σύστημα μειώνει αισθητά τον αριθμό των επίγειων σταθμών τροφοδοσίας που είναι απαραίτητοι στο σύστημα. Επίσης, για τα MSS με δορυφόρους χαμηλής τροχιάς απαιτείται μεγαλύτερος αριθμός επίγειων σταθμών τροφοδοσίας, σε σχέση με τα MSS με δορυφόρους μεσαίας τροχιάς. Τέλος, για την επιλογή της θέσης των επίγειων σταθμών τροφοδοσίας θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η υπάρχουσα εθνική ή τοπική τηλεπικοινωνιακή υποδομή. Ο αριθμός των κεραιών σε έναν επίγειο σταθμό τροφοδοσίας εξαρτάται από τον αριθμό των δορυφόρων του συστήματος. Τυπικά, ο αριθμός των κεραιών που εγκαθίστανται σε κάθε επίγειο σταθμό τροφοδοσίας ενός μη γεωστατικού MSS κυμαίνεται από 2 έως 6. Οι πύλες παρέχουν στους δορυφόρους τη δυνατότητα σύνδεσης του δικτύου MSS με άλλα επίγεια δίκτυα, όπως δίκτυα κινητής τηλεφωνίας GSM, δίκτυα PSTN κ.ά. Ένας σταθμός βάσης-πύλη μπορεί να επικοινωνεί με περισσότερους από έναν δορυφόρους ή δέσμες από δορυφόρους ή ένας δορυφόρος μπορεί να επικοινωνεί με περισσότερους από έναν επίγειους σταθμούς βάσης. Ένας επίγειος σταθμός βάσης μπορεί ακόμα να παρέχει ο ίδιος απευθείας πρόσβαση στο δίκτυο για τα τερματικά που είναι εντός της εμβέλειάς του. Συνδυάζοντας το δορυφορικό με ένα επίγειο δίκτυο (π.χ. GSM), μία τέτοια πύλη πρέπει να εκτελεί και λειτουργίες παραπλήσιες με αυτές ενός σταθμού βάσης του επίγειου δικτύου. Δηλαδή, περιλαμβάνει τον εξοπλισμό για τη μετάδοση και λήψη τηλεπικοινωνιακού σήματος του επίγειου δικτύου, όπως πομποδέκτες (Gateway Transceiver Station, GTS), κεραίες και εξοπλισμό για την κρυπτογράφηση και την αποκρυπτογράφηση των επικοινωνιών με τον ελεγκτή του σταθμού βάσης (Gateway Station Controller, GSC). Επίσης, εκτελεί λειτουργίες κινητού κέντρου μεταγωγής (Gateway Mobile Switching Center, GMSC). Οι νεότερες πύλες παίζουν και τον ρόλο καταχωρητών για τη διαχείριση τοπικής κινητικότητας, δηλαδή καταγράφουν ποιοι χρήστες εισέρχονται προσωρινά στο δίκτυο και ποιοι είναι μόνιμοι σε αυτό (βάσεις VLR, HLR αντίστοιχα). Σε ένα κεντρικοποιημένο σύστημα, το NCC διαχειρίζεται τη ροή της κυκλοφορίας, την εγκαθίδρυση της κλήσης, τους ραδιοπόρους και τη σηματοδοσία. Με την παραλαβή της αίτησης κλήσης, ο διαχειριστής ραδιοπόρων εκχωρεί τον επιθυμητό ραδιοπόρο για τη διάρκεια της κλήσης. Στο Σχήμα 15.2 βλέπουμε τη δομή ενός σταθμού βάσης-πύλης (Sheriff & Hu, 2001). 15-6

7 Σχήμα 15.2 Δομή ενός σταθμού βάσης-πύλης Το κέντρο ελέγχου του δικτύου (NCC) είναι συνδεδεμένο με το σύστημα διαχείρισης πληροφορίας του πελάτη του συστήματος (Customer Information Management System, CIMS) για να συντονίζει την πρόσβαση στους πόρους του δορυφόρου και να εκτελεί τις λογικές λειτουργίες που σχετίζονται με τη διαχείριση και τον έλεγχο του δικτύου. Οι λογικές αυτές λειτουργίες είναι οι εξής δύο: Λειτουργίες διαχείρισης δικτύου: o Ανάπτυξη προφίλ κίνησης κλήσεων. o Διαχείριση πόρων συστήματος και συγχρονισμός του συστήματος. o Διαχειριστικές λειτουργίες (Operation, Administration and Management, OAM). o Διαχείριση ζεύξεων μεταξύ σταθμών. o Έλεγχος συμφόρησης. o Παροχή υποστήριξης στο τερματικό του χρήστη. Λειτουργίες διαχείρισης κλήσεων: o Κοινό κανάλι για λειτουργίες σηματοδοσίας. o Επιλογή πύλης για προσπέλαση από το κινητό. o Ορισμός των ρυθμίσεων της πύλης. To κέντρο ελέγχου του δορυφόρου (SCC) παρακολουθεί την απόδοση του αστερισμού των δορυφόρων και ελέγχει τη θέση ενός δορυφόρου στο διάστημα. Οι λειτουργίες διαχείρισης κλήσεων που συνδυάζονται με το ωφέλιμο φορτίο του δορυφόρου εκτελούνται από το SCC. Για την απλοποίηση των κινητών τερματικών, η πολυπλοκότητα μετατοπίζεται στο διαστημικό τμήμα, και κατά συνέπεια, οι δορυφόροι έχουν την τάση να είναι μεγάλοι και πολύπλοκοι, με τις υπάρχουσες τεχνολογίες συνήθως να είναι σε θέση να παράγουν μέχρι και 12kW ισχύος, EIRP 67dBW στην L-ζώνη και με περισσότερες από 200 σημειακές δέσμες για αποτελεσματική επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων. Ένας γεωστατικός δορυφόρος παραμένει σχεδόν σταθερός σε σχέση με τη Γη, φωτίζοντας την περιοχή εξυπηρέτησης με ένα στατικό αποτύπωμα, επιτρέποντας έτσι μια απλή τοπολογία του δικτύου, ενώ τα NGEO διαστημικά τμήματα και οι τοπολογίες δικτύου είναι πολύπλοκες λόγω της κίνησης των δορυφόρων. Παρακάτω, ακολουθούν οι λειτουργίες που συσχετίζονται με το SCC: Λειτουργίες ελέγχου δορυφόρου (TT&C), που περιλαμβάνουν: o Δημιουργία και μετάδοση εντολών για το κανάλι και το ωφέλιμο φορτίο του δορυφόρου. o Λήψη και επεξεργασία τηλεμετρίας. o Μετάδοση εντολών για σκόπευση της δέσμης. o Δημιουργία και μετάδοση εντολών για τον χειρισμό της κεκλιμένης τροχιάς. Λειτουργίες ελέγχου κλήσεων, που περιλαμβάνουν: o Πρόβλεψη μεταγωγής πραγματικού χρόνου για κλήσεις μεταξύ των κινητών. Το σύστημα διαχείρισης πληροφορίας του πελάτη (CIMS) είναι, επίσης, υπεύθυνο για τη διατήρηση των ρυθμίσεων της πύλης. Δηλαδή, για την τιμολόγηση, τις νέες ενεργοποιήσεις, την υποστήριξη πελατών, την 15-7

8 επεξεργασία των λεπτομερών καταγραφών των κλήσεων, καθώς και άλλες λειτουργίες που σχετίζονται με τις επιχειρήσεις. Συνολικά, τα τμήματα NCC, SCC και CIMS συγκροτούν το τμήμα ελέγχου στο επίγειο τμήμα Διαστημικό Τμήμα Κινητού Δορυφορικού Συστήματος Στις κινητές δορυφορικές επικοινωνίες το διαστημικό τμήμα είναι το τμήμα που περιλαμβάνει τους δορυφόρους του συστήματος και παρέχει τη σύνδεση μεταξύ των χρηστών ή των πυλών στην επιφάνεια της Γης. Με τους νέους δορυφόρους μπορεί να επιτευχθεί ακόμα και απευθείας κάλυψη μεταξύ δύο κινητών χρηστών μέσω μόνο των δορυφόρων, χωρίς να χρειαστεί να επιστρέψει το σήμα στη Γη. Ένα σύστημα MSS μπορεί να αποτελείται από έναν ή περισσότερους αστερισμούς δορυφόρων διαφόρων ειδών και σε διάφορα είδη τροχιών. Συνήθως, ένα σύστημα MSS αποτελείται από δορυφόρους ίδιου τύπου τροχιάς, αν και έχουν αρχίσει να δημιουργούνται υβριδικοί αστερισμοί δορυφόρων που συνδυάζουν τροχιές διαφορετικών ειδών. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το σύστημα Ellipsat (πρώην Ellipso) που περιλαμβάνει κυκλικές τροχιές για κάλυψη σε περιοχές γύρω από τον ισημερινό και ελλειπτικές τροχιές για βορειότερα πλάτη. Η επιλογή του είδους της τροχιάς για ένα σύστημα γίνεται με βάση τις ανάγκες του συστήματος και τη δημιουργία ενός καλύτερου QoS για τον χρήστη, θέτοντας ένα όριο στην απόδοση, επηρεάζοντας έτσι και το φυσικό μέγεθος του τερματικού. Προκειμένου ένα σύστημα να παρέχει συνεχή και καθολική κάλυψη, πρέπει να σχεδιαστεί πολύ προσεχτικά, λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις των χρηστών και τις τεχνικές λεπτομέρειες που απαιτούνται για τη λειτουργία του. Ανάλογα με το είδος του δικτύου, το διαστημικό τμήμα της ζεύξης μπορεί να αποτελείται από έναν ή περισσότερους δορυφόρους σε γεωστατικές ή μη τροχιές. Σ αυτό το τμήμα της ζεύξης, σε αντίθεση με τους σταθμούς εδάφους, χρησιμοποιούνται διαφορετικές κεραίες για την εκπομπή και τη λήψη των σημάτων, ώστε να μην αυξάνεται η λήψη των προϊόντων ενδοδιαμόρφωσης που παράγονται στους δορυφόρους. Οι επίγειοι σταθμοί τηλεμετρίας και ελέγχου, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση και τον έλεγχο των δορυφόρων, ανήκουν επίσης στο διαστημικό τμήμα της ζεύξης. Η απλοποίηση των κινητών τερματικών σταθμών οδήγησε στην πολυπλοκότητα των δορυφόρων, με αποτέλεσμα να είναι ογκώδεις. Ένας γεωστατικός δορυφόρος με υψηλής ισχύος, που λειτουργεί στην L-ζώνη συχνοτήτων, μέχρι 200 σημειακές δέσμες και με επεξεργασία επί του δορυφόρου, είναι τυπικός για ένα κινητό δορυφορικό σύστημα πρώτης γενιάς, ενώ ένας δορυφόρος που λειτουργεί στην Ka-ζώνη συχνοτήτων, με ενισχυτές υψηλής ισχύος ισχύ και πολλαπλές σημειακές δέσμες είναι τυπικός για ένα κινητό δορυφορικό σύστημα τρίτης γενιάς. Όπως σε όλα τα δορυφορικά συστήματα, έτσι και στους δορυφόρους των συστημάτων MSS γίνεται αλλαγή συχνότητας για αποφυγή παρεμβολών, ενώ μπορεί να γίνεται και επεξεργασία του σήματος επί του δορυφόρου (On-Board Processing, OBP). Επιπλέον, μπορεί να γίνει χρήση δια-δορυφορικών ζεύξεων μεταξύ των δορυφόρων του αστερισμού ή ακόμα και μεταξύ των δορυφόρων διαφορετικών αστερισμών. Το διαστημικό τμήμα μπορεί να είναι κοινό σε διαφορετικά δορυφορικά υποδίκτυα ενός συστήματος. Σε μη-γεωστατικά (Non-GEO, NGEO) συστήματα, το διαστημικό τμήμα μπορεί να είναι κοινόχρηστο στον χρόνο και στον χώρο. Ένα διαστημικό τμήμα είναι κοινόχρηστο στον χρόνο, όταν δύο ή περισσότερα υποδίκτυα ενός συστήματος χρησιμοποιούν το ίδιο διαστημικό τμήμα σε μια συγκεκριμένη περιοχή κάλυψης, σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα. Δύο ή περισσότερα δίκτυα σε διαφορετικές περιοχές κάλυψης μπορεί να χρησιμοποιούν, επίσης, το ίδιο διαστημικό τμήμα, το οποίο τότε είναι κοινόχρηστο στον χώρο. Κοινόχρηστα στον χώρο μπορεί να είναι και δίκτυα σε γεωστατικό σύστημα. Το διαστημικό τμήμα μπορεί να σχεδιαστεί με πολλούς τρόπους, ανάλογα με τον τύπο της τροχιάς των δορυφόρων και την τεχνολογία που είναι διαθέσιμη επί του δορυφόρου (π.χ. OBP). Πλέον, είναι δυνατή η χρήση διαφορετικών ειδών δορυφορικών τροχιών για την παροχή συμπληρωματικών υπηρεσιών. Οι δορυφόροι μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους, όπως ειπώθηκε και παραπάνω, με δια-δορυφορικές ζεύξεις είτε μεταξύ των δορυφόρων του ίδιου είτε διαφορετικού συστήματος, στο ίδιο ή σε διαφορετικά τροχιακά επίπεδα. Αυτό, σε συνδυασμό με τους προσαρμοσμένους μηχανισμούς δρομολόγησης στους δορυφόρους, συγκροτεί ένα ολόκληρο δίκτυο στο διάστημα. Όσο πιο πολύπλοκο και «έξυπνο» είναι ένα διαστημικό τμήμα, τόσο πιο απλό μπορεί να είναι ένα επίγειο τμήμα και έτσι να περιορίζεται η ανάγκη επίγειων σταθμών-πυλών. Στο Σχήμα 15.3, βλέπουμε τέσσερις διαφορετικές αρχιτεκτονικές κινητών δορυφορικών συστημάτων, όπως τις έχει αναγνωρίσει το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Τηλεπικοινωνιών Προτύπων (European Telecommunications Standards Institute, ETSI). Αυτές οι αρχιτεκτονικές συνδυάζουν με διαφορετικούς τρόπους τη χρήση γεωστατικών και μη-γεωστατικών τροχιών και πυλών. 15-8

9 Σχήμα 15.3 Αρχιτεκτονική κινητών δορυφορικών ζεύξεων Στην πρώτη αρχιτεκτονική του Σχήματος 15.3, δύο κινητοί χρήστες επικοινωνούν μεταξύ τους με τη χρήση δύο μη-γεωστατικών δορυφόρων και ενδιάμεσα η κλήση περνάει από πύλη και δίκτυο PSTN (Bent Pipe αρχιτεκτονική). Η δεύτερη είναι παρόμοια περίπτωση, αλλά αντί για δίκτυο PSTN, ανάμεσα στις πύλες μεσολαβεί γεωστατικός δορυφόρος. Στην τρίτη και στην τέταρτη αρχιτεκτονική, η επικοινωνία γίνεται με διαδορυφορικές ζεύξεις και οι πύλες χρειάζονται πλέον μόνο για τη σύνδεση των χρηστών σε άλλα επίγεια δίκτυα (processing αρχιτεκτονική). Στην τέταρτη αρχιτεκτονική, μεσολαβεί επιπλέον και ένας γεωστατικός δορυφόρος. Οι καθυστερήσεις που θα υπάρχουν στη μετάδοση από τον έναν κινητό χρήστη στον άλλον ποικίλλουν αναλόγως με τη διαδρομή που θα ακολουθηθεί για τη μετάδοση της πληροφορίας. Το μοντέλο των δύο πρώτων αρχιτεκτονικών προτείνεται για περιοχές με προηγμένο επίγειο τμήμα, ενώ οι δύο τελευταίες προτείνονται σε περιπτώσεις που το επίγειο τμήμα είναι πιο απλό Περιβάλλον Διάδοσης στα Κινητά Δορυφορικά Συστήματα Σ ένα κινητό δορυφορικό σύστημα, το φυσικό περιβάλλον γύρω από έναν κινητό σταθμό εδάφους έχει σημαντική επίδραση στην ποιότητα της δορυφορικής ζεύξης. Το περιβάλλον επιδρά με δύο τρόπους στη ζεύξη: επηρεάζει τη σταθερότητα των ραδιοσημάτων, θέτοντας ένα όριο στην απόδοσή τους, και επηρεάζει το φυσικό μέγεθος του τερματικού. Σχετικά με τη διάδοση των ραδιοσημάτων, η διάδοση σε θαλάσσιο ή αεροναυτικό περιβάλλον έχει λιγότερες διακυμάνσεις σε σχέση με τη διάδοση στη ξηρά, όπου τα επίπεδα της εξασθένισης και της διακύμανσης των σημάτων λόγω των πολυδιαδρομικών συνιστωσών είναι σαφώς πιο μεγάλα. Στο θαλάσσιο περιβάλλον, ο συνδυασμός της απευθείας συνιστώσας του σήματος με τα πολλαπλά σήματα λήψης στον δέκτη λόγω ανάκλασης από την επιφάνεια της θάλασσας μοντελοποιείται ως διαλείψεις Nakagami-Rice, ενώ στην ξηρά ως διαλείψεις Rayleigh. Η απόδοση ενός δορυφορικού συστήματος σχετίζεται άμεσα με τα χαρακτηριστικά της εξασθένισης των ραδιοσημάτων. Συχνές μεγάλες εξασθενήσεις του σήματος μπορεί να προκαλέσουν ασυνέχεια στις υπηρεσίες πραγματικού χρόνου, ενώ οι πολυδιαδρομικές συνιστώσες του σήματος επηρεάζουν τη διαμόρφωση και την κωδικοποίηση του. Η παροχή μεγαλύτερων περιθωρίων στη ζεύξη (link margins) περιορίζει αυτές τις εξασθενήσεις, αλλά απαιτείται μεγαλύτερη ισχύς στον δορυφόρο. Μία άλλη παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τη διάδοση των δορυφορικών σημάτων είναι το φαινόμενο Doppler, το οποίο προκαλεί ολίσθηση στη συχνότητα που προκύπτει από τη σχετική κίνηση 15-9

10 μεταξύ κινητού σταθμού εδάφους και δορυφόρου, ιδιαίτερα στις αεροναυτικές ζεύξεις. Περισσότερες λεπτομέρειες μπορεί να βρει κανείς στο Κεφάλαιο 7. Στις δορυφορικές ζεύξεις με επίγειους κινητούς σταθμούς εδάφους θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και το φαινόμενο της σκίασης (shadowing). Στην ξηρά, δεν μπορεί να εξασφαλίσει κάποιος την απευθείας ορατότητα του κινητού τερματικού με τον δορυφόρο λόγω ύπαρξης κτιρίων, εμποδίων αλλά ακόμα και λόγω της βλάστησης. Τέλος, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα σφάλματα κατά την ευθυγράμμιση με τον δορυφόρο, όταν χρησιμοποιείται κατευθυντική κεραία στον επίγειο κινητό σταθμό εδάφους. Σχετικά με τις θαλάσσιες δορυφορικές ζεύξεις, οι διαλείψεις ενός σήματος εξαρτώνται από τη γωνία ανύψωσης της κεραίας του σταθμού, από τις συνθήκες που επικρατούν στη θάλασσα (ύψος κυματισμού, κλίση και ισχύς ανέμου), από τα χαρακτηριστικά της κεραίας του κινητού σταθμού, από το ύψος της κεραίας πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και από τη μορφή του πλοίου πάνω στο οποίο είναι εγκατεστημένος ο κινητός σταθμός εδάφους. Το σήμα που λαμβάνεται από τον δέκτη είναι το άθροισμα της απευθείας συνιστώσας του σήματος από τον πομπό και των σημάτων που προέρχονται από ανακλάσεις και διαθλάσεις (πολυδιαδρομικές συνιστώσες) του αρχικού σήματος. Το μέγεθος των ανακλώμενων σημάτων μειώνεται όσο αυξάνεται το ύψος των κυμάτων, η γωνία ανύψωσης και η συχνότητα εκπομπής. Τα σήματα λόγω διάθλασης είναι περισσότερα, όσο πιο ακραίες είναι οι κλιματολογικές συνθήκες, με το πλάτος τους να ακολουθεί την κατανομή Rayleigh, με ομοιόμορφη κατανομή φάσης. Το λαμβανόμενο σήμα ακολουθεί γενικά την κατανομή Nakagami-Rice (Κωλέττα, 2005). Σχετικά με τις αεροναυτικές δορυφορικές ζεύξεις, το περιβάλλον διάδοσης διαφέρει σημαντικά από τα θαλάσσια και επίγεια περιβάλλοντα διάδοσης, λόγω της μεγάλης ταχύτητας των αεροπλάνων, της απόστασής τους από το έδαφος και της επίδρασης της ατράκτου του αεροπλάνου στη λειτουργία της κεραίας. Οι κινήσεις του αεροπλάνου επηρεάζουν τη λήψη του σήματος από τον δορυφόρο, στην περίπτωση που η κεραία σκιάζεται. Και στην περίπτωση των αεροναυτικών δορυφορικών ζεύξεων, το σήμα που λαμβάνεται από τον δορυφορικό δέκτη συνιστά το άθροισμα του απευθείας σήματος από το πομπό και των σημάτων που προέρχονται από ανακλάσεις και διαθλάσεις του αρχικού σήματος (πολυδιαδρομικές συνιστώσες). Το μέγεθος και τα χαρακτηριστικά των σημάτων που προέρχονται από ανακλάσεις και διαθλάσεις του αρχικού σήματος εξαρτώνται από τον τύπο και τα χαρακτηριστικά του ανακλώμενου ανάγλυφου του εδάφους. Καταγράφεται, δηλαδή, διαφορετική συμπεριφορά στο σήμα, όταν το αεροπλάνο πετάει πάνω από δάση, πεδιάδες, αστικές περιοχές, ήρεμη θάλασσα ή θάλασσα με κυματισμό. Έχει παρατηρηθεί, ότι τα ανακλώμενα σήματα είναι περισσότερα, όταν το αεροπλάνο διέρχεται πάνω από θάλασσα, σε σχέση με το αν διέρχεται πάνω από ξηρά Ζώνες Συχνοτήτων και Ραδιοκάλυψη στα Κινητά Δορυφορικά Συστήματα Όπως έχει ήδη αναφερθεί παραπάνω, χρειάζονται δύο ζεύγη ζεύξεων για τη λειτουργία ενός κινητού δορυφορικού συστήματος. Ως forward link ορίζεται η ζεύξη από τον σταθμό τροφοδοσίας στον κινητό σταθμό εδάφους, ενώ αποτελείται από την άνω ζεύξη τροφοδοσίας και από την κάτω ζεύξη υπηρεσίας. Ως return link ορίζεται η ζεύξη από τον κινητό σταθμό εδάφους μέχρι τον επίγειο σταθμό τροφοδοσίας, ενώ αποτελείται από την άνω ζεύξη υπηρεσίας και την κάτω ζεύξη τροφοδοσίας. Πολύ συχνά, τα MSS χρησιμοποιούν για τις ζεύξεις τροφοδοσίας τους τις ζώνες συχνοτήτων που έχουν ανατεθεί στα Σταθερά Δορυφορικά Συστήματα, οι οποίες τις περισσότερες φορές είναι υψηλότερες από τις ζώνες συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται στις ζεύξεις υπηρεσίας. Γενικά, για ζεύξεις μεταξύ του κινητού χρήστη και του δορυφόρου, έχει οριστεί από τη διεθνή ένωση τηλεπικοινωνιών (ITU) να χρησιμοποιούνται συχνότητες από τη ζώνη L ή τη ζώνη S (γύρω στα 1,6GHz). Για τις ζεύξεις μεταξύ δορυφόρων και πυλών συνήθως χρησιμοποιούνται συχνότητες από την Ku-ζώνη (10-17,25GHz), ενώ για τις δια-δορυφορικές ζεύξεις έχουν οριστεί συχνότητες από την Ka-ζώνη (17,25-36GHz). Για παράδειγμα, ένα κινητό δορυφορικό σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιεί για τις ζεύξεις τροφοδοσίας του τις ζώνες συχνοτήτων 5/7GHz, 11/12/13/14GHz ή 19/2 GHz. Ωστόσο, η ITU έχει αναθέσει στα MSS και ζώνες συχνοτήτων ειδικά για τις ζεύξεις τροφοδοσίας τους. Όσον αφορά τις συχνότητες της ζεύξης υπηρεσίας, η ITU έχει διευρύνει τις ζώνες συχνοτήτων που έχουν ανατεθεί για Κινητά Δορυφορικά Συστήματα με αρκετές νέες αναθέσεις μεταξύ 1-3GHz. Τέτοιες ζώνες είναι οι 1,5/1,6 GHz, 1,9/2,1GHz, 1,6/2,4GHz (οι δύο τελευταίες ονομάζονται και ζώνες Big LEO ) και 2,5/2,6GHz. Οι ζώνες αυτές είναι εξαιρετικά κατάλληλες για τη λειτουργία των συγκεκριμένων συστημάτων, λόγω των ήπιων χαρακτηριστικών διάδοσης και της ανεπτυγμένης τεχνολογίας. Συνήθως, τα κινητά δορυφορικά συστήματα λειτουργούν ως 15-10

11 πρωτεύοντα σε αυτές τις ζώνες για να εξασφαλίζουν στους χρήστες ανεμπόδιστη και αξιόπιστη επικοινωνία μέσα στην περιοχή λειτουργίας, αφού δεν έχουν κανένα περιορισμό στις παρεμβολές που τυχόν προκαλούν στις άλλες υπηρεσίες που λειτουργούν στις ίδιες ζώνες συχνοτήτων. Τα συστήματα αυτά σπανίως λειτουργούν με δευτερεύουσα προτεραιότητα σε αυτές τις ζώνες συχνοτήτων, διότι η πρόκληση ανεπιθύμητων παρεμβολών σε άλλα ασύρματα συστήματα με μεγαλύτερη προτεραιότητα θέτει πολλές φορές σημαντικούς περιορισμούς στην κινητικότητα των χρηστών. Ο μεγάλος συνωστισμός τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών σε αυτές τις ζώνες συχνοτήτων και η ανάπτυξη των κινητών δορυφορικών υπηρεσιών ευρείας ζώνης (στις οποίες απαιτείται μεγαλύτερο εύρος ζώνης από το διατιθέμενο στη ζώνη συχνοτήτων 1-3GHz) έχουν οδηγήσει τους σχεδιαστές των MSS στην αναζήτηση νέων ζωνών συχνοτήτων προς χρήση από τις ζεύξεις υπηρεσίας των συστημάτων τους. Ήδη πολλά MSS ευρείας ζώνης λειτουργούν στις ζώνες συχνοτήτων C (6/4GHz), Ku (11/12/13/14 GHz) και Ka (20/30GHz), ενώ υπάρχει ενδιαφέρον και για τη χρήση ακόμα υψηλότερων ζωνών, όπως της ζώνης EHF (40/50GHz). Παραδείγματα τέτοιων δικτύων σε λειτουργία είναι τα ευρυζωνικά MSS σε πλοία (Earth Stations on board Vessels, ESVs) που λειτουργούν στις ζώνες συχνοτήτων C και Ku. Ένα αεροναυτικό MSS στη ζώνη συχνοτήτων Ku είναι αυτό που χρησιμοποιείται στα αεροπλάνα της εταιρείας Boeing. Επιπλέον, υπάρχουν και ζώνες συχνοτήτων κάτω από 1GHz (αυτές ονομάζονται ζώνες Little LEO ) που χρησιμοποιούνται μόνο για τη μεταφορά δεδομένων χαμηλού ρυθμού 2,8 έως 19,2kbps. Για καλύτερη κάλυψη, μεγαλύτερη χωρητικότητα χρηστών και μεγαλύτερο κέρδος στην κεραία του δορυφόρου, χρησιμοποιούνται κεραίες πολλαπλών δεσμών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα από τις δέσμες του δορυφόρου να σχηματίζονται πάνω στη Γη κυψέλες (cells) και ομάδες κυψελών (clusters), κατά παρόμοιο τρόπο με τα επίγεια κυψελωτά δίκτυα. Κάθε κυψέλη λειτουργεί σε συχνότητες της ζώνης L ή S. Όπως και σε όλα τα κυψελοειδή δίκτυα, έτσι και εδώ κάθε κυψέλη (δέσμη) έχει διαφορετική συχνότητα από τις υπόλοιπες του ίδιου cluster για να αποφεύγονται οι παρεμβολές μεταξύ τους. Σε διαφορετικά clusters ισχύει η επαναχρησιμοποίηση των ίδιων συχνοτήτων, με τέτοιο τρόπο βέβαια που να μη δημιουργούνται παρεμβολές μεταξύ τους (δηλαδή δύο κυψέλες με την ίδια συχνότητα να έχουν μεγάλη απόσταση μεταξύ τους). Διάφορα clusters κυψελών για κινητά δορυφορικά συστήματα θα αναφερθούν στην επόμενη ενότητα Συστήματα Κινητών Δορυφορικών Επικοινωνιών Σε αυτή την ενότητα θα εξεταστούν διάφορα συστήματα κινητών δορυφορικών επικοινωνιών, όπου άλλα έχουν υλοποιηθεί και λειτουργούν κανονικά σήμερα, άλλα είναι υπό μελέτη και άλλα έχουν εγκαταλειφθεί ή επανασχεδιαστεί. Παρακάτω θα αναλυθούν συστήματα LEO (όπως το Iridium και το Globalstar), MEO (όπως το New ICO) και GEO (όπως το Inmarsat) Iridium Το 1990 η εταιρία Motorola Inc. εξήγγειλε τη δημιουργία του συστήματος Iridium, που είναι ένα Big-LEO δορυφορικό σύστημα που έχει ως στόχο να προσφέρει παγκόσμια κάλυψη και ποικιλία υπηρεσιών. Το Νοέμβριο του 1998 το σύστημα τίθεται σε πλήρη λειτουργία. Χρησιμοποιεί 66 δορυφόρους (συν κάποιους εφεδρικούς σε τροχιά) σε έξι τροχιακά επίπεδα, με 11 δορυφόρους το κάθε τροχιακό επίπεδο, με έγκλιση 86,4 μοίρες (δηλαδή σχεδόν πολικές τροχιές), σε τροχιακό ύψος 780 χιλιομέτρων και με τροχιακή περίοδο 100 λεπτών και 28 δευτερολέπτων. Η παγκόσμια κάλυψη με αυτό το σύστημα φθάνει τα 5,9 εκατομμύρια τετραγωνικά μίλια ανά δορυφόρο. Κάθε δορυφόρος του συστήματος διαθέτει τρεις κεραίες L-ζώνης, οι οποίες προβάλλουν 48 σημειακές δέσμες (spot-beams) στην επιφάνεια της Γης, σχηματίζοντας 48 κυψέλες (cells) στο αποτύπωμα της δέσμης (footprint) του κάθε δορυφόρου, και με συντελεστή επαναχρησιμοποίησης 12, όπως φαίνεται στο Σχήμα Έτσι, σχηματίζονται συνολικά κυψέλες, από τους οποίες αρκεί να είναι ενεργές μόνο οι για την πλήρη επικοινωνιακή κάλυψη της γήινης επιφάνειας. Κάθε δορυφόρος Iridium έχει μάζα βάρους 689 κιλών και χρόνο ζωής στο διάστημα 7-9 έτη. Το σύστημα ονομάστηκε Iridium από τον ατομικό αριθμό (αριθμός ηλεκτρονίων) του χημικού στοιχείου Ιρίδιο που είναι 77, αφού ο αρχικός του σχεδιασμός προέβλεπε 77 δορυφόρους (Σχήμα 15.5), αν και τελικά μειώθηκαν σε 66. Video 15.1 Iridium Constellation

12 Από το 2007 ετοιμάζεται ένα νέο 2 ης γενιάς δορυφορικό σύστημα, με την ονομασία Iridium Next, όπου μέσα στο 2015 θα αντικαταστήσει πλήρως τους υπάρχοντες δορυφόρους και θα παρέχει το 100% της παγκόσμιας κάλυψης. To Iridium Next θα αποτελείται από ένα σύνολο 81 δορυφόρων (66 LEO δορυφόροι για να αντικαταστήσουν το υπάρχον σύστημα, 6 εφεδρικοί σε τροχιά και 9 εφεδρικοί δορυφόροι στο έδαφος). Θα παρέχει πρωτοπόρες και σύγχρονες υπηρεσίες, όπως μεγαλύτερες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων, πλεονεκτήματα της τεχνολογίας IP και συμβατότητα με τις υπάρχουσες επίγειες επικοινωνίες (με χρήση dual mode τερματικών). Ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό του Iridium είναι η σχεδόν πλήρης συνεργασία του με τις υπάρχουσες επίγειες επικοινωνίες (διαλειτουργικότητα). Έτσι, ένα φορητό dual-mode τηλέφωνο Iridium θα προσπαθήσει να προσπελάσει το τοπικό δίκτυο κινητής τηλεφωνίας, πριν επιχειρήσει να χρησιμοποιήσει το δορυφορικό σύστημα. Αν δεν καταστεί δυνατή η σύνδεση με το επίγειο σύστημα, τότε η συσκευή θα αλλάξει αυτόματα στο δορυφορικό δίκτυο. Σχήμα 15.4 Iridium και κυψέλες δορυφόρου Σχήμα 15.5 (α) Παγκόσμια κάλυψη από τις κυψέλες Iridium όπως προέβλεπε ο αρχικός σχεδιασμός με 77 δορυφόρους και (β) όπως είναι τώρα με 66 δορυφόρους (με την άδεια για ελεύθερη εκμετάλλευση και προβολή απο τον Lloyd Wood, University of Surrey, UK) 15-12

13 Τεχνικές Υλοποίησης του Συστήματος Το δίκτυο Iridium θεωρείται ένας αστερισμός πλέγματος (mesh) με διασυνδεδεμένους δορυφόρους, έτσι ώστε κάθε δορυφόρος να μπορεί να "συνομιλεί" με τους άλλους κοντινούς δορυφόρους μπροστά, πίσω και στις παρακείμενες τροχιές. Έτσι, το δορυφορικό δίκτυο λειτουργεί, όπως ένα κυψελοειδές δίκτυο, το οποίο μπορεί να μεταφέρει (handover) τη φωνή ή τα δεδομένα αυτόματα από μία δέσμη στην άλλη εντός του αποτυπώματος του δορυφόρου, καθώς και από έναν δορυφόρο στον επόμενο, καθώς περνούν πάνω από τον χρήστη. Η κλήση αναμεταδίδεται από δορυφόρο σε δορυφόρο γύρω από τον αστερισμό, χωρίς να αγγίζει το έδαφος, μειώνοντας έτσι τον αριθμό των διαθέσιμων πυλών, μέχρι να φτάσει σε μια πύλη Iridium και στη συνέχεια να μεταφερθεί στο δημόσιο τηλεπικοινωνιακό δίκτυο μεταγωγής (PSTN) για μετάδοση στον τελικό προορισμό του. Όλο το γεγονός της μεταπομπής συμβαίνει σε κλάσματα του δευτερολέπτου, χωρίς να γίνεται αντιληπτό από τον τελικό χρήστη. Η μεταπομπή συμβαίνει μεταξύ τεσσάρων δορυφόρων, δηλαδή δύο στην ίδια τροχιά βόρεια και νότια και δύο στις γειτονικές τροχιές ανατολικά και δυτικά μέσω των δια-δορυφορικών συνδέσεων. Οι τέσσερις δια-δορυφορικές συνδέσεις (Inter-Satellite Links, ISL) λειτουργούν με ρυθμό 10Mbps και έχουν 200MHz εύρος ζώνης στην Ka-ζώνη. Οι δια-δορυφορικές συνδέσεις περιορίζουν τον αριθμό των χρησιμοποιούμενων πυλών. Οι μικροκυματικές συνδέσεις θεωρήθηκαν απλούστερες και είχαν λιγότερους κινδύνους από τις οπτικές συνδέσεις. Στις δια-τροχιακές (interorbital) συνδέσεις, η δυσκολία έγκειται στο ότι οι αποστάσεις και οι κατευθύνσεις για τις συνδέσεις αυτές αλλάζουν συνεχώς. Η δρομολόγηση στο δορυφορικό ISL δίκτυο ελέγχεται από τους σταθμούς ελέγχου του δικτύου (Network Control Stations, NCSs) στο έδαφος. Παρά το γεγονός ότι οι οπτικές ζεύξεις θα μπορούσαν να είχαν υποστηρίξει πολύ μεγαλύτερο εύρος ζώνης και πιο επιθετική αναπτυξιακή πορεία, οι μικροκυματικές συνδέσεις προτιμήθηκαν, επειδή το εύρος ζώνης ήταν περισσότερο από επαρκές για το επιθυμητό σύστημα. Στο Σχήμα 15.6 φαίνεται η ανατομία του δορυφόρου Iridium. Σχήμα 15.6 Δορυφόρος Iridium Τα κινητά τερματικά είναι συσκευές τσέπης διπλής λειτουργίας που επιτρέπουν τη δημιουργία ζεύξεων σε δορυφόρους, καθώς και σε ένα επίγειο δίκτυο κινητών επικοινωνιών. Οι ρυθμοί μετάδοσης είναι 4,8 kbps για ομιλία και 2,4 kbps για δεδομένα. Η πολλαπλή πρόσβαση είναι δυνατή μέσω της χρήσης μίας συνδυαστικής FDMA/TDMA/TDD διαδικασίας. Το πλαίσιο TDMA έχει μήκος 90ms και περιέχει τέσσερα κανάλια άνω και τέσσερα κανάλια κάτω ζεύξης, καθώς και ένα κανάλι για σηματοδοσία και αναζήτηση (βλ. Σχήμα 15.7)

14 Σχήμα 15.7 Πλαίσιο TDMA στο σύστημα IRIDIUM Το σύστημα IRIDIUM χρησιμοποιεί μία τεχνική διαμόρφωσης με 50kbps. Το πλάνο των συχνοτήτων για το IRIDIUM, πριν την εκχώρηση πρόσθετων συχνοτήτων 5,15MHz, από την FCC παρουσιάζεται στο Σχήμα Το εύρος ζώνης του καναλιού είναι 31,5kHz και η απόσταση συχνότητας είναι 41,67kHz. Σχήμα 15.8 Πλάνο συχνοτήτων στο σύστημα IRIDIUM με εύρος ζώνης 10 MHz Η ζώνη συχνοτήτων 5,15MHz που διατίθεται από την FCC για το σύστημα IRIDIUM διαιρείται σε 124 φέροντα, καθένα εκ των οποίων περιέχει τέσσερα duplex κανάλια, παρέχοντας έτσι 496 κανάλια. Δεδομένου ότι οι συχνότητες επαναχρησιμοποιούνται τέσσερις φορές ανά δορυφόρο (12 κυψέλες ανά ομάδα (cluster), 48 κυψέλες ανά δορυφόρο), είναι θεωρητικά δυνατόν να συνυπάρχουν ταυτόχρονα συνδέσεις ανά δορυφόρο, λόγω της δεδομένης δομής των κυψελών. Ωστόσο, λόγω της περιορισμένης διαθέσιμης ισχύος της μπαταρίας των 1400W, ένας δορυφόρος μπορεί να διατηρήσει μόνο συνδέσεις τη φορά. Η Motorola, που ήταν η εταιρία που διαχειριζόταν αρχικά το Iridium, είχε προτείνει λειτουργία διπλής κατεύθυνσης στην L-ζώνη ( ,5MHz), δηλαδή χρησιμοποίηση των ίδιων συχνοτήτων τόσο για τις άνω όσο και για τις κάτω ζεύξεις, με χρήση της τεχνικής πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση χρόνου (TDMA). Το Iridium ελέγχει συνολικό φάσμα 7,775MHz. Ένα μήνυμα από ένα τηλέφωνο-αποστολέα προς ένα τηλέφωνο-αποδέκτη θα μεταδοθεί αρχικά προς τον δορυφόρο και έπειτα από αυτόν προς κάποιον άλλο δορυφόρο, χρησιμοποιώντας κανάλια Ka-ζώνης (23,18-23,38GHz), κάνοντας χρήση των δια-δορυφορικών ζεύξεων (ISL). Είναι δυνατό το μήνυμα να μεταδίδεται από δορυφόρο σε δορυφόρο μέχρι να φθάσει τελικά σε εκείνον τον δορυφόρο που καλύπτει το τηλέφωνο-αποδέκτη. Το σύστημα μπορεί εξάλλου να χρησιμοποιήσει τις συχνότητες της ζώνης Ka στα 19,4-19,6GHz για downlinks και στα 29,1-29,3GHz για uplinks, προκειμένου να επιτευχθούν και άλλες συνδέσεις π.χ. πυλών (gateways), τηλεμετρίας (telemetry) κ.λπ. Οι δορυφόροι Iridium διαθέτουν δυνατότητες επεξεργασίας (OBP), με τις οποίες μπορούν να αποδιαμορφώσουν το σήμα, να διαβάσουν IP διευθύνσεις και να δρομολογήσουν σήματα κατ ευθείαν σε έναν από τους τέσσερις γειτονικούς κάθε φορά δορυφόρους Εφαρμογές και Δυνατότητες του Συστήματος Iridium 15-14

15 To Iridium, με την τεχνική FDMA/TDMA που χρησιμοποιεί, μπορεί να επιτύχει ταχύτητες μεταφοράς φωνής 2,4 kbps. Προσφέρει υπηρεσίες αποστολής και λήψης φωνής, μηνυμάτων και δεδομένων από και προς κάθε περιοχή της Γης, ανεξάρτητα από την κυρίαρχη τηλεπικοινωνιακή υποδομή. Οι εφαρμογές του συστήματος χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: σταθερές (fixed), φορητές (portable) και επί οχημάτων (vehicle). Οι σταθερές περιλαμβάνουν δυνατότητες επικοινωνίας με φωνή, μηνυμάτων ή ή voic , πρόσβασης στο διαδίκτυο, λήψης back-up, μεταφοράς αρχείων και προώθησης κλήσεων που πραγματοποιούνται από και προς τις συσκευές Iridium που είναι εγκατεστημένες σε γραφεία μέσα σε κτίρια ή ακόμη και στην ύπαιθρο (στρατιωτικές εγκαταστάσεις). Οι φορητές και οι επί οχημάτων συσκευές παρέχουν τις παραπάνω δυνατότητες, εκτός της λήψης back-up, και επιτρέπουν επικοινωνία από φορητό σε φορητό ή αντίστοιχα από όχημα σε όχημα, με σταθερές χρεώσεις, χωρίς επιπλέον επιβαρύνσεις λόγω υπεραστικών κλήσεων ή περιαγωγής (roaming). Σχήμα 15.9 Συσκευές Iridium (αριστερά: Iridium 9555, δεξιά Iridium Pilot) (Με την άδεια για ελεύθερη εκμετάλλευση και παρουσίαση απο Iridium Communications Inc). Video 15.2 Video αναπαράστασης λειτουργίας του Iridium Globalstar Η Globastar είναι μια κοινοπραξία από κορυφαίες εταιρίες τηλεπικοινωνιών, που αρχικά ιδρύθηκε το 1991, για την παροχή δορυφορικών τηλεφωνικών υπηρεσιών μέσω δικτύου. Είναι σχεδιασμένη να παρέχει δορυφορικές τηλεφωνικές υπηρεσίες υψηλού επιπέδου σε μια ευρεία κλίμακα χρηστών, όπως χρήστες κινητών τηλεφώνων που επιχειρούν περιαγωγή (roaming) εκτός περιοχής κάλυψης, ανθρώπους που εργάζονται σε απομακρυσμένες περιοχές, όπου δεν υπάρχουν επίγεια συστήματα επικοινωνιών, κατοίκους υποβαθμισμένων αγορών που μπορούν να χρησιμοποιήσουν το σύστημα ως υπηρεσία βασικής τηλεφωνίας και διεθνείς ταξιδιώτες που χρειάζεται να βρίσκονται σε συχνή επικοινωνία. Πρόκειται για σύστημα που ανήκει στα Big-LEO δορυφορικά συστήματα και χρησιμοποιεί την τεχνική CDMA (Code Division Multiple Access). Αποτελείται από 48 δορυφόρους σε οκτώ κεκλιμένες (κατά 52 μοίρες) τροχιές LEO, σε απόσταση χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Γης. Δύο δορυφόροι είναι αδιαλείπτως ορατοί κάτω από μία γωνία ανύψωσης τουλάχιστον 10 στην περιοχή κάλυψης του συστήματος. Το αποτύπωμα της δέσμης (footprint) κάθε δορυφόρου Globalstar διαιρείται σε 16 κυψέλες, οι οποίες ομαδοποιούνται σε έξι ή εννέα τμήματα σε ομόκεντρη διάταξη γύρω από την περιοχή κάλυψης του δορυφόρου (βλ. Σχήμα 15.10). Μία σύγχρονη μέθοδος κατανομής του καναλιού CDMA χρησιμοποιείται, προκειμένου να διευκολύνει τις μεταπομπές. Η επικοινωνία μεταξύ του κινητού σταθμού και του δορυφόρου είναι εφικτή μόνο εάν ο επίγειος σταθμός βρίσκεται στην περιοχή που «φωτίζεται» από τον δορυφόρο, επειδή οι δορυφόροι έχουν μόνο την κλασική λειτουργία αναμεταδότη και καθόλου μεταγωγή επί του δορυφόρου (onboard switching). Το σήμα της σύνδεσης μεταξύ δύο κινητών 15-15

16 σταθμών θα πρέπει, επομένως, να καλύπτει τη διπλάσια απόσταση (δύο hops). Οι χρόνοι διάδοσης του σήματος είναι ούτως ή άλλως χαμηλοί (περίπου 70ms), λόγω του χαμηλού ύψους τροχιάς. Για παράδειγμα, στη Βόρεια Αμερική απαιτούνται έξι επίγειοι σταθμοί, προκειμένου να αντιμετωπίσουν τον φόρτο της κίνησης. Μπορεί, επίσης, να χρησιμοποιηθεί το υπάρχον δημόσιο τηλεφωνικό δίκτυο (PSTN). Οι κλήσεις δρομολογούνται προς τους δορυφόρους μόνον εφόσον δεν είναι δυνατή η προσπέλαση στο επίγειο δίκτυο. Η προσπέλαση του δημόσιου τηλεφωνικού δικτύου μπορεί να λάβει χώρα μέσω πυλών και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων, συμπεριλαμβανομένων και των υπερατλαντικών κλήσεων. Το Globalstar στέλνει κλήσεις από ασύρματο τηλέφωνο ή από σταθμό σταθερής τηλεφωνίας σε μια επίγεια πύλη, απ όπου αυτές δρομολογούνται σε δίκτυα σταθερής ή κινητής τηλεφωνίας σε περισσότερες από 100 χώρες σε όλο τον κόσμο. Σχήμα (α) Σύστημα Globalstar, (β) χάρτης κάλυψης (με την άδεια για ελεύθερη εκμετάλλευση και προβολή απο τον Lloyd Wood, University of Surrey, UK) Interactive 15.1 Διαδραστική απεικόνιση απόδοσης συχνοτήτων κάτω ζεύξης Globalstar Υλοποίηση Επικοινωνιών με το Globalstar Η επικοινωνία στο σύστημα Globalstar υλοποιείται με την κάλυψη των γήινων περιοχών με κινούμενα αποτυπώματα της δέσμης (footprints) από καθέναν από τους 48 δορυφόρους. Κάθε δορυφόρος επικοινωνεί με έναν επίγειο σταθμό ή μια πύλη που βρίσκεται εντός της περιοχής κάλυψης. Ένας μεμονωμένος χρήστης μπορεί να αποκαταστήσει την επικοινωνία με τον αντίστοιχο δορυφόρο, που βλέπει την περιοχή εντός του αποτυπώματος της δέσμης στην οποία βρίσκεται. Τα σήματα μεταδίδονται στην επίγεια γραμμή επικοινωνίας (terrestrial line) μέσω των επίγειων σταθμών, για να φθάσουν και πάλι σε κάποιον άλλο δορυφόρο που καλύπτει με το αποτύπωμα της δέσμης του την περιοχή του αποδέκτη του μηνύματος (η αρχιτεκτονική αυτή είναι γνωστή ως bent-pipe) Προσφερόμενες Υπηρεσίες από το Globalstar Το σύστημα Globalstar προσφέρει πληθώρα υπηρεσιών όπως: Ίδια συσκευή, τόσο για δορυφορικές κλήσεις όσο και για κλήσεις κινητού. Εντοπισμό θέσης (Position Location) με ακρίβεια έως 10χλμ. Φωνητικές κλήσεις. Φωνητικό ταχυδρομείο (voic )

17 Υπηρεσίες RDSS (Radio Determination Satellite Services). Υπηρεσία αποστολής μηνυμάτων (SMS). Υπηρεσία παγκόσμιας περιαγωγής (Global Roaming). Υπηρεσία Φαξ. Αποστολή δεδομένων. Τα κινητά δορυφορικά τηλέφωνα Globalstar, είναι μεγαλύτερα από τα παραδοσιακά κινητά τηλέφωνα. Κατασκευάζονται από τις εταιρείες Ericsson και Telit και διαλειτουργούν με τα επίγεια δίκτυα AMPS, CDMA ή GSM. Σχήμα Κινητά τερματικά Globalstar (αριστερά: GPS-1700 Satellite Phone Copper, δεξιά: SAT-550 Satellite Handheld Phone) (Με την άδεια για ελεύθερη εκμετάλλευση και παρουσίαση απο την Globalstar Communications Inc) Πλεονεκτήματα του Συστήματος Globalstar Τα κύρια πλεονεκτήματα του συστήματος Globalstar αποτυπώνονται ως εξής: Η τεχνολογία CDMA καθιστά τις κλήσεις με το σύστημα Globalstar πολύ ασφαλείς και καθαρές, με ποιότητα φωνής παρόμοια με αυτή της κινητής τηλεφωνίας. Η χρήση LEO δορυφόρων, που κινούνται σε ύψος χιλιομέτρων, συντελεί σε μη αντιληπτή καθυστέρηση φωνής, συγκριτικά με την αξιοπρόσεκτη χρονοκαθυστέρηση και την ηχώ σε κλήσεις με γεωσύγχρονους δορυφόρους, των οποίων οι τροχιές είναι σε μεγαλύτερα ύψη από την επιφάνεια της Γης. Είναι τρία τηλέφωνα σε ένα, καθώς επιτρέπει εύκολη πρόσβαση σε αναλογική κυψελωτή τηλεφωνία στα 800MHz, σε ψηφιακή κυψελωτή τηλεφωνία τεχνολογίας CDMA, καθώς και στο δορυφορικό σύστημα Globalstar. Με την έξυπνη σχεδίαση του συστήματος, η οποία βασίζεται στην αλληλοκάλυψη των δορυφόρων, επιτυγχάνεται η διαθεσιμότητα πολλών δορυφόρων από μια δεδομένη θέση για αποστολή ή λήψη τηλεφωνικών κλήσεων. Αυτό συντελεί σε σταθερότερες συνδέσεις, οι οποίες πέφτουν αρκετά δύσκολα. Ακόμη και αν ένας δορυφόρος από τους 48 του συστήματος τεθεί εκτός λειτουργίας, το σύστημα θα συνεχίσει την ομαλή του λειτουργία, σε αντίθεση με κάποιο σύστημα GEO που σε παρόμοια περίπτωση θα αποτύγχανε. Το σύστημα εγκαθίσταται και ελέγχεται από το έδαφος, για γρήγορη και οικονομικότερη συντήρηση και αναβάθμιση

18 Inmarsat Το δορυφορικό σύστημα Inmarsat ιδρύθηκε το 1979, για να εξυπηρετήσει τη ναυτιλιακή βιομηχανία με την ανάπτυξη δορυφορικών επικοινωνιών για την καθοδήγηση των πλοίων, και για εφαρμογές διάσωσης και θαλάσσιων ατυχημάτων. Σήμερα αποτελεί ένα από τα καλύτερα και δημοφιλέστερα GEO δορυφορικά συστήματα επικοινωνίας, καθώς αριθμεί ήδη 79 κράτη-μέλη. Οι προσφερόμενες από αυτό υπηρεσίες έχουν σταδιακά επεκταθεί σε επίγειες, κινητές και αεροναυτικές επικοινωνίες για πελάτες-συνδρομητές που βρίσκονται σε κίνηση ή σε απομακρυσμένες γεωγραφικά θέσεις, χωρίς αξιόπιστα επίγεια τηλεφωνικά δίκτυα. Το δορυφορικό σύστημα Inmarsat αποτελείται από 11 δορυφόρους: 4 δορυφόρους που λειτουργούν (λειτουργικούς) και 7 εφεδρικούς. Οι εφεδρικοί δορυφόροι μπορούν να εκμισθωθούν από άλλους οργανισμούς. Οι εφεδρικοί δορυφόροι είναι εγκατεστημένοι σε θέσεις που γειτνιάζουν άμεσα με τους λειτουργικούς δορυφόρους, ώστε να μπορούν να τους αντικαταστήσουν σε περίπτωση που παραστεί ανάγκη. Η βασική δορυφορική συστοιχία του συστήματος αποτελείται από 4 δορυφόρους τύπου Inmarsat-3 σε τροχιά GEO, οι οποίοι είναι διανεμημένοι ανά τον ισημερινό, ώστε να καλύπτουν ολόκληρο τον πλανήτη, εκτός από τις πολικές περιοχές. Τα ονόματα των δορυφόρων του Inmarsat υποδηλώνουν και την αντίστοιχη περιοχή κάλυψης. Atlantic Ocean Region West (AORW). Atlantic Ocean Region East (AORE). Indian Ocean Region (IOR). Pacific Ocean Region (POR). Οι τέσσερις ζώνες που καλύπτουν οι λειτουργικοί δορυφόροι είναι ο Δυτικός Ατλαντικός, ο Ινδικός Ωκεανός και ο Ειρηνικός. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 15.12, υπάρχει διαφορά αναφορικά με το κατά πόσον οι ζώνες κάλυψης αλληλοκαλύπτονται. Η μεγαλύτερη υπερκάλυψη λαμβάνει χώρα μεταξύ του Δυτικού Ατλαντικού και του Ανατολικού Ατλαντικού. Αυτό οφείλεται στην προσπάθεια καλύτερης εξυπηρέτησης της μεγάλης κίνησης μεταξύ Αμερικής και Ευρώπης. Οι δορυφόροι επιτυγχάνουν εστίαση παγκόσμιας δέσμης (global beam), με αποτέλεσμα να είναι δυνατή η ταυτόχρονη κάλυψη σχεδόν όλης της Γης (εκτός της περιοχής των πόλων). Η κάλυψη εκτείνεται από 75 μοίρες βόρειο μέχρι 75 μοίρες νότιο γεωγραφικό πλάτος. Για λόγους πιθανής βλάβης, υπάρχει ένας εφεδρικός δορυφόρος σε κάθε περιοχή κάλυψης. Σχήμα Χάρτης κάλυψης INMARSAT (Με την άδεια για ελεύθερη εκμετάλλευση και αναπαραγωγή απο την INMARSAT) 15-18

19 Δομή του Συστήματος Inmarsat Σε κάθε περιοχή κάλυψης δημιουργείται ένα ανεξάρτητο δορυφορικό δίκτυο που περιλαμβάνει: Έναν τηλεπικοινωνιακό δορυφόρο σε λειτουργία. Έναν σταθμό συντονισμού και ελέγχου του δικτύου (NCS), που αναλαμβάνει τη δρομολόγηση των σημάτων και την εκχώρηση διαθέσιμου καναλιού για την κάθε σύνδεση και βρίσκεται σε συνεχή επαφή με τους επίγειους σταθμούς, μέσω μισθωμένων τηλεπικοινωνιακών γραμμών. Σταθμούς εδάφους, παράκτιους CES (Coast Earth Stations) ή επίγειους LES (Land Earth Stations), ανάλογα με την εφαρμογή. Φορητά τερματικά, τα οποία ανάλογα με την εφαρμογή διακρίνονται σε SES (Ship Earth Stations) και σε MES (Mobile Earth Stations). Όλοι οι δορυφόροι ελέγχονται από το Satellite Control Center (SCC) που βρίσκεται εγκατεστημένο στα κεντρικά γραφεία του Inmarsat στο Λονδίνο Πρότυπα Inmarsat Ανάλογα με τους διαφορετικούς σκοπούς χρήσης, το σύστημα Inmarsat χρησιμοποιεί διάφορα πρότυπα (standards): Inmarsat-A: Αποτελεί την πρώτη μορφή αναλογικής υπηρεσίας που πρωτοεμφανίστηκε το 1979, παρέχοντας άμεση τηλεφωνία (direct-dial), φαξ, δεδομένα, τέλεξ και ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. Μεγάλος αριθμός πλοίων χρησιμοποιεί το πρότυπο αυτό. Με τη χρήση καλής ποιότητας modem είναι δυνατό να επιτευχθούν ταχύτητες 9,6kbps για τηλεφωνικές συνδέσεις και ταχύτητες 64kbps για μεταφορά δεδομένων από τα τερματικά. Η ζεύξη από τα φορητά τερματικά προς τον δορυφόρο επιτυγχάνεται στη ζώνη συχνοτήτων 1,5/1,6GHz. Η ζεύξη από τον δορυφόρο προς τα φορητά τερματικά επιτυγχάνεται στη ζώνη συχνοτήτων 4 έως 6 GHz. Το πρότυπο χρησιμοποιεί την τεχνική FDMA. Inmarsat-B: Πρωτοεμφανίστηκε το 1993 και αποτέλεσε τον ψηφιακό διάδοχο του Inmarsat- A. Προσφέρει παρόμοιες με αυτό υπηρεσίες, με σημαντικές πάντως μειώσεις στο κόστος, λόγω αποτελεσματικότερης εκμετάλλευσης των ραδιοσυχνοτήτων. Είναι δυνατή η αποστολή δεδομένων στα 64kbps, σε μορφή επικοινωνίας full-duplex. Η ζεύξη από τα φορητά τερματικά προς τον δορυφόρο επιτυγχάνεται στη ζώνη συχνοτήτων 1,6265/1,6466GHz. Η ζεύξη από τον δορυφόρο προς τα φορητά τερματικά επιτυγχάνεται στη ζώνη συχνοτήτων 1,525/1,545GHz. Inmarsat-C: Πρόκειται για πρότυπο που παρέχει αμφίδρομη (two-way) υπηρεσία αποστολής πακέτων δεδομένων μέσω ελαφρών και φθηνών τερματικών, που είναι αρκετά μικρά ώστε να γίνονται φορητά ή να μπορούν να εγκατασταθούν σε πλοία, οχήματα και αεροσκάφη. Είναι ιδανικό για διανομή ή συλλογή πληροφοριών από και προς τους στόλους εμπορικών πλοίων ή οχημάτων, με μετάδοση δεδομένων σε λειτουργία Χ.25 από/προς τα κινητά τερματικά με ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων μέχρι 600bps. Το σύστημα κάνει χρήση της τεχνικής ALOHA και καναλιών μικρού εύρους συχνοτήτων (2,5kHz). Inmarsat-D+: Προσφέρει παγκόσμια αμφίδρομη επικοινωνία δεδομένων μέσω τερματικών, που το μέγεθος τους δεν ξεπερνά τις διαστάσεις ενός μικρού CD-player. Συμπληρώνεται από GPS και είναι ιδανικό για εντοπισμό (tracking), υπηρεσίες SMS και εφαρμογές ελέγχου επιτήρησης και απόκτησης δεδομένων (SCADA). Inmarsat-E: Παρέχει παγκοσμίου εύρους υπηρεσίες συναγερμών και ειδοποίησης (π.χ. σε περίπτωση θαλάσσιων ατυχημάτων) που αποστέλλονται από ραδιο-φάρους και αναμεταδίδονται μέσω των παράκτιων σταθμών Inmarsat. Είναι απολύτως συμβατό με το σύστημα GMDSS (Global Maritime Distress and Safety System) και καλύπτει σχεδόν όλες τις θαλάσσιες περιοχές της υδρογείου. Inmarsat-M: Πρωτοεμφανίστηκε το 1993 και αποτελεί μία ψηφιακή επέκταση της υπηρεσίας Inmarsat-A. Είναι το πρώτο φορητό δορυφορικό τηλέφωνο, που επιτρέπει 15-19

20 τηλεφωνικές κλήσεις, αποστολή φαξ και δεδομένων από τερματικό με μέγεθος όσο περίπου ένας χαρτοφύλακας. Η ναυτική του εκδοχή διαθέτει κεραία διαμέτρου 70cm. Επιτυγχάνει ταχύτητες δεδομένων φωνής από 4,8kbps έως 6,4kbps. Λόγω του χαμηλού ρυθμού μετάδοσης, η ποιότητα φωνής με το σύστημα Inmarsat-M είναι πιο χαμηλή συγκριτικά με τις συνδέσεις με τα συστήματα Inmarsat-A και -B. Λόγω της μικρότερης κεραίας του τερματικού (30-50cm) και της πιο χαμηλής ισχύος του πομπού μετάδοσης, το κέρδος στο σύστημα Inmarsat-M είναι μικρότερο από το Inmarsat-A κατά 8dB. Inmarsat mini-m: Αποτελεί την πιο διαδεδομένη υπηρεσία του Inmarsat και σχεδιάστηκε για την εκμετάλλευση της ισχύος των σημειακών δεσμών (spot-beams) των δορυφόρων του Inmarsat-3. Τα πιο πρόσφατα τηλέφωνα αυτού του προτύπου είναι πολύ φθηνά, μικρά και έχουν μικρό βάρος. Διατίθενται σε εκδοχές κατάλληλες για χρήση στη θάλασσα ή στο έδαφος, οι οποίες διαθέτουν γυροστατική κεραία που μένει διαρκώς εστιασμένη στον δορυφόρο. Προσφέρει υπηρεσίες φωνής και φαξ στα 2,4kbps. Inmarsat-M4: Εμφανίσθηκε στα τέλη του 1999 και παρέχει υπηρεσίες GAN (Global Area Network), που περιλαμβάνουν φωνή στα 4,8kbps, αποστολή φαξ και δεδομένων μέχρι 64kbps, ISDN, πρόσβαση στο Internet, ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, υπηρεσία videoconferencing και IPDS (Inmarsat Packet Data Service), που επιτρέπει στον χρήστη να χρεώνεται σύμφωνα με το μέγεθος των αποστελλόμενων δεδομένων, και όχι ανάλογα με τον χρόνο σύνδεσης. Aero-C: Πρόκειται για φθηνή υπηρεσία μηνυμάτων και αναφοράς δεδομένων (data reporting), η οποία παρέχει δορυφορικές επικοινωνίες τύπου αποθήκευσης-και-προώθησης (store-and-forward) στα αεροσκάφη. Είναι ιδανική λύση για αεροσκάφη που πετούν σε περιοχές, όπου η επικοινωνία είναι ανύπαρκτη ή δύσκολη. Μπορεί επιπλέον να χρησιμοποιηθεί για επιχειρηματικές ή και προσωπικές επικοινωνίες. Aero-H: Εμφανίσθηκε το 1990 και παρέχει τηλεφωνία, φαξ και επικοινωνία δεδομένων σε αίθουσες επιβατών αεροσκαφών και πιλοτήρια. Χρησιμοποιείται, επίσης, για τον έλεγχο εναέριας κυκλοφορίας ή για άλλες επιχειρήσεις αερογραμμών. Aero-I: Παρέχει τηλεφωνία, φαξ και επικοινωνία δεδομένων σε μικρά αεροσκάφη που βρίσκονται μέσα στις σημειακές δέσμες του Inmarsat-3, κάνοντας δυνατή τη χρησιμοποίηση μικρότερων, ελαφρύτερων και φθηνότερων συσκευών και κεραιών. Aero-L: Παρέχει δορυφορική επικοινωνία πραγματικού χρόνου, δύο κατευθύνσεων, από τον αέρα προς το έδαφος στα 600bps. Είναι συμβατό με τις απαιτήσεις του ICAO (International Civil Aviation Organization) για την ασφάλεια και τον έλεγχο εναέριας κυκλοφορίας. Aero mini-m: Είναι σχεδιασμένο για μικρά αεροσκάφη, για παροχή υπηρεσιών φωνής, φαξ και δεδομένων στα 2,4kbps. Αποδεικνύεται αρκετά χρήσιμο σε περιοχές πέρα από την περιοχή των VHF ραδιοσυχνοτήτων. Σχήμα Φορητά και κινητά τερματικά INMARSAT (Με την άδεια για ελεύθερη εκμετάλλευση και αναπαραγωγή απο την INMARSAT) 15-20

21 Inmarsat Global Xpress Αποτελεί το σύστημα Inmarsat νέας γενιάς, με έναν αστερισμό τριών Inmarsat-5 γεωστατικών δορυφόρων να έχει ήδη τεθεί σε τροχιά το Σκοπός του συστήματος είναι να παρέχει στο τέλους του 2015 παγκόσμια κινητή ευρυζωνική επικοινωνία στην Ka-ζώνη για ποντοπόρα πλοία, συνδεσιμότητα κατά τη διάρκεια των πτήσεων, streaming βίντεο υψηλής ανάλυσης, υπηρεσίες φωνής και δεδομένων σε ολόκληρο τον κόσμο. Το κινητό τερματικό θα είναι φθηνότερο από το υπάρχον VSAT σύστημα και θα παρέχει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων έως και 50Mbps στην κάτω ζεύξη και 5Mbps στην άνω ζεύξη, με δυνατότητα διαφανούς ενσωμάτωσης των υπηρεσιών L-ζώνης του Inmarsat, για την παροχή μιας υβριδικής λύσης με δυνατότητα παροχής υπηρεσιών GMDSS. Το σύστημα είναι γνωστό ως Global Xpress και αναμένεται να παρέχει παγκόσμια κάλυψη από τα τέλη του Ο Πίνακας 15.2 παρέχει τα βασικά χαρακτηριστικά των δορυφόρων του Inmarsat-5. Οι δορυφόροι Inmarsat-5 λειτουργούν με έναν συνδυασμό σταθερών στενών σημειακών δεσμών, που επιτρέπουν στον Inmarsat να παρέχει υψηλότερες ταχύτητες με πιο συμπαγή τερματικά, καθώς και κατευθυνόμενες δέσμες, παρέχοντας επιπλέον χωρητικότητα που μπορεί να κατευθύνει την υπηρεσία σε πραγματικό χρόνο, εκεί όπου χρειάζεται. Κατασκευαστής Boeing Αριθμός δορυφόρων 3 GEO Βάρος 6.100kg Διάρκεια ζωής 15 χρόνια Ισχύς DC 15kWatt Ηλιακά κάτοπτρα Δύο πτέρυγες, κάθε μία με πέντε υπερ-ηλιακές κυψέλες τριπλής επαφής GaAs, με μήκος 33,8m Διάμετρος κεραίας 8,08m Αριθμός εξυπηρετούμενων δεσμών 89 (6 κατευθυνόμενες δέσμες υψηλής χωρητικότητας) Τύπος αναμεταδότη Διάφανος Συχνότητα λειτουργίας Ka-Ζώνη Πίνακας 15.2 Κύρια χαρακτηριστικά των δορυφόρων Inmarsat ICO Global Communications Το σύστημα ICO (Intermediate Circular Orbit) είναι άλλο ένα σύστημα MSS, το οποίο σχεδίασε αρχικά η Inmarsat τον Σεπτέμβρη του 1994 για την εισαγωγή και λειτουργία του έργου Inmarsat-P21. Σκοπός της εταιρίας ήταν να χτίσει ένα υβριδικό δίκτυο που να συνδυάζει δορυφορικό και επίγειο ασύρματο δίκτυο και να προσφέρει υπηρεσίες φωνής, δεδομένων, βίντεο και internet σε κινητούς και φορητούς χρήστες σε όλη τη Γη. Όπως και στο Iridium, έτσι και εδώ, ο χρήστης θα λάμβανε υπηρεσίες σε κινητό τερματικό, το οποίο θα είχε τη δυνατότητα να συντονιστεί μόνο του με το δορυφορικό δίκτυο ICO, σε περίπτωση που έχανε το σήμα από τα επίγεια κυψελοειδή δίκτυα. Η κοινοπραξία ICO Global Communications αρχικά σχεδίαζε να κατασκευάσει έναν αστερισμό δορυφόρων σε 2 τροχιές μέσου ύψους (MEO σύστημα), ορθογώνιες μεταξύ τους και με κλίση περίπου 45 μοίρες από το ισημερινό επίπεδο. Σύμφωνα με τον σχεδιασμό, κάθε τροχιακό επίπεδο περιλαμβάνει 12 δορυφόρους, εκ των οποίων οι 10 είναι λειτουργικοί και οι 2 εφεδρικοί, για περίπτωση βλάβης. Η ICO θα διασκορπίσει 12 επίγειους σταθμούς (Service Area Nodes, SAN) ανά τη Γη (βλ. Σχήμα 15.14), και οι σταθμοί αυτοί θα συνδέονται μεταξύ τους μέσω ενός ευρυζωνικού δικτύου (P-network). Επειδή δεν υπάρχουν πλάνα συχνοτήτων για τις ζεύξεις μεταξύ των δορυφόρων, το P-δίκτυο θα προωθήσει τις συνδέσεις ευρείας περιοχής στην πλησιέστερη δικτυακή πύλη, που θα δημιουργήσει ζεύξη με άλλα δίκτυα, όπως το PSTN, το PLMN και το PSDN. Οι σταθμοί τηλεμετρίας και ελέγχου (TT&C) είναι υπεύθυνοι για τη λειτουργία και συντήρηση των δορυφόρων, καθώς και για τον έλεγχο της διάταξης μέσω του εντοπισμού θέσης. Τα δεδομένα (όπως η κατάσταση της μπαταρίας και η θέση της) καταγράφονται. Οι Σταθμοί Ελέγχου του Δικτύου (Network Control Stations, NCS) ελέγχουν τον φόρτο κίνησης και την ποιότητα σύνδεσης των διαφορετικών ζεύξεων, και είναι υπεύθυνοι για την κατανομή των καναλιών. Ο Σταθμός Ελέγχου του Δικτύου (Network Control Center, NCC) διαχειρίζεται ολόκληρο το σύστημα

22 Σχήμα Αρχιτεκτονική του συστήματος ICO Το σύστημα ICO σκοπεύει να χρησιμοποιήσει 10MHz σε κάθε μία από τις ζώνες συχνοτήτων MHz και MHz για την άνω ζεύξη και την κάτω ζεύξη των δορυφορικών χρηστών. Συχνότητες από τις ζώνες μεταξύ 5100 και 5250MHz, καθώς και μεταξύ 6925 και 7075MHz, έχουν προγραμματιστεί για τη ζεύξη μεταξύ δορυφόρου και SAN (βλ. Σχήμα 15.14). Μία μέθοδος TDMA/FDMA με έξι χρονοσχισμές ανά φέρον θα χρησιμοποιηθούν στην άνω και κάτω ζεύξη και 163 κυψέλες ανά δορυφόρο. Οι δορυφόροι έχουν σχεδιαστεί έτσι, ώστε να μπορούν να μεταφέρουν κανάλια φωνής. Η εταιρία όμως χρεοκόπησε το 1999, αλλά επανήλθε ένα χρόνο αργότερα με νέο όνομα (New ICO) και νέα σχέδια. Σύμφωνα με τον καινούριο σχεδιασμό, θέλει να δημιουργήσει ένα γεωσύγχρονο σύστημα που θα καλύπτει όλη τη βόρεια Αμερική σε συνδυασμό με τα επίγεια ασύρματα δίκτυα. Για τον σκοπό αυτό εκτόξευσε το 2008 το γεωσύγχρονο δορυφόρο ICO-G1. Αυτός ο δορυφόρος είναι ο μεγαλύτερος τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος που έχει εκτοξευθεί μέχρι σήμερα. Παρέχει υπηρεσίες τηλεόρασης σε κινητούς χρήστες, διαδραστική πλοήγηση, και δυνατότητα επικοινωνίας έκτακτης ανάγκης. Η εταιρία σχεδιάζει να παρέχει κανάλια βίντεο, πληροφορίες πλοήγησης, πληροφορίες για την κίνηση στους δρόμους, για τον καιρό κ.ά. Για τις κινητές υπηρεσίες βίντεο και τηλεόρασης χρησιμοποιείται πρότυπο DVB- SH. Η ζεύξη DVB-SH είναι duplex και έτσι ο κινητός χρήστης (π.χ. ένα αυτοκίνητο) μπορεί να έχει διαδραστική επικοινωνία με το δίκτυο. Επομένως, ο χρήστης μπορεί να λάβει πληροφορίες πραγματικού χρόνου που να συμβαδίζουν με τη θέση και τον χρόνο που βρίσκεται, και να βλέπει live διαδραστική τηλεόραση. Τον Ιούνιο του 2011, η εταιρία ICO Global Communications μετονομάστηκε σε Pendrell Corporation Teledesic Το Teledesic είναι ένα Little-LEO σύστημα που βρίσκεται ακόμη σε σχεδιασμό. Χρησιμοποιώντας εκατοντάδες δορυφόρους στις τροχιές του, αυτό το σύστημα σκοπεύει να παρέχει παγκόσμια πρόσβαση σε τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες, όπως δορυφορικό ευρυζωνικό Internet και υπηρεσίες φωνής, βίντεοτηλεδιασκέψεις και διαδραστικές υπηρεσίες, με ταχύτητες 720Mbps για την κάτω ζεύξη και μέχρι 100Mbps για την άνω ζεύξη. Βασικός εμπνευστής του συστήματος είναι ο Bill Gates και συνιδρυτής ήταν ο Craig McCaw, ένας εκ των ιδιοκτητών του μεγαλύτερου παρόχου του δικτύου κινητών επικοινωνιών. To δίκτυο 15-22

23 που θα προσφέρεται από αντιπροσώπους του παρόχου σε πολλές χώρες της Γη, θα παρέχει αμφίδρομη ευρυζωνική σύνδεση. Το σύστημα Teledesic θα διαχειρίζεται και θα προσφέρει σε όλη τη Γη το πιο μεγάλο δίκτυο στον κόσμο, το Internet, χωρίς να μειώνεται η ποιότητα των υπηρεσιών από καθυστερήσεις στις live υπηρεσίες από οπουδήποτε. Το σύστημα Teledesic θεωρείται ότι θα είναι συμβατό με δίκτυα οπτικών ινών και ότι θα προσφέρει την ποιότητα και τις υπηρεσίες της τεχνολογίας των οπτικών ινών σε απομακρυσμένες αγροτικές περιοχές, στην τιμή που έχουν οι οπτικές ίνες στις αστικές περιοχές. Σε αντίθεση με άλλα συστήματα, το Teledesic θα λειτουργεί στην Κa-ζώνη (30GHz κάτω ζεύξη, 20GHz άνω ζεύξη), με σκοπό την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών. Ο αστερισμός αρχικά περιελάμβανε 21 κυκλικές χαμηλές τροχιές, με τους δορυφόρους να είναι σε υψόμετρο ανάμεσα σε 695 και 705 km, με συνολικά 924 δορυφόρους, 840 σε λειτουργία και 84 εφεδρικούς (βλ. Σχήμα 15.15). Η τροχιά είναι ηλιο-σύγχρονη με κλίση 98,2, έτσι ώστε να υπάρχει σχεδόν παγκόσμια κάλυψη, εκτός από ένα μικρό κενό στους πόλους. Αυτό μειώνει άλλωστε και την απώλεια λόγω βροχής. Τέσσερις εφεδρικοί δορυφόροι είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι πάνω από κάθε τροχιά. Εξαιτίας του μεγάλου αριθμού δορυφόρων, υπάρχει μία ελάχιστη ανύψωση 40, η οποία βοηθά στη μείωση της εξασθένησης λόγω βροχής που εξαρτάται από τη γωνία ανύψωσης. Το σύστημα Teledesic έχει σχεδιαστεί, ώστε να προσφέρει 99,9% διαθεσιμότητα. Το σύστημα φυσικά ήταν κοστοβόρο εξαιτίας των πολλών δορυφόρων και του αυξημένου κόστους, τόσο της κατασκευής όσο και της εκτόξευσής τους. Χρειάζονται συνολικά 175 πύραυλοι για να εκτοξευτούν όλοι οι δορυφόροι και να τοποθετηθούν στις τροχιές τους. Το 1997, το πλάνο μειώθηκε στους 288 ενεργούς δορυφόρους, σε υψόμετρο 1.400km. Επειδή οι δορυφόροι είναι πολλοί και είναι χαμηλής τροχιάς που κινούνται γρήγορα, κάθε τερματικό θα μπορεί να «δει» συγχρόνως τουλάχιστον δύο δορυφόρους στον ορίζοντα, έχοντας τη δυνατότητα μεταπομπής μεταξύ των δορυφόρων. Σχήμα (α) Το σύστημα Teledesic με τις 21 τροχιές και τους 840 δορυφόρους, και (β) ο χάρτης κάλυψης (Με την άδεια για ελεύθερη εκμετάλλευση και παρουσίαση απο Lloyd Wood, University of Surrey, UK) Αρχικά, οκτώ δορυφόροι θα εκτοξευθούν σε τροχιά ταυτόχρονα, προκειμένου να διατηρηθεί ο αριθμός των εκτοξεύσεων πυραύλων στο ελάχιστο δυνατό. Ζυγίζοντας 700 κιλά, οι δορυφόροι θα είναι πολύ ελαφρύτεροι σε βάρος, σε σχέση με άλλα συστήματα. Στο Σχήμα παρουσιάζεται ένας δορυφόρος Teledesic. Αποτελείται από ένα ορθογωνικό ηλιακό πάνελ μήκους 12 μέτρων, με συνολικά 24 πλαίσια (plates) τοποθετημένα σε σχήμα μαργαρίτας με οκτώ φύλλα «μαργαρίτας». Τα πλαίσια περικλείουν τις phased-array κεραίες. Η οκταγωνική βάση του πλαισίου περιέχει οκτώ ζεύγη κεραιών ISL, μαζί με μία μονάδα οδήγησης. Η μονάδα παροχής ισχύος είναι συνδεδεμένη με το πάνω μέρος του ηλιακού πάνελ. Οι δορυφόροι είναι σχεδιασμένοι κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορούν να εκτοξευθούν από 20 διαφορετικούς τύπους πυραύλων. Το αποτύπωμα της κεραίας για κάθε δορυφόρο ήταν σχεδιασμένο να είναι περίπου 700 χιλιόμετρα

24 Σχήμα Δορυφόρος Teledesic σε σχήμα λουλουδιού (Πηγή: Wikipedia) Το δίκτυο Teledesic χρησιμοποιεί ζεύξεις στη ζώνη των 60GHz για την επικοινωνία μεταξύ των δορυφόρων (ISL), προκειμένου να τροφοδοτήσει τις συνδέσεις όσο το δυνατόν πλησιέστερα στον χρήστη προορισμού στο σταθερό δίκτυο. Οι δια-δορυφορικές ζεύξεις υπάρχουν σε οκτώ γειτονικούς δορυφόρους. Το δίκτυο μεταδίδει σε λειτουργία μεταγωγής πακέτων και υποστηρίζει ευρυζωνικές επικοινωνίες που βασίζονται στο πρότυπο ATM (Asynchronous Transfer Mode). Η κεφαλίδα (header) του πακέτου περιλαμβάνει τη διεύθυνση και την πληροφορία ακολουθιοποίησης (sequencing), τα οποία χρησιμοποιούνται για την αποκατάσταση της ακολουθιοποίησης στον δέκτη, καθώς και πεδία για την προστασία από σφάλματα και την ενημέρωση των χρηστών. Παρεκκλίνοντας από το πρότυπο ATM, η Teledesic χρησιμοποιεί ένα πρωτόκολλο χωρίς σύνδεση, όπου κάθε κόμβος ανεξάρτητα δρομολογεί το πακέτο πάνω από το διαδρομή που είναι σε θέση να εγγυηθεί τη μικρότερη καθυστέρηση. Η Teledesic ανοίγει, επίσης, νέους δρόμους όσον αφορά το σχεδιασμό των κυψελών. Οι κυψέλες στο σύστημα Teledesic είναι επίγειες, γεγονός που καθιστά το σχεδιασμό των κυψελών πιο εύκολο, αλλά από την άλλη μεριά, απαιτεί πιο περίπλοκη τεχνολογία κεραιών. Η επιφάνεια της Γης καλύπτεται από υπερκυψέλες (supercells). Αυτές χωρίζονται σε ζώνες, οι οποίες στον ισημερινό περιλαμβάνουν 250 υπερκυψέλες, αλλά κοντά στους πόλους, περιλαμβάνουν λιγότερες υπερκυψέλες, έτσι ώστε τα όρια μεταξύ Βορρά-Νότου αλλάζουν μεταξύ των ζωνών. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 15.17, μία υπερκυψέλη αποτελείται από εννέα μικρές τετραγωνικές κυψέλες