ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι Δορυφορικές Επικοινωνίες
Ορισμοί, Τροχιές, Συχνότητες, Γεωμετρία κάλυψης Βασικές έννοιες: 1.Διαστημικός σταθμός 2.Επίγειος δορυφορικός σταθμός 3.Διαστημική ραδιοεπικοινωνία 4.Διαστημικό σύστημα 5.Δορυφόρος 6.Τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος (ενεργούς παθητικούς) 1.Δορυφορικό σύστημα 2.Δορυφορικό δίκτυο 3.Δορυφορική ζεύξη 4. Δορυφορική τροχιά Δορυφορικές υπηρεσίες: 1.Σταθερή δορυφορική υπηρεσία 2.Κινητή δορυφορική υπηρεσία 3.Δορυφορική υπηρεσία Ραδιοφωνίας / τηλεόρασης 1.Δορυφορική υπηρεσία ραδιοεντοπισμού & ραδιοπλοήγησης 2.Μετεωρολογική δορυφορική υπηρεσία 3.Δορυφορική υπηρεσία έρευνας διαστήματος και εξερεύνησης της γης.
ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΘΟΡΥΒΟΥ Έστω G = S 0 /N 0 και N i = ktb Ορίζουμε: T e = ενεργός θερμοκρασία εισόδου του δέκτη Τ i = θόρυβος εξωτερικών πηγών
GkT i B+N Δ = Gk(T i +T e )B = T π (L-1) N Δ = GkB(T i +T e T i ) = GkBT e Σαν ενεργό θερμοκρασία θορύβου ενός τετραπόλου ορίζουμε τη θερμοκρασία μιας θερμικής πηγής θορύβου που θα έπρεπε να τη βάλουμε στην είσοδο του τετραπόλου αν ήταν «αθόρυβο» για να μας δώσει στην έξοδο του ισχύ
Θερμοκρασία θορύβου λειτουργίας Τα Λ =T e +T i = N 0 / kbg Θόρυβος Ενισχυτικών Διατάξεων (τετραπόλων) σε σειρά Ο θόρυβος στην πρώτη βαθμίδα είναι καθοριστικός για τον θόρυβο όλου του δικτυώματος.
Θόρυβος παθητικού δικτυώματος Θερμοδυναμική ισορροπία: Θόρυβος Παθητικού Δικτυώματος και Ενισχυτή σε Σειρά Σημείο αναφοράς η είσοδος του δικτυώματος
Σημείο αναφοράς η έξοδος του δικτυώματος
T M = φυσική θερμοκρασία μέλανος σώματος G(θ,φ)= διαγράμματα ακτινοβολίας Αν το άνοιγμα της δέσμης είναι πολύ στενό ή ισχύς συγκεντρώνεται σε μικρή στερεά γωνία T Μ (θ,φ) = ct Θερμοκρασία θορύβου κεραίας Προέλευση (ουρανός γαλαξίας, ήλιος, σελήνη, ατμόσφαιρα-αέρια, σύννεφα και έδαφος) Θόρυβος από τον κύριο λοβό
Αν Τ Μ (θ,φ) σταθερή Τ κ = Τ Μ Συνολικός θόρυβος κεραίας
Πηγές Θορύβου κεραίας Κοσμικός θόρυβος T C = 2.6 10 7 f -2 (f σε MHz Θόρυβος ηλιακού συστήματος Γήινος Θόρυβος
T op =T ουρανού Τ α = Τ ατμόσφαιρας Τα πλ = Τ πλευρικού λοβού
ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΘΟΡΥΒΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (Τ Λ )
Θερμοκρασία θορύβου προερχόμενη από την ατμόσφαιρα
ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ 1. Απώλειες ελευθέρου χώρου: L = 92.5+20log(f)+20log(d) σε db, F σε GHz, d σε km 2. Ατμοσφαιρική απορρόφηση/ εξασθένηση (>15GHz) 3. Απώλειες πολώσεως από βροχή διασπορά (< 15GHz) 4. Στροφή Faraday (<1GHz) Δορυφορικές επικοινωνίες Για 2,3 & 4 χρήση περιθωρίου λειτουργίας 3dB
Σχεδιασμός Δορυφορικής Ζεύξης Παράγοντες που επηρεάζουν. Βάρος και διαστάσεις δορυφόρου Ισχύς d.c. που μπορεί να δημιουργηθεί στον δορυφόρο Ζώνες συχνότητας Μέγιστες διαστάσεις κεραιών δορυφόρου και επίγειου σταθμού. Ο τρόπος της πολλαπλής προσπέλασης που χρησιμοποιείται Το σύστημα διακρίνεται: Επίγειος σταθμός δορυφόρος (Up Link) Δορυφορικός αναμεταδότης Δορυφόρος Επίγειος σταθμός (Down Link) Σημαντικότερη η καθοδική πορεία Ο δορυφόρος διαθέτει περιορισμένη ισχύ
E e = EIRP για τον επίγειο σταθμό = G e = Συντελεστής ποιότητας επίγειου σταθμού Τ e = (Figure of Merit) σε dbw T -1 T D = Ισοδύναμη θερμοκρασία θορύβου Ανοδική πορεία Up Link Στην είσοδο τον ενισχυτή LNA στον δορυφόρο: L u = Απώλειες uplink M = Περιθώριο λειτουργίας G s = Απολαβή κεραίας του δορυφόρου Ν u = Θερμικός θόρυβος ανόδου Τ s = Θερμοκρασία θορύβου στον δορυφόρο (κεραία + δέκτη)
Συνολικά: C/T όχι σε dbw/t Αναμετάδοση
Για εξοικονόμηση ενέργειας οι ενισχυτές πρέπει να εργάζονται στον κόρο αυξάνονται οι μη γραμμικότητες, αυξάνεται ο θόρυβος ενδοδιαμόρφωσης
OUTPUT POWER RELATIVE TO SATURATION 0 db OUTPUT SATURATED OUTPUT POWER SATURATED OUTPUT POWER WITH ONE CARRIER db 10 THIRD ORDER INTERCEPTIO POINT -5 1 db COMPRESSION POINT 5-10 -15-20 -15-10 -5 0 GAIN VARIATION db 0 1 db SMALL INPUT POWER A db T INPUT POWER RELATIVE TO SATURATION SIGNAL 0-5 -10-15 OUTPUT SLOPE 1 SATURATED (C/N) im SINGLE CAR MODE ONE OUT OF TW CARRIERS ONE OUT OF TH INTERMODULAT -5 40 30-20 -15-10 -5 0 SATURATION db -20 SLOPE 3 INPUT PO SATURATION -20-15 -10-5 0 5 db 20 10 INPUT POWER (ONE OUT OF TWO CARRIERS) INPUT POWER AT SATURATION WITH ONE ACTIVE PHASE
Παράδειγμα 1 Η συχνότητα λήψης επίγειου σταθμού είναι 4GHz. Η γωνία ανύψωσης 10 και το διάγραμμα της έχει ως εξής: Η απολαβή σε κατεύθυνση διαφορετική από ±1 από τον κύριο λοβό είναι -10dBi. Ο ενισχυτής χαμηλού θορύβου είναι ψυχόμενος με ενίσχυση 25dB και ενεργό θερμοκρασία 15 Κ. Ο ενισχυτής ισχύος ή μίκτης έχει συντελεστή θορύβου 5dB και ενισχύει 20dB. Ο συζεύκτης και η γραμμή μεταφοράς έχουν 0.2dB και 0.1dB απόσβεση αντίστοιχα και θερμοκρασία 290 Κ. Αν η επίδραση του ήλιου και της βροχής είναι αμελητέα, να προσδιοριστεί η θερμοκρασία θορύβου λειτουργίας του συστήματος λήψης: Κεραία, Συζεύκτης, Γραμμή, LNA, PA/mix
Από το διάγραμμα: T πλ = Τ πλ (έδαφος) +Τ πλ (ατμόσφαιρα) Τα πλ (έδαφος) = (1/2) Τ έδαφος G πλ (1) -10dBi = 10logG πλ G πλ =0.1 (2) Από (1) και (2) προκύπτει: (1/2)x 290x0.1 =14.5 K
Συζεύκτης: -0.2dB L Σ =0.95 Γραμμή μεταφοράς: -0.1dB L M = 0.977
Παράδειγμα 2 Δεδομένων των παρακάτω πληροφοριών για μια δορυφορική ζεύξη υπολογίστε την απαιτούμενη ισχύ εκπομπής από τον επίγειο σταθμό. Επίγειος Σταθμός: G e =55dB Δορυφόρος: G s =25dB T e = 18.13dBK P s =6 W = 7.8dBw T = 31.8dBK Συνολικά στοιχεία L u = 203dB L d = 199 db C/N = 21 db B RF = 8MHz M = 4dB k=1.38x10-3 = -228.6dB Λύση C/T d = E s L d M + G e /T e (dbw/k) E s = P s + G s = 32.8 (dbw) G e /T e =(55dB 18.13dBK)=36.87 (db/k) C/T d = -133.33 db/k
Συνολικά C/N T = 21dB (δεδομένο) C/T T = C/N T +10logk+10logk+10logB RF = 21 228.6+69= -138.6 dbw/t Πρέπει να υπολογιστεί το C/T u : να βρεθεί το P e C/T u = -137.0 dbw/k Άνοδος E e =P e +G e P e = 76.8 55 P e =21.8dBw ή P e =151W