Μάθηµα 7 ο : Παράµετροι δορυφορικής ζεύξης & δορυφορικές υπηρεσίες Στόχοι: Στο τέλος αυτού του µαθήµατος ο σπουδαστής θα γνωρίζει: Ποιες είναι οι ζώνες συχνοτήτων που χρησιµοποιούνται στις δορυφορικές ζεύξεις και ποια είναι η γεωγραφική κατανοµή αυτών των συχνοτήτων Τις σηµαντικότερες υπηρεσίες που παρέχονται από τα δορυφορικά δίκτυα Ποιες είναι οι σηµαντικότερες παράµετροι µιας δορυφορικής ζεύξης Πού οφείλονται οι απώλειες ισχύος κατά τη µετάδοση ενός σήµατος µέσω δορυφόρου Με τον όρο δορυφορική ζεύξη χαρακτηρίζουµε την τηλεπικοινωνιακή σύνδεση δύο τερµατικών σταθµών µέσω δορυφόρου. Οι δορυφορικές ζεύξεις, ως ραδιοζεύξεις, χαρακτηρίζονται από τις κλασικές παραµέτρους των συµβατικών ασύρµατων ζεύξεων, όπως το χρησιµοποιούµενο φάσµα συχνοτήτων, τις απώλειες του µέσου µετάδοσης, καθώς και από το λόγο σήµατος προς θόρυβο ( S/N στο δέκτη. To τελευταίο χαρακτηριστικό αποτελεί σηµαντική παράµετρο της ζεύξης και εξαρτάται από τις ιδιότητες του ποµπού, του δέκτη και του µέσου µετάδοσης. Μάθηµα 7 1
Yπηρεσίες διαστηµικών ραδιοεπικοινωνιών Υπηρεσία δορυφορικής επικοινωνίας µεταξύ σταθερών σταθµών (fixed satellite service, FSS Υπηρεσία δορυφορικής επικοινωνίας µεταξύ κινητών σταθµών (mobile satellite service, MSS Υπηρεσία δορυφορικής επικοινωνίας µεταξύ πλοίων (maritime mobile satellite service, MΜS Υπηρεσία δορυφορικής επικοινωνίας µεταξύ αεροσκαφών (aeronautical mobile satellite service, AMS Υπηρεσία δορυφορικής επικοινωνίας µεταξύ σταθµών ξηράς (land mobile satellite service, LMS Υπηρεσία εκποµπής προς το ευρύ κοινό µέσω δορυφόρου (broadcasting satellite service, BSS Υπηρεσία εξερεύνησης της γης µέσω δορυφόρου (earth exploration satellite service, EES Υπηρεσία εξερεύνησης του διαστήµατος µέσω δορυφόρου (space research satellite service, SRS Υπηρεσία διaστηµικών επιχειρήσεων (space operation service, SOS Υπηρεσία ραδιοεντοπισµού µέσω δορυφόρου (radiodetermination satellite service, RSS ιαδορυφορική επικοινωνία (intersatellite service, ISS Υπηρεσία δορυφορικών επικοινωνιών ραδιοερασιτέχνη (amateur satellite service, ASS Μάθηµα 7 2
Καταµερισµός συχνοτήτων Μετά από διεθνείς συµφωνίες εκχωρήθηκαν τέσσερις κύριες ζώνες συχνοτήτων για πολιτικές δορυφορικές επικοινωνίες. Κάθε ζώνη αποτελείται από µια περιοχή συχνοτήτων για τη µετάδοση του σήµατος από τον επίγειο σταθµό προς το δορυφόρο (uplink και µια περιοχή χαµηλότερης συχνότητας για την αντίστροφη διαδροµή (downlink. Επίσης, η Γη έχει χωριστεί σε τρείς περιοχές, έτσι ώστε κάθε ζώνη συχνοτήτων να είναι διαθέσιµη σε συµβατές εφαρµογές. Οι περιοχές αυτές είναι: Περιοχή 1 Περιοχή 2 Ευρώπη, Αφρική, Μέση Ανατολή, Τουρκία, Μογγολία και οι χώρες της πρώην ΕΣΣ Βόρειος και Νότιος Αµερική, Γροιλανδία Περιοχή 3 Αυστραλία, Νέα Ζηλανδία, και υπόλοιπο Ασίας Η εκχώρηση συχνοτήτων σε µια εφαρµογή εξαρτάται από την περιοχή. Ανάλογα µε την περιοχή, η εκχώρηση συχνοτήτων µπορεί να είναι αποκλειστική (κάποια ζώνη εκχωρείται µοναδικά σε µια εφαρµογή ή κοινή (κάποια ζώνη εκχωρείται σε περισσότερες υπηρεσίες. Μάθηµα 7 3
Υπηρεσίες FSS: Ζώνες συχνοτήτων 6 GHz για το uplink και 4 GHz για το downlink (C- ζώνη συχνοτήτων. Οι συχνότητες αυτές καταλαµβάνονται από τα παλαιότερα συστήµατα και παρουσιάζουν κορεσµό. 8 GHz για το uplink και 7 GHz για το downlink (Χ-ζώνη συχνοτήτων. Η περιοχή συχνοτήτων αυτή έχει εκχωρηθεί για κυβερνητικές χρήσεις. 14 GHz για το uplink και 12 GHz για το downlink (Ku-ζώνη συχνοτήτων. Οι συχνότητες αυτές αντιστοιχούν στις τρέχουσες εµπορικές χρήσεις. 30 GHz για το uplink και 20 GHz για το downlink (Kα-ζώνη συχνοτήτων. Η συγκεκριµένη περιοχή παρουσιάζει µεγάλο εµπορικό ενδιαφέρον λόγω του τεράστιου εύρους ζώνης και του γεγονότος ότι χρησιµοποιείται σε περιορισµένο βαθµό σήµερα. Υπηρεσίες ΜSS: Οι περισσότερες ραδιοζεύξεις µεταξύ κινητών σταθµών χρησιµοποιούν σήµερα τις συχνότητες γύρω στα 1.6 GHz για το uplink και γύρω στα 1.5 GHz για το downlink (L-ζώνη συχνοτήτων. Υπηρεσίες ΒSS: Οι downlink ραδιοζεύξεις που χρησιµοποιούνται για εκποµπές προς το ευρύ κοινό καταλαµβάνουν συχνότητες στην περιοχή των 12 GHz. Μάθηµα 7 4
Είδη δορυφορικών ραδιοζεύξεων ορυφόρος ορυφόρος f u uplink downlink uplink f d Ποµπός f u f d έκτης downlink Mονόδροµη δορυφορική ραδιοζεύξη µεταξύ δύο επίγειων σταθµών (one-way link Αµφίδροµη δορυφορική ραδιοζεύξη µεταξύ δύο επίγειων σταθµών (two-way link Μάθηµα 7 5
ορυφορική εκποµπή προς το ευρύ κοινό (satellite broadcasting ορυφόρος downlink f u Ποµπός uplink f d έκτες Περιοχή κάλυψης Μάθηµα 7 6
Xαρακτηριστικές παράµετροι δορυφορικής ραδιοζεύξης Ποµπός R Απόσταση έκτης P T Ισχύς εκποµπής G T Απολαβή εκποµπής G R Απολαβή λήψης P R Ισχύς στην είσοδο του δέκτη Η ισχύς που εκπέµπεται από την κεραία εκποµπής ανά µονάδα στερεάς γωνίας στη διεύθυνση της κεραίας λήψης είναι: G T P T /4π Το γινόµενο G T P T καλείται ενεργός ισοτροπική εκπεµπόµενη ισχύς (effective isotropic radiated power, EIRP. Η ισχύς που λαµβάνει η κεραία του δέκτη µε ενεργό επιφάνεια Α R εν είναι ίση µε: P R = (G T P T /πr 2 Α R εν. H ενεργός επιφάνεια µιaς κεραίας (µε παραβολικό ανακλαστήρα συνδέεται µε την απολαβή λήψης της µέσω της σχέσης: Α R εν =G R λ 2 /4π, όπου λ το µήκος κύµατος του ραδιοκύµατος. Μάθηµα 7 7
Ισχύς που λαµβάνεται από την κεραία του δέκτη: P R =(P T G R (1/L FS G R όπου L FS =(4πR/λ 2 η απώλεια ελεύθερου χώρου L L FS FS (db (db Συχνότητα Συχνότητα (GHz (GHz Η εξασθένηση στον ελεύθερο χώρο σα συνάρτηση της συχνότητας για τη ραδιοζεύξη µεταξύ ενός γεωστατικού δορυφόρου και ενός επίγειου σταθµού που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το δορυφόρο Μάθηµα 7 8
Απώλειες σε µια δορυφορική ζεύξη Απώλειες που οφείλονται στη διάδοση των ραδιοκυµάτων στην ατµόσφαιρα και την ιονόσφαιρα (L A. Απώλειες που οφείλονται στην κακή σκόπευση της κεραίας (L PT και L PR. Απώλειες λόγω ασυµφωνίας πόλωσης µεταξύ των κεραιών εκποµπής και λήψης (L POL. Απώλειες στις γραµµές µεταφοράς των εξοπλισµών του ποµπού και του δέκτη και των αντιστοίχων κεραιών τους(l T και L R. Απώλειες στην ατµόσφαιρα Η διάδοση των ραδιοκυµάτων στην ατµόσφαιρα και την ιονόσφαιρα υφίσταται την επίδραση των παρακάτω φαινοµένων: Απορρόφηση και διάχυση (κυρίως στα χαµηλότερα στρώµατα της ατµόσφαιρας ιάθλαση (στα ανώτερα στρώµατα της τροπόσφαιρας Μεταβολή της πόλωσης του ραδιοκύµατος ( ιονόσφαιρα και µετεωρολογικοί σχηµατισµοί Η συνολική εξασθένιση που υφίσταται το ραδιοκύµα κατά τη µετάδοση είναι: L = L FS L A Μάθηµα 7 9
Απώλειες στoν εξοπλισµό λήψης και εκποµπής Από τον ποµπό Γραµµή µεταφοράς L Απώλεια µετάδοσης Γραµµή µεταφοράς Προς το δέκτη P Τ,0 L T P T G T G R P R L R P R,0 P Τ,0 =L T P T EIRP = P T G T = (P T,0 G T /L T P R,0 =P R /L R Απώλειες λόγω κακής σκόπευσης των κεραιών εκποµπής και λήψης Kεραία εκποµπής θ Τ θ R Kεραία λήψης L PT =12(θ Τ /θ 3dB (db L PR =12(θ R /θ 3dB (db L G T G R Μάθηµα 7 10
Iσχύς του σήµατος στην είσοδο του δέκτη Λαµβάνοντας υπόψη όλες τις απώλειες που υφίσταται το ραδιοκύµα, η ισχύς του στην είσοδο του δέκτη γράφεται: όπου: Ο όρος ΕIRP χαρακτηρίζει τη διάταξη εκποµπής Ο όρος 1/L χαρακτηρίζει το µέσο µετάδοσης Ο όρος G 0 χαρακτηρίζει τη διάταξη λήψης Αναλυτικά οι παραπάνω όροι γράφονται: P T,0 = (EIRP (1/L (G 0 P T,0 = (EIRP (1/L (G 0 ΕIRP= ΕIRP= (P (P T,0 Tm /L PT L T T,0 G Tm /L PT L T 1/L=1/(L 1/L=1/(L FS L A FS L A G 0 =G Rm /(L PR L POL L R 0 =G Rm /(L PR L POL L R ( οι όροι G Tm και G Rm συµβολίζουν τις µέγιστες απολαβές των κεραιών εκποµπής και λήψης αντίστοιχα Μάθηµα 7 11