ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΩΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΜΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Διδάσκων: Δρ. Εμμανουήλ Θ. Μιχαηλίδης Διάλεξη #7 Ανάλυση και Σχεδίαση Δορυφορικών Ζεύξεων (β)

Περιεχόμενα Μαθήματος 2 ΜΕΡΟΣ 1 ο : Εισαγωγή και Ανασκόπηση Βασικών Εννοιών ΜΕΡΟΣ 2 ο : Δορυφορικές Τροχιές ΜΕΡΟΣ 3 ο : Δομή και Βασικά Τμήματα Συστημάτων Δορυφορικών Επικοινωνιών ΜΕΡΟΣ 4 ο : Φαινόμενα και Μηχανισμοί Διάδοσης ΜΕΡΟΣ 5 ο : Ανάλυση και Σχεδίαση Δορυφορικών Ζεύξεων ΜΕΡΟΣ 6 ο : Τεχνικές Μετάδοσης ΜΕΡΟΣ 7 ο : Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης

Στόχοι Σχεδίασης Δορυφορικών Ζεύξεων (1/3) 3 Η σχεδίαση οποιασδήποτε δορυφορικής επικοινωνίας βασίζεται σε δύο στόχους, την ικανοποίηση ενός ελάχιστου λόγου C/N για ένα καθορισμένο ποσοστό χρόνου και τη μεταφορά της μέγιστης τηλεπικοινωνιακής κίνησης αποκόμισης κερδών με ελάχιστο κόστος. Κάθε δορυφορική ζεύξη μπορεί να σχεδιαστεί με πολύ μεγάλες κεραίες για την επίτευξη υψηλών λόγων C/N σε όλες τις συνθήκες, αλλά το κόστος θα είναι υψηλό!!! Η τέχνη της καλής σχεδίασης ενός συστήματος είναι να επιτευχθεί ο καλύτερος συμβιβασμός των παραμέτρων του συστήματος σε σχέση με τις προδιαγραφές και το κόστος. Ένας μηχανικός είναι ένα άτομο που μπορεί να κάνει με κόστος ενός δολαρίου αυτό που κάνει ένας ανόητος με κόστος εκατό δολαρίων.

Στόχοι Σχεδίασης Δορυφορικών Ζεύξεων (2/3) 4 Θεωρούμε ζεύξη από σταθμό σε σταθμό και χρήση δορυφορικού επαναλήπτη που εκτελεί ενίσχυση του λαμβανόμενου σήματος και αλλαγή της συχνότητας του φέροντος. Δύο υποθέσεις γίνονται για τον επαναλήπτη, προκειμένου να απλουστευτεί ο υπολογισμός του συνολικού σηματοθορυβικού λόγου για την άνω και κάτω ζεύξη: Είναι διαφανής (transparent) ή αλλιώς bent pipe και όχι αναγεννητικός (regenerative), δηλαδή δεν εκτελεί λειτουργίες αποδιαμόρφωσης και/ή επεξεργασίας. Υποστηρίζει μόνο ένα φέρον.

Στόχοι Σχεδίασης Δορυφορικών Ζεύξεων (3/3) 5 1 i P P RX 1 o P P TX Συνολική ζεύξη μεταξύ δύο επίγειων σταθμών με διαφανή επαναλήπτη

Χειρότερες Συνθήκες για Link Budget 6 Οι προϋπολογισμοί ζεύξης γίνονται συνήθως για τη χειρότερη περίπτωση, όταν η ζεύξη θα έχει το χαμηλότερο λόγο C/N. Ο λόγος C/N θα ελαχιστοποιηθεί όταν: Ο επίγειος σταθμός βρίσκεται στο άκρο της ζώνης κάλυψης του δορυφόρου όπου το λαμβανόμενο σήμα είναι τυπικά 3 db χαμηλότερα από ότι στο κέντρο της ζώνης λόγω του διαγράμματος ακτινοβολίας της κεραίας του δορυφόρου. Το μήκος διαδρομής από το δορυφόρο προς τον επίγειο σταθμό είναι μέγιστο. Η γωνία ανύψωσης στον επίγειο σταθμό είναι χαμηλή, άρα και η ατμοσφαιρική εξασθένηση διαδρομής υψηλότερη. Μέγιστη εξασθένηση λόγω βροχής στη ζεύξη, άρα και απώλεια ισχύος του λαμβανόμενου σήματος, καθώς και αύξηση στη θερμοκρασία θορύβου του συστήματος λήψης.

Κριτήρια Ποιότητας (1/5) 7 Τα κριτήρια-στόχοι ποιότητας που χρησιμοποιούνται συνήθως και συνδέονται με τιμές κατωφλίου (S/N για αναλογική μετάδοση ή BER για ψηφιακή) είναι τα εξής: Διαθεσιμότητα (Availability): Το ποσοστό του χρόνου που το σύστημα είναι λειτουργικό. Επίδοση Σφαλμάτων (Error Performance): Ρυθμός Σφαλμάτων για το χρονικό διάστημα που το σύστημα είναι διαθέσιμο. Λόγω της στοχαστικής φύσης του μέσου μετάδοσης, η επίδοση μπορεί να περιγραφεί μόνο με την πιθανότητα να ικανοποιούνται συγκεκριμένες τιμές για τα δύο κριτήρια ποιότητας ή ισοδύναμα με το ποσοστό του χρόνου για το οποίο οι τιμές ικανοποιούνται.

Κριτήρια Ποιότητας (2/5) 8 Σύσταση ITU-R S.579. H μη διαθεσιμότητα για αναλογική μετάδοση δεν πρέπει να υπερβαίνει: Το 0.2% του έτους (περίπου 17.5 ώρες) για την περίπτωση βλάβης. Το 0.2% οποιουδήποτε μήνα, αν η διακοπή οφείλεται σε φαινόμενα μετάδοσης. Μια ζεύξη χαρακτηρίζεται από μη διαθεσιμότητα αν για μια περίοδο 10 sec: Το επιθυμητό σήμα που εισέρχεται στο κύκλωμα λαμβάνεται με τιμή τουλάχιστο 10 db μικρότερη από την αναμενόμενη ή Για τηλεφωνικό κανάλι η ισχύς του θορύβου (χωρίς ζύγιση) στο σημείο αναφοράς μηδενικής στάθμης υπερβαίνει τα 10 6 pw, υπολογισμένη ως ολοκλήρωμα σε διάρκεια 5 msec.

Κριτήρια Ποιότητας (3/5) 9 Σύσταση ITU-R S.522. Για ψηφιακή (PCM) εκπομπή τηλεφωνικών σημάτων ο ρυθμός σφαλμάτων bit (BER) δεν πρέπει να υπερβαίνει: 10-6, σαν μέση τιμή για δέκα λεπτά, για περισσότερο από το 20% οποιουδήποτε μήνα. 10-4, σαν μέση τιμή για ένα λεπτό, για περισσότερο από το 0.3% οποιουδήποτε μήνα. 10-3, σαν μέση τιμή για ένα δευτερόλεπτο, για περισσότερο από το 0.05% οποιουδήποτε μήνα.

Κριτήρια Ποιότητας (4/5) 10 Χρόνος μη διαθεσιμότητας

Κριτήρια Ποιότητας (5/5) 11 Οι δορυφορικές ζεύξεις σχεδιάζονται να επιτυγχάνουν αξιοπιστία από 99.5 ως 99.99% (ως μέση τιμή στη διάρκεια τυπικά ενός έτους). Άρα ο λόγος C/N στο δέκτη θα μειωθεί κάτω από την ελάχιστη επιτρεπόμενη τιμή για τη σωστή λειτουργία της ζεύξης για ποσοστό μεταξύ του 0.5 και 0.01% του καθορισμένου χρόνου. Η ζεύξη λέγεται τότε ότι υφίσταται μια διακοπή (outage). Ο επιτρεπόμενος χρόνος διακοπής για μια ζεύξη εξαρτάται εν μέρει από την κίνηση που μεταφέρεται. Λόγω της επίδρασης της βροχής που μειώνει την αξιοπιστία της ζεύξης, η τηλεφωνική κίνηση χρειάζεται κανάλια πραγματικού χρόνου (ζώνη C ή Ku), ενώ οι μεταδόσεις Διαδικτύου επηρεάζονται λιγότερο από τις σύντομες διακοπές (ζώνη Ka).

Μη Γραμμικότητες Ενισχυτών (1/8) 12 Η απόδοση της άνω ζεύξης, όπου ο επίγειος σταθμός μεταδίδει το σήμα και ο δορυφόρος λαμβάνει, συχνά προσδιορίζεται από την απαίτηση σε πυκνότητα ροής ισχύος στην είσοδο της κεραίας του δορυφορικού δέκτη για να παραχθεί η επιθυμητή ισχύς εξόδου μετάδοσης του δορυφόρου. Η απόδοση του τελικού ενισχυτή ισχύος στον δορυφόρο, ο οποίος συνήθως αποτελείται από έναν ενισχυτή με λυχνία οδεύοντος κύματος υψηλής ισχύος (traveling-wave tube amplifier TWTA) ή ενισχυτή στερεάς κατάστασης (solid state power amplifier SSPA), είναι το κρίσιμο στοιχείο για τον καθορισμό της απαιτούμενης πυκνότητας ροής ισχύος. Στη ζώνη C, ένας τυπικός επίγειος σταθμός άνω ζεύξης εκπέμπει 100 W με μια κεραία 9 m, δίνοντας μια πυκνότητα ροής στο δορυφόρο -100 dbw/m 2.

Μη Γραμμικότητες Ενισχυτών (2/8) 13 Κύριο χαρακτηριστικό των ενισχυτών υψηλής ισχύος (high power amplifier HPA) είναι η μη γραμμικότητα που παρουσιάζουν κατά την ενίσχυση ενός σήματος, δηλαδή η τάση εξόδου, ειδικά σε υψηλά επίπεδα, δεν είναι ανάλογη της τάσης εισόδου. Η χαρακτηριστική κέρδους που προσφέρουν εμφανίζει μια σταδιακή μείωση όσο αυξάνει η ισχύς του σήματος εισόδου, μέχρι ένα ανώτατο σημείο κορεσμού, στο οποίο μία ορισμένη ισχύς εισόδου οδηγεί σε μια μέγιστη ισχύ εξόδου. Πέραν από το σημείο αυτό, η όποια αύξηση της ισχύος στην είσοδο του αναμεταδότη δεν επιφέρει και ανάλογη αύξηση στην έξοδό του. Η μη-γραμμικότητα, επίσης, επιδρά και στη φάση του σήματος, που ενισχύει ο αναμεταδότης.

Μη Γραμμικότητες Ενισχυτών (3/8) 14 Κάθε αναμεταδότης έχει ένα ορισμένο σημείο λειτουργίας, το οποίο επιθυμούμε να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σημείο κορεσμού (saturation), όπου ο αναμεταδότης παρουσιάζει το μεγαλύτερο κέρδος. Στο σημείο αυτό, ο αναμεταδότης λειτουργεί σε θέση αναδίπλωσης ισχύος (backoff BO), η οποία χαρακτηρίζει τη θέση λειτουργίας του αναμεταδότη και ορίζεται, για την είσοδο (IBO) και την έξοδο (OBO), αντίστοιχα, από τις σχέσεις: IBO Απλό Φέρον 1 Pi 1 P i sat OBO Είσοδος Saturation (Κατάσταση Κόρου) P 1 Έξοδος Po 1 o sat

Μη Γραμμικότητες Ενισχυτών (4/8) 15 Όταν υπάρχουν πολλαπλά φέροντα (multi-carriers) εισόδου στον ενισχυτή TWTA ή SSPA, η χαρακτηριστική συνάρτηση μεταφοράς εμφανίζει μία διαφορετική μη γραμμική απόκριση. Χαρακτηριστική συνάρτηση μεταφοράς εισόδου-εξόδου ενός ενισχυτή ισχύος

Μη Γραμμικότητες Ενισχυτών (5/8) 16 Η αναδίπλωση ισχύος εξόδου είναι από 1 έως 3 db όταν στον αναμεταδότη φθάνουν περισσότερα από ένα σήματα και καθορίζεται από την ισχύ φέροντος της άνω ζεύξης που λαμβάνεται στο δορυφόρο. Όταν ένας πολύ μεγάλος αριθμός επίγειων σταθμών προσπελάζει έναν μεμονωμένο αναμεταδότη χρησιμοποιώντας FDMA (π.χ. δίκτυα VSAT), μπορεί να απαιτηθεί αναδίπλωση ισχύος εξόδου του αναμεταδότη κατά 5 έως 7 db για να διατηρηθούν τα προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης σε χαμηλό επίπεδο. Ακόμη και στην περίπτωση ενός φέροντος θα εφαρμοστεί κατά κανόνα κάποια αναδίπλωση ισχύος για την αποφυγή της PM- AM μετατροπής που προκύπτει, όταν διαμορφωμένα σήματα εκπέμπονται μέσω μη γραμμικών συσκευών.

Μη Γραμμικότητες Ενισχυτών (6/8) 17 Το κέρδος κορεσμού του επαναλήπτη και το κέρδος σε οποιοδήποτε σημείο λειτουργίας είναι: G sat SL Satellite P P 1 o 1 i sat sat G 1 1 P OBO Po o sat OBO SL G 1 1 sat SL P IBO i IBO Pi sat

Μη Γραμμικότητες Ενισχυτών (7/8) 18 Η EIRP κορεσμού στην κάτω ζεύξη είναι: EIRP sat SL P 1 o L L sat ta FTX G t Η απαιτούμενη πυκνότητα ισχύος στην άνω ζεύξη για να προκαλέσει κορεσμό είναι: F sat SL P r A e 1 i P L L L sat FRX ra pol GR 4 2 U W/m 2

Μη Γραμμικότητες Ενισχυτών (8/8) 19 Η ισχύς εξόδου πομπού του επίγειου σταθμού P t μπορεί επίσης να υπολογιστεί από την ισχύ εξόδου του αναμεταδότη και το κέρδος του αναμεταδότη όταν αυτές οι παράμετροι είναι γνωστές και χρησιμοποιείται ένας bent pipe αναμεταδότης. Γενικά, ισχύει ότι: Prxp Psat OBOGxp dbw όπου P sat είναι η ισχύς εξόδου στον κόρο του αναμεταδότη σε dbw, OBO (αρνητικά db) είναι η αναδίπλωση ισχύος εξόδου σε db, και G xp είναι το κέρδος του αναμεταδότη σε db.

Άλλα Θέματα Άνω Ζεύξης (1/6) 20 Αυτό που καθορίζει την απόσταση μεταξύ των δορυφόρων και περιορίζει τη χωρητικότητα της GEO τροχιάς σε οποιαδήποτε ζώνη συχνοτήτων είναι το πρόβλημα παρεμβολών της άνω ζεύξης. Υπάρχει μια προδιαγραφή της ITU-R για τα διαγράμματα ακτινοβολίας κεραιών των επίγειων σταθμών με σκοπό την ελαχιστοποίηση των παρεμβολών. Το κέρδος των κεραιών εκπομπής πρέπει να είναι μικρότερο από G(θ) = 29 25 log θ db στην περιοχή 1 < θ < 7 από τη διεύθυνση σκόπευσης της κεραίας και G(θ) = 32 25 log θ db πέρα από 7.

Άλλα Θέματα Άνω Ζεύξης (2/6) 21 Προδιαγραφές ITU-R για την περιβάλλουσα του πλευρικού λοβού των διαγραμμάτων ακτινοβολίας της κεραίας εκπομπής για αποστάσεις 2 μεταξύ δορυφόρων GEO

Άλλα Θέματα Άνω Ζεύξης (3/6) 22 Σε συχνότητες άνω των 10 GHz, διαταραχές διάδοσης υπό μορφή διαλείψεων σε συνθήκες βροχής προκαλούν μείωση της λαμβανόμενηςστάθμηςισχύος στο δορυφόρο. Οπότε, έχουμε μείωση του λόγου C/N άνω ζεύξης στον αναμεταδότη και μέιωση του συνολικού λόγου (C/N) 0 στο δέκτη του επίγειου σταθμού, όταν χρησιμοποιείται ένας γραμμικός (bent pipe) αναμεταδότης στο δορυφόρο. Ο έλεγχος ισχύος άνω ζεύξης (uplink power control UPC) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντιμετωπιστεί η εξασθένηση λόγω βροχής στην άνω ζεύξη.

Άλλα Θέματα Άνω Ζεύξης (4/6) 23 Ο επίγειος σταθμός εκπομπής παρακολουθεί ένα σήμα ραδιοφάρου από το δορυφόρο, και επαγρυπνεί για μειώσεις ισχύος που υποδηλώνουν διαλείψεις λόγω βροχής στην κάτω ζεύξη. Οι νέες γενιές δορυφόρων στη ζώνη Ka υιοθετούν την ανίχνευση στάθμης ισχύος άνω ζεύξης στο δορυφόρο. Μια ζεύξη ελέγχου με κάθε επίγειο σταθμό άνω ζεύξης κλείνει το βρόχο. Δεδομένου ότι η κάτω ζεύξη είναι πάντα σε μια διαφορετική συχνότητα από την άνω ζεύξη, μια εξασθένηση A db στην κάτω ζεύξη πρέπει να κλιμακοποιηθεί για να υπολογιστεί η εξασθένηση στην άνω ζεύξη.

Άλλα Θέματα Άνω Ζεύξης (5/6) 24 Ο συντελεστής κλίμακας που χρησιμοποιείται είναι τυπικά ο (f up /f down ) a όπου το a είναι τυπικά μεταξύ 2.0 και 2.4. Για παράδειγμα, ένας σταθμός άνω ζεύξης που εκπέμπει στα 14.0 GHz παρακολουθεί το ραδιοφάρο του δορυφόρου στα 11.45 GHz. Η εξασθένηση στην άνω ζεύξη δίνεται επομένως από τη σχέση A A f f / db up down up down a όπου A up είναι η κατ εκτίμηση εξασθένηση λόγω βροχής στην άνω ζεύξη και A down είναι η μετρούμενη εξασθένηση λόγω βροχής στην κάτω ζεύξη.

Άλλα Θέματα Άνω Ζεύξης (6/6) 25 Για μια τιμή a = 2.2 και (f up /f down ) = 1.222 ο συντελεστής (f up /f down ) a είναι 1.56. Άρα, μια εξασθένηση 3 db λόγω βροχής στην κάτω ζεύξη θα έδινε μια κατ εκτίμηση εξασθένηση 4.7 db στην άνω ζεύξη. Αυτή η τιμή εξασθένησης στην άνω ζεύξη ισχύει μόνο για συνθήκες βροχής και δεν περιλαμβάνει εξασθένηση από αέρια ή σπινθηρισμό, τα οποία απαιτούν διαφορετικούς λόγους κλιμάκωσης.

Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος (1/5) 26 Θεωρώντας αρχικά ότι δεν έχουμε παρεμβολές, η λαμβανόμενη ισχύς στην είσοδο του δέκτη του επίγειου σταθμού είναι C D. Ο θόρυβος στην είσοδο του δέκτη του επίγειου σταθμού αποτελείται από το άθροισμα δύο συνιστωσών: Tον θόρυβο στην κάτω ζεύξη που καθορίζει το λόγο (C/N o )D και υπολογίζεται ως εξής: N o D kt D Το θόρυβο στην άνω ζεύξη που επανεκπέμπεται από το δορυφόρο.

Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος (2/5) 27 Άρα, ο συνολικός θόρυβος είναι: όπου G GG t SLGr / LFTX LFRX Lp, D είναι το ολικό κέρδος ισχύος μεταξύ της εισόδου του δέκτη του δορυφόρου και της εισόδου του δέκτη του επίγειου σταθμού. Άρα θα ισχύει ότι: N N GN W/Hz o T o D o U N N GN N N 1 o T o D o U o D o U 1 ot D D D D C N C C C C G όπου C D G -1 η ισχύς του σήματος στην είσοδο του δορυφορικού δέκτη.

Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος (3/5) 28 Υπολογίζουμε, λοιπόν, ότι: o 1 C N U N o U 1 D C G 1 1 1 C C C N N N o T o U o D -1 Hz Παρατηρούμε ότι ο συνολικός σηματοθορυβικός λόγος δεν είναι δυνατόν να υπερβεί ούτε τον σηματοθορυβικό λόγο για την άνω ζεύξη ούτε τον σηματοθορυβικό λόγο για την κάτω ζεύξη.

Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος (4/5) 29 Χρήσιμοι εμπειρικοί κανόνες για τον υπολογισμό του (C/N 0 ) T από δύο τιμές C/Nο: Αν οι τιμές C/N o είναι ίσες, το (C/N o ) T είναι 3 db χαμηλότερο από τη μία ή την άλλη τιμή. Αν η μία τιμή C/N o είναι 10 db μικρότερη από την άλλη τιμή, το (C/N o ) T είναι 0.4 db χαμηλότερο από τη μικρότερη τιμή C/No. Αν η μία τιμή C/N o είναι 20 ή και περισσότερα db μεγαλύτερη από την άλλη τιμή C/N o, ο συνολικός (C/N o ) T ισούται με τη μικρότερη εκ των δύο τιμών C/N o μέσα στην ακρίβεια των υπολογισμών decibel (±0.1 db).

Συνολικός Σηματοθορυβικός Λόγος (5/5) 30 Αν εισάγουμε τις τιμές του κορεσμού έχουμε ότι: 1 1 i IBO Po sat 1 C P IBO P i sat C IBO N N N G N N o U o U o U sat SL o U o U, sat Hz C 1 1G C OBO EIRP N L kt N OBO Hz sat SL o pd, D ES o D, sat Δείκτης ποιότητας επίγειου σταθμού Ο επαναλήπτης λειτουργεί στον κόρο

Περιθώριο Ασφάλειας (1/2) 31 Ο σηματοθορυβικός λόγος στην κάτω ζεύξη επηρεάζεται από τη βροχή, όχι μόνο λόγω εξασθένησης και αύξησης της θερμοκρασίας θορύβου, αλλά και λόγω την μικρότερης ισχύς εξόδου λόγου της μικρότερης ισχύς εισόδου (σχέση IBO και OBO): C C N N o U, rain o U, clearsky L rain dbhz C C G N N T OBO L dbhz rain o D, rain o D, clearsky G G G T T T clearsky rain

Περιθώριο Ασφάλειας (2/2) 32 Πολλές φορές λόγω της βροχής πρέπει να συμπεριλαμβάνουμε ένα περιθώριο ασφάλειας (margin) M = (C/N o ) clearsky - (C/N o ) required = (C/N o ) clearsky - (C/N o ) rain στους υπολογισμούς. Το περιθώριο αυτό σημαίνει αύξηση της εκπεμπόμενης ισχύος EIRP. Αν αυτή η λύση δεν είναι εφικτή, διότι υπάρχουν μεγάλες εξασθενίσεις για μικρό ποσοστό του χρόνου και υψηλές συχνότητες, τότε είτε χρησιμοποιείται επίγειος σταθμός σε άλλη τοποθεσία, είτε μεταβάλλονται τα χαρακτηριστικά της ζεύξης για όσο διάστημα διαρκεί το φαινόμενο που υποβαθμίζει τη ζεύξη.

Επίδραση Παρεμβολών (1/6) 33 Πιθανές αιτίες παρεμβολής είναι στην άνω ζεύξη: Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του δορυφόρου από επίγειο σταθμό που στοχεύει σε γειτονικό δορυφόρο. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του δορυφόρου από διαδορυφορική ζεύξη (inter-satellite link) με γειτονικό δορυφόρο. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του δορυφόρου από προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης στον ενισχυτή υψηλής ισχύος του επίγειου σταθμού. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του δορυφόρου από την εκπομπή ορθογωνικής πόλωσης από τον επίγειο σταθμό.

Επίδραση Παρεμβολών (2/6) 34 Πιθανές αιτίες παρεμβολής είναι στην κάτω ζεύξη: Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του επίγειου σταθμού από γειτονικό δορυφόρο. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του επίγειου σταθμού από προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης στο ενισχυτή υψηλής ισχύος του δορυφόρου. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του επίγειου σταθμού από την εκπομπή ορθογωνικής πόλωσης από το δορυφόρο. Ανεπιθύμητη ισχύς στην είσοδο του επίγειου σταθμού από την εκπομπή άλλων επίγειων συστημάτων που λειτουργούν στην ίδια συχνότητα και βρίσκονται κοντά στο επίγειο σταθμό.

Επίδραση Παρεμβολών (3/6) 35 Γεωμετρία παρεμβολής μεταξύ γειτονικών δορυφόρων Γεωμετρία παρεμβολής μεταξύ επίγειων σταθμών, αναμεταδοτών και δορυφόρου

Επίδραση Παρεμβολών (4/6) 36 Η υπέρθεση των παρεμβολών στο χρήσιμο σήμα της ζεύξης από σταθμό σε σταθμό γίνεται σε δύο επίπεδα: Στην είσοδο του επαναλήπτη στην άνω ζεύξη. Στην είσοδο του δέκτη του επίγειου σταθμού στην κάτω ζεύξη. Το φαινόμενο είναι παρόμοιο με την αύξηση του θερμικού θορύβου στη ζεύξη. Δηλαδή: N N N o o χωρίς παραμβολές o I

Επίδραση Παρεμβολών (5/6) 37 1 1 1 C C C N N N o D o D o ID, χωρίς-παρεμβολές 1 1 1 C C C N N N o U o U o IU, χωρίς-παρεμβολές Hz Hz 1 1 1 1 1 1 C C C C N N N N o T o U o D o I χωρίς-παρεμβολές 1 1 χωρίς-παρεμβολές χωρίς-παρεμβολές C C C C N N N N o U o D o χωρίς-παρεμβολές Hz 1 1 1 IU, o ID, Hz 1

Επίδραση Παρεμβολών (6/6) 38 Τελικά ο συνολικός λόγος μπορεί να γραφεί ως εξής: 1 C N I U ND Iintermod crospol Iadjsat I terrestrial N T C C C C C C όπου οι τρεις πρώτοι όροι της παρεμβολής εμπεριέχουν τις επιδράσεις στην άνω και στην κάτω ζεύξη.

Απόδοση Παραμέτρων της Ζεύξης (1/4) 39 Ο συνολικός λόγος για τη ζεύξη (C/No) T της ισχύος του διαμορφωμένου φέροντος προς τη φασματική πυκνότητα ισχύος του θορύβου υπολογίζεται στην είσοδο του δέκτη (αποδιαμορφωτή) του σπίγειου σταθμού. Ο σηματοθορυβικός λόγος (S/N) ή ο ρυθμός σφαλμάτων (BER), ανάλογα με τον τύπο της μετάδοσης που χρησιμοποιείται, υπολογίζεται στην έξοδο του δέκτη (αποδιαμορφωτή), δηλαδή αφορά το σήμα βασικής ζώνης. Τόσο στα αναλογικά όσο και στα ψηφιακά συστήματα μετάδοσης, υπάρχει μια σχεδόν γραμμική σχέση μεταξύ του S/N ή του BER στην έξοδο του αποδιαμορφωτή και του C/N στην είσοδο του αποδιαμορφωτή, με δεδομένο ότι ο λόγος C/N υπερβαίνει μια τιμή κατωφλίου.

Απόδοση Παραμέτρων της Ζεύξης (2/4) 40 Αντί του λόγου C/N, στα ψηφιακά συστήματα χρησιμοποιείται ο λόγος E b /N o (energy per bit to noise power spectral density ratio), δηλαδή ο λόγος της ενέργειας δυαδικού ψηφίου προς την φασματική πυκνότητα ισχύος του θορύβου. Η ενέργεια δυαδικού ψηφίου E b είναι περισσότερο χρήσιμη σε σχέση με την ισχύ φέροντος C για την περιγραφή και υλοποίηση της δορυφορικής ζεύξης και συνδέεται με την ισχύ φέροντος μέσω της σχέσης: E b CT b όπου T b είναι η διάρκεια των δυαδικών ψηφίων (σε sec).

Απόδοση Παραμέτρων της Ζεύξης (3/4) 41 Οπότε, έχουμε ότι: Eb C C 1 C Eb Tb Rb N N N R N N o o o b o o E C 1 C Bn C E R N N R NR N N B b b b o o b b o n όπου R b είναι ο ρυθμός μετάδοσης των δυαδικών ψηφίων (σε bps). Η παραπάνω σχέση επιτρέπει τη σύγκριση των επιδόσεων της ζεύξης, των αναλογικών και των ψηφιακών τεχνικών διαμόρφωσης και διαφόρων ρυθμών μετάδοσης για τις ίδιες παραμέτρους της ζεύξης του συστήματος.

Απόδοση Παραμέτρων της Ζεύξης (4/4) 42 Ο λόγος E b /N o συμπεριφέρεται παρόμοια με τον λόγο C/N και τον λόγο C/Ν o από άποψη απόδοσης του συστήματος, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση. Και οι τρεις παράμετροι μπορούν συνήθως να ληφθούν υπόψη κατ εναλλαγή για την αξιολόγηση των δορυφορικών ζεύξεων, σε σχέση με τις επιπτώσεις τους στην απόδοση του συστήματος.

Διαδικασία Σχεδίασης (1/3) 43 1. Προσδιορίστε τη ζώνη συχνοτήτων στην οποία πρέπει να λειτουργεί το σύστημα. Μπορεί να απαιτηθούν εναλλακτικές σχεδιάσεις για σύγκριση. 2. Καθορίστε τις παραμέτρους επικοινωνιών του δορυφόρου. Υπολογίστε οποιεσδήποτε τιμές που δεν είναι γνωστές. 3. Καθορίστε τις παραμέτρους των Επίγειων Σταθμών εκπομπής και λήψης. 4. Αρχίστε από τον επίγειο σταθμό εκπομπής. Καταρτήστε έναν προϋπολογισμό άνω ζεύξης και έναν προϋπολογισμό ισχύος θορύβου του αναμεταδότη για να βρείτε τον (C/N) U στον αναμεταδότη.

Διαδικασία Σχεδίασης (2/3) 44 5. Βρείτε την ισχύ εξόδου του αναμεταδότη βάσει του κέρδους αναμεταδότη ή της αναδίπλωσης ισχύος εξόδου. 6. Καταρτήστε έναν προϋπολογισμό ισχύος και θορύβου της κάτω ζεύξης για τον επίγειο σταθμό λήψης. Υπολογίστε τα (C/N) D και (C/N) T για έναν σταθμό στην άκρη της ζώνης κάλυψης (η χειρότερη περίπτωση). 7. Υπολογίστε το λόγο S/N ή το BER στο κανάλι βασικής ζώνης. Βρείτε τα περιθώρια ζεύξης. 8. Αξιολογήστε το αποτέλεσμα και συγκρίνετε με τις απαιτήσεις προδιαγραφών.

Διαδικασία Σχεδίασης (3/3) 45 9. Αλλάξτε παραμέτρους του συστήματος όπως απαιτείται για να λάβετε αποδεκτές τιμές (C/N) T ή S/N ή BER. Αυτό μπορεί να απαιτήσει πολλές δοκιμαστικές σχεδιάσεις. 10. Προσδιορίστε τις συνθήκες διάδοσης κάτω από τις οποίες πρέπει να λειτουργεί η ζεύξη. Υπολογίστε τους χρόνους διακοπών για άνω ζεύξη και κάτω ζεύξη. 11. Επανασχεδιάστε το σύστημα αλλάζοντας κάποιες παραμέτρους αν τα περιθώρια ζεύξης είναι ανεπαρκή. Ελέγξτε ότι όλες οι παράμετροι είναι λογικές και ότι η σχεδίαση μπορεί να υλοποιηθεί στα πλαίσια του προβλεπόμενου προϋπολογισμού.

Ευχαριστώ για την προσοχή σας!