ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΕ 10 Δορυφορικές Επικοινωνίες Χειμερινό Εξάμηνο Διάλεξη 3 η Επίκουρος Καθηγητής Νικόλαος Χ. Σαγιάς Webpage: http://eclass.uop.gr/courses/tst207 e-mail: nsagias@uop.gr
Περιεχόμενα Εισαγωγικά Τροχιές Ανάλυση ραδιοζεύξεων Τεχνικές εκπομπής/λήψης Πολλαπλή πρόσβαση Δορυφορικά δίκτυα Ειδικά θέματα 2
Ανάλυση Ραδιοζεύξεων Πομπός G t L FS G r Δέκτης T x P t R Μέσο Διάδοσης P r R x Αντικείμενο των ραδιοζεύξεων είναι η μελέτη των επιδόσεων του παραπάνω συστήματος Για παράδειγμα, ο προσδιορισμός της λαμβανόμενη ισχύος (νόμος του Friis) είναι 2 λ Pr = PG t tgr 4 π R με λ το μήκος κύματος του ραδιοκύματος που εκπέμπεται 1/ L FS Για μία μελέτη κοντά στην πραγματικότητα, επιπλέον, πρέπει να λάβουμε υπ όψιν: Την επίδραση του μέσου διάδοσης (ατμόσφαιρα, ιονόσφαιρα) Ατέλειες του εξοπλισμού εκπομπής και λήψης (π.χ. απώλειες κυματοδηγού, κακή σκόπευση) Το θόρυβο που εισάγεται στο δέκτη 3
Επίδραση της Ατμόσφαιρας Η Γη περιβάλλεται από στοιβάδες μείγματος αερίων, οι οποίες συνθέτουν την ατμόσφαιρα. Το μείγμα αερίων, αποτελείται από: Οξυγόνο 21% Άζωτο 78% Άλλα αέρια, CO 2, H 2 O, O 3, σκόνη, κλπ Εξώσφαιρα Θερμόσφαιρα Ιονόσφαιρα Η ατμόσφαιρα περιλαμβάνει Τροπόσφαιρα (καιρικά φαινόμενα) Στρατόσφαιρα (όζων) Μεσόσφαιρα Θερμόσφαιρα Ιονόσφαιρα Εξώσφαιρα Μεσόσφαιρα Στρατόσφαιρα Τροπόσφαιρα Θερμοκρασία (Κ) Πυκνότητα ηλεκτρονίων (cm -3 ) 4
Επίδραση της Ατμόσφαιρας 5
Επίδραση της Ατμόσφαιρας Η τροπόσφαιρα είναι το στρώμα με τα πρώτα 4 km από την επιφάνεια της Γης Στην τροπόσφαιρα εξελίσσονται τα καιρικά φαινόμενα Η τροπόσφαιρα προκαλεί Απώλειες λόγω απορρόφησης σε συχνότητες > 10 GHz Αποπόλωση σε περίπτωση έντονης βροχόπτωσης Σπινθηρισμούς (scintillations) που είναι μεταβολές του δείκτη διάθλασης Διαλείψεις πολυδιόδευσης σε χαμηλές γωνίες ανύψωσης < 10 o 6
Επίδραση της Ατμόσφαιρας Η ιονόσφαιρα αποτελεί την εξωτερική στοιβάδα της ατμόσφαιρας Είναι ιονισμένη λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας Δεν είναι ομογενής, ενώ περιέχει νέφη κινούμενων ηλεκτρονίων Η τροπόσφαιρα προκαλεί Σπινθηρισμούς Απορρόφηση (σε χαμηλές συχνότητες) Διακυμάνσεις στην κατεύθυνση όδευσης (σε χαμηλές συχνότητες) Καθυστέρηση διάδοσης (σε χαμηλές συχνότητες) Διασπορά (σε χαμηλές συχνότητες) Στροφή Faraday (εντονότερη σε χαμηλές συχνότητες, γωνία στροφής αντιστρόφως ανάλογη του f 2 ) 7
Επίδραση της Ατμόσφαιρας Η ατμοσφαιρική απορρόφηση εξαρτάται από: Τη συχνότητα εκπομπής Τη γωνία ανύψωσης Τοπικά μέγιστα: Στη συχνότητα συντονισμού 22.2 GHz του H 2 O Στη συχνότητα συντονισμού 60 GHz του O 2 8
Τροποσφαιρκές Κατακρημνίσεις Ρυθμός βροχόπτωσης (rain rate) ονομάζεται ο ρυθμός με τον οποίο το νερό συσσωρεύεται σε βροχομετρητή ευρισκόμενος στο έδαφος στην περιοχή ενδιαφέροντος (π.χ. εκεί που πρόκειται να εγκατασταθεί επίγειος σταθμός) R e : ο ρυθμός βροχόπτωσης (mm/h) μετράται με βροχόμετρα ή βρίσκεται από πίνακες e: το ποσοστό του χρόνου που το R e ξεπερνάει μια δεδομένη τιμή σε 100%/year π.χ.: R 0.001 αντιστοιχεί σε χρονική διάρκεια 0.001 x 365days x 24h x 60min %100/year 5.3 min/year 9
Τροποσφαιρκές Κατακρημνίσεις Ειδική εξασθένηση (specific attenuation): Είναι η εξασθένιση της ισχύος του σήματος ανά km μέσα στο στρώμα της βροχής γ = kr R a e [ db/km] 1 k = k + k + ( k k ) cos 2 H V H V ( E) cos( 2τ ) 2 1 a= k a + k a + ( k a k a ) cos 2 H H V V H H V V ( E) cos( 2τ ) 2k k H, k V, α H, α V : εξαρτώνται από τη συχνότητα και λαμβάνονται από πίνακες E: η γωνία ανύψωσης τ: η γωνία κλίσης της πόλωσης (π.χ. για κυκλική πόλωση, τ = 45 o ) 10
Τροποσφαιρκές Κατακρημνίσεις Ειδική εξασθένιση (db/km) Ρυθμός βροχόπτωσης (mm/h) Συχνότητα (GHz) (κάθετη) Συχνότητα (GHz) (οριζόντια) 11
Τροποσφαιρκές Κατακρημνίσεις Ολική εξασθένηση (total attenuation): A = γ L [ db] L e : το ενεργό μήκος της διαδρομής (effective path length) του σήματος διαμέσου της βροχής RAIN R e Βροχή L S E h R h S L G L S : το γεωμετρικό μήκος της διαδρομής του σήματος διαμέσου της βροχής, L S = (h R - h S )/sin(e) h R = 3 + 0.028 (γεωγρ. πλ.) [km], αν 0 ο < γεωγρ. πλ. < 36 ο 4 0,075 (γεωγρ. πλ. 36 ο ) [km], αν γεωγρ. πλ. 36 ο 12
Τροποσφαιρκές Κατακρημνίσεις Ενεργό μήκος της διαδρομής: e S e r e : ο συντελεστής ελάττωσης (reduction factor), εξαρτάται από e και L G = L S cos(e) L = Lr e (%) r e 0.001 10 / (10 + L G ) 0.01 90 / (90 + 4 L G ) 0.1 180 / (180 + L G ) 1 1 Μεθοδολογία προσδιορισμού A RAIN : Καθορισμός ρυθμού βροχόπτωσης από πίνακες R e Υπολογισμός ύψους βροχής h R Υπολογισμός γεωμετρικού μήκους διαδρομής h S Υπολογισμός του συντελεστή ελάττωσης r e Υπολογισμός ενεργού μήκους διαδρομής L e Υπολογισμός ειδικής εξασθένησης γ R Υπολογισμός A RAIN 13
Τροποσφαιρκές Κατακρημνίσεις Εξασθένηση λόγω νέφωσης ή ομίχλης Ειδική εξασθένηση λόγω νέφωσης ή ομίχλης: Εξασθένηση λόγω νέφωσης πάγου Μικρές απώλειες γ = KM C [ db/km] Κ = 1.1 X 10-3 F 1.8 [(db/km) / (g/m 3 )], με F τη φέρουσα συχνότητα σε GHz M: η συγκέντρωση του νερού στα σύννεφα ή στην ομίχλη σε g/m 3 Πρόβλημα από συσσώρευση πάγου στον ανακλαστήρα της κεραίας Εξασθένηση που οφείλεται σε αμμοθύελλες 14
Επίδραση της Ατμόσφαιρας στην Πόλωση Αποπόλωση λόγω ιονόσφαιρας Αποπόλωση λόγω βροχής Αποπόλωση λόγω πάγου Αύξηση μεγέθους σταγόνας βροχής Αύξηση διαπλάτυνσης Αύξηση αποπόλωσης < 1 mm αμεληταία αποπόλωση Διαχωρισμός λόγω ορθογωνικής πόλωσης για ποσοστό χρόνου p%: C ( p) = C [ ] XPD XPD db XPD C f A ice ( f ) rain f A rain ice = C C + C + C + C τ θ σ [ db] 1 = XPD rain 0.3 + 0.1log db 2 ( f ) [ ] ( ) log rain ( ) [ db] 0.19 f [ ] = 30 log db C = V f A p V ( p) [ ] 12.8 db, 8GHz f < 20 GHz = 22.6 db, 20 GHz f 35GHz C { ( τ ) } [ ] ( ) [ ] 2 [ ] = 10 log 1 0.484 1+ cos 4 db C = 40 log cos E db, E 60 C τ θ σ = 0.0052σ db ~ 3 mm μικρή αποπόλωση > 6 mm μεγάλη αποπόλωση f: συχνότητα σε GHz E: γωνία ανύψβσης τ: έγκλιση της έλλειψης σ 0 ο 5 ο 10 ο 15 ο p 1% 0.1% 0.01% 0.01% 15
Κεραίες P RF Απολαβή (gain) G = P RF / P t Ενισχυτής P t D R Φ R Ενεργός ισοτροπική ακτινοβλούμενη ισχύς - EIRP (equivalent isotropically radiated power) EIRP = P t G Πυκνότητα ροής ισχύος EIRP Φ = R 2 4π R x φ κύριος λοβός θ z Διάγραμμα ακτινοβολίας (radiation pattern) οπίσθιοι λοβοί δευτερεύοντες λοβοί 16
Κεραίες Γωνιακό εύρος δέσμης (angular beamwidth) π.χ. για παραβολική κεραία, λ θ = 70 D 3dB Ενεργό άνοιγμα (effective aperture) A eff = η A A: γεωμετρική επιφάνεια, π.χ. για παραβολική κεραία, A = π D 2 / 4 μοίρες η: απόδοση, σχετίζεται με ατέλειες της κεραίας τυπικές τιμές είναι μεταξύ 55% και 75% Η μέγιστη απολαβή συνδέεται με το ενεργό άνοιγμα 4π Gmax = A 2 eff λ Άρα, για παραβολική κεραία διαμέτρου D π D 70π Gmax = η = η λ θ 2 3dB 2 θ 3dB G max 17
Πόλωση E y z E x = E 1 cos(ω t) E y = E 2 sin(ω t + φ) E x Ο γεωμετρικός τόπος (γ.τ.) των σημείων στο επίπεδο E x, E y είναι έλλειψη (ελλειπτική πόλωση) E y E x E y Αν φ = 0 και Ε 1 = Ε 2 = E, ο γ.τ. είναι κύκλος (κυκλική πόλωση) E + E = E 2 2 2 x y E x Αν E 1 = 0 ή Ε 2 = 0, ο γ.τ. είναι γραμμή (γραμμική πόλωση) E y ή Ex 18
Πόλωση Η πόλωση χαρακτηρίζεται από: Τη φορά περιστροφής (δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη) ή Τον αξονικό λόγο AR = E max / E min Την έγκλίση τ της έλλειψης E y E max τ E x E min Ορθογώνιες πολώσεις: Πανομοιότυπες ελλείψεις σε αντίθετες φορές Δεξιόστροφες & αριστερόστροφες κυκλικές πολώσεις Δύο κάθετες γραμμικές πολώσεις ορθογώνια & κάθετη 19
Πόλωση κατακόρυφο κατακόρυφο a C κεραία εκπομπής a b X κεραία λήψης b a X b C οριζόντιο οριζόντιο Απομόνωση λόγω ορθογωνικής πόλωσης (cross-polar isolation) a c b c XPI = 20 log [db] = 20 log [db] bx ax Διαχωρισμός λόγω ορθογωνικής πόλωσης (cross-polar discrimination) a c XPD = 20 log db ax Επιθυμούμε XPD, XPI > 30 db [ ] 20
Θόρυβος Ως θόρυβο γενικά εννοούμε ανεπιθύμητα σήματα που προστίθενται στο σήμα λήψης Είδη θορύβου Θερμικός θόρυβος: Λόγω άτακτης κίνησης ελεύθερων ηλεκτρονίων στις ηλεκτρονικές διατάξεις Φυσικές πηγές ακτινοβολίας εντός της περιοχής λήψης της κεραίας (ηλιακή ακτινοβολία, κοσμική ακτινοβολία, κλπ) 21
Θόρυβος πηγή θορύβου ισοδύναμη αντίσταση εξόδου R Ισχύς: N = k T B Ισχύς: N = k T B Ισχύς θερμικού θορύβου N = Ν 0 B = k T B N 0 : φασματική πυκνότητα ισχύος θερμικού θορύβου, N 0 = k T B: εύρος ζώνης της πηγής Θερμοδυναμική θερμοκρασία θορύβου (σε Kelvin) T = N / (k B) = N 0 / k k: σταθερά Boltzmann, k = 1.38 X 10-23 J/K S n (f) N 0 / 2 Εμβαδό (2 B) (N 0 / 2) Χαρακτηριστική μεταφοράς φίλτρου - + -B 0 B f 22
Θόρυβος Ενισχυτής Ενισχυτής με θόρυβο N = k T s G B + N n T χωρίς θόρυβο N = k (T s + T e ) G B s + T e G, B, N n G, B, N n = 0 Ενεργός θερμοκρασία θορύβου ονομάζεται η θερμοκρασία T e μιας θερμικής πηγής θορύβου, την οποία θα έπρεπε να βάλουμε στην είσοδο του ενισχυτή αν ήταν αθόρυβος, ώστε να μας δώσει στην έξοδο ισχύ ίση με την πρόσθετη ισχύ N n του πραγματικού ενισχυτή G: το κέρδος του ενισχυτή B: εύρος ζώνης του ενισχυτή k: σταθερά Boltzmann, k = 1.38 X 10-23 J/K Εικόνα θορύβου (noise figure) ονομάζεται o λόγος των SNR της εισόδου προς το SNR της εξόδου για θερμοκρασία δωματίου, T s = T 0 = 290 K (17 ο C) SNR i ενισχυτής σε T 0 : G, B, N n SNR o ( kt0 B) ( ) ( ) T = T F SNR S N Si T F = = = = 1+ SNR o S o N o GS i k T 0 + T e GB T i i i e e 0 1 0 23
Θόρυβος Ενεργός θερμοκρασία και εικόνα θορύβου δύο ενισχυτών σε σειρά S i SNR i ενισχυτής T e1, G 1, B ενισχυτής T e2, G 2, B G 1 G 2 S i SNR o N i N o Ολική ενίσχυση: G T = G 1 G 2, άρα Εικόνα θορύβου T e N kbg G T + kbg T T = = = T + kbg kbg G G o 1 2 e1 2 e2 e2 e1 T 1 2 1 Si ( kt B) ( ) SNRi Si Ni 0 Te 1 Te2 F2 1 F = = = = 1+ + = F1 + SNRo So No GG 1 2Si k T0 + Te 1 GG 1 2 B+ kte2g2 B T0 G1T 0 G1 Ενεργός θερμοκρασία και εικόνα θορύβου εξασθενητή G = 1 / L Te ( 1) = T L R Για θερμοκρασία Τ = T 0 = 290 K, προκύπτει F = L 24
Θόρυβος Ενεργός θερμοκρασία και εικόνα θορύβου N ενισχυτών σε σειρά in ενισχυτής T e1, G 1, B ενισχυτής T e2, G 2, B ενισχυτής T ei, G i, B ενισχυτής T em-1, G N, B out T e Te 2 Te 3 TeN = Te 1 + + + + G GG GG G 1 1 2 1 2 N 1 Θερμοκρασία συστήματος F F 1 F 1 F2 1 3 N = F1 + + + + G1 GG 1 2 GG 1 2 GN 1 Τ Α Τ 1 κεραία γραμμή μεταφοράς T FRx, L FRx Τ e ( ) T1 = TA + TFRx LFRx 1 + LFRx TeRx T1 T A 1 e = = + FRx 1 + erx LFRx LFRx LFRx Μη προτιμώμενη διάταξη ενισχυτής T erx, G, B T T T out Τ Α Τ e κεραία ενισχυτής T erx, G, B T T = T + T + e A erx FRx γραμμή μεταφοράς T FRx, L FRx ( L 1) FRx G Προτιμώμενη διάταξη 25 out
Θόρυβος στην Είσοδο Δέκτη Ενεργός θερμοκρασία θορύβου στην είσοδο δέκτη Μείκτης T erx LNA IF AMP T LNA, G LNA LNA: ενισχυτής χαμηλού θορύβου (low noise amplifier) IF AMP: ενισχυτής ενδιάμεσης συχνότητας (intermediate frequency amplifier) LO: τοπικός ταλαντωτής (local oscillator) T Mx G Mx T IF, G IF LO T erx T TIF G G G Mx = T + + LNA LNA LNA MX 26
Θόρυβος Κεραίας Θερμοκρασία θορύβου κεραίας δορυφόρου Ο θόρυβος στην κεραία προέρχεται από: Απώλειες Τον ουρανό Ο θόρυβος στην κεραία εξαρτάται από: Συχνότητα Γωνία ανύψωσης Ατμοσφαιρικές συνθήκες Κατηγορίες κεραιών Δορυφόρου Επίγειου σταθμού 27
Θόρυβος Κεραίας Θερμοκρασία θορύβου κεραίας επίγειου σταθμού Ουρανός Ουρανός Βροχή (εξασθενητής) T m, A rain T sky T sky / A rain T m (1 1 / A rain ) T ground T ground Γη Γη Συνθήκες καθαρού ουρανού T A = T sky + T ground Συνθήκες βροχής T A = T sky / A rain + T m (1 1 / A rain ) + T ground 28
Θόρυβος Κεραίας διάμετρος συχνότητα θερμοκρασία θορύβου κεραίας (K) γωνία ανύψωσης (μοίρες)
Θόρυβος Κεραίας ζενίθ ορίζοντας γωνία ανύψωσης θόρυβος στο ζενίθ (υπέρβαση του 25% του χρόνου κατά τη διάρκεια βροχής) θερμοκρασία θορύβου (Κ) θόρυβος από το γαλαξία θόρυβος λόγω ατμοσφαιρικής απορρόφησης υδρατμούς Η 2 Ο μικροκυματικό παράθυρο συχνότητα (GHz) 30
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Ενεργός ισοτροπική ακτινοβολούμενη ισχύς (effective isotropic radiated power EIRP) EIRP = P T G T Εξίσωση μετάδοσης του Friis 2 EIRP λ R eff 2 R P =Φ A = G 4π R 4π λ PR = GT GR PT 4π R 1/ L FS Απώλειες ελευθέρου χώρου L FS 2 4π R 4π R = 20log = 20log db λ c f [ ] Ισοτροπική κεραία P T, G T A eff 2 λ = G 4π π.χ. για f = 10 GHz και ύψος δορυφόρου R = (TS) = 35786 km, L FS = 203.5 db Φ A eff R R EIRP Φ= 2 4π R P R, G R 31
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Απώλειες ελευθέρου χώρου L FS 4π R 4π R = 20log db = 20log db λ c f [ ] [ ] Απώλειες ελευθέρου χώρου γεωστατικού δορυφόρου Γεωστατικός δορυφόρος στη θέση S βρίσκεται σε: φ: γεωγραφικό πλάτος, φ = 0 ο λ: γεωγραφικό μήκος (σε σχέση με μεσημβρινό αναφοράς) Επίγειος παρατηρητής στο σημείο P βρίσκεται σε: l: γεωγραφικό πλάτος ψ: γεωγραφικό μήκος (σε σχέση με μεσημβρινό αναφοράς) ΓΗ βορράς N R e Ο νότος P l Β T ( TS) δορυφόρος = 35786 km L: σχετικό γεωγραφικό μήκος, L = ψ - λ S ( ) 4π R 4π TS LFS = 20log [ db] = 20log + 10log 1+ 0.42 1 cos L cos l db λ λ { ( ) ( ) } [ ] 32
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Απώλειες ελευθέρου χώρου, L FS 2 4π R LFS = λ Ατμοσφαιρική εξασθένιση, L A Απώλειες λόγω ατμοσφαιρικής απορρόφησης Επίδραση της ιονόσφαιρας Εξασθένηση λόγω ατμοσφαιρικών κατακρημνίσεων Άλλα προβλήματα διάδοσης Απώλειες λόγω εξοπλισμού εκπομπής και λήψης, L FTx και L FRx P T = P L Tx FTx και P Rx = P L R FRx L A T x P Tx L FTx P T, G T R P R, G R L FRx P Rx R x 33
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Απώλειες λόγω κακής ευθυγράμμισης μεταξύ των κεραιών, L T και L R L T θ T = 12 θ3db 2 και L R θ R = 12 θ3db 2 θ T θ R Απώλειες λόγω ασυμφωνίας πολώσεων, L POL Γραμμική πόλωση στην εκπομπής και λήψη και στροφή ψ μεταξύ τους 2 P E 2 T rms LPOL = 10log10 [ db] = 10log10 [ db] = 20log10 cos( ψ ) [ db 2 ] P R rms E cos( ψ ) 2 π.χ. αν ψ 90 ο, L POL - db, δηλ. το λαμβανόμενο σήμα μηδενίζεται Κυκλική πόλωση στην εκπομπή και γραμμική πόλωση στη λήψη L POL 2 2 P T rms E 2+ E 2 10 [ ] 10 2 P R rms E 2 = 10log db = 10log db = 3 db P Trms και P Rrms : οι rms ισχύεις των σημάτων κατά την εκπομπή και λήψη, αντίστοιχα ψ O 34
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Απολαβές Απώλειες Κεραία εκπομπής, EIRP Κεραία λήψης, G Rmax Ελευθέρου χώρου, L FS Ατμοσφαιρική εξασθένιση, L A Εξοπλισμού εκπομπής και λήψης, L FTx και L FRx Κακής ευθυγράμμισης μεταξύ των κεραιών, L T και L R Ασυμφωνίας πολώσεων, L POL 1 GR max PRx = ( EIRP P Λαμβανόμενη ισχύς : ) Tx G με T EIRP = L L L L L LT L FS A R FRx POL κεραία εκπομπής μέσο διάδοσης κεραία λήψης Θέτοντας όλες τις παραπάνω ποσότητες σε db, π.χ. [EIRP] = 10 log 10 (EIRP), η ισχύς του σήματος λήψης γράφεται: [ PRx ] = [ EIRP] + [ GR ] [ LFRx ] [ LR ] [ LPOL ] [ LA ] [ LFS ] κεραία εκπομπής κεραία λήψης μέσο διάδοσης FTx 35
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Δείκτες ποιότητας: Ο λόγος της ισχύος του φέροντος C προς την ισχύ του θορύβου N Ο λόγος της ισχύος του φέροντος C προς τη θερμοκρασία θορύβου T Ο λόγος της ισχύος του φέροντος C προς τη φασματική πυκνότητα ισχύος του θορύβου N 0 in γραμμή μεταφοράς L FTx EIRP L T κεραία L FS L A Τ Τ 1 Α L R, L POL κεραία γραμμή μεταφοράς T FRx, L FRx Τ s C ενισχυτής T erx, G, B out C 1 GR max = ( EIRP) LFS LA LR LFRx LPOL πομπός μέσο διάδοσης δέκτης T T T T T 1 A 1 s = = + FRx 1 + erx LFRx LFRx LFRx C C 1 1 GR T 1 max = = ( EIRP) T 1 TeRx N0 kt k + + L L L L L L L A FRx e FS A R FRx POL FRx FRx απολαβή εκπομπής 1/απώλειες διάδοσης απολαβή λήψης / ενεργός θερμοκρασία θορύβου: G/T 1 36
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Επίδραση βροχής στο C / N 0 : Uplink: Ελαττώνει την ισχύ του φέροντος C = C = N 0 U ( A ) [ db] U RAIN U Downlink: Ελαττώνει την ισχύ του φέροντος και αυξάνει τη θερμοκρασία θορύβου C G = CD = ARAIN + T D N T 0 D ( ) [ db] 37
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Ρόλος διαφανούς επαναλήπτη: Ενισχύει το λαμβανόμενο σήμα Αλλάζει τη συχνότητα του φέροντος Τύποι λειτουργίας επαναλήπτη: Γραμμική επαναλήπτης, P o = P i + G Μη γραμμική, P o = P i + G - ΔG Αναγεννητικός, P o = σταθερή ( CN0) U P T G R L FRx G SL L FTx G T P i Συνολική ραδιοζεύξη P = P = P Rx o Tx ( CN 0 ) ( CN 0 ) D T 38
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Χαρακτηριστικά επαναλήπτη: Αναδίπλωση ισχύος εισόδου (input back off) IBO = Pi,sat Αναδίπλωση ισχύος εισόδου (output back off) Pi Po OBO = Po,sat Χαρακτηριστική μεταφοράς Ισχύς εξόδου σε σχέση με την ισχύ κόρου (db) ΟΒΟ P i ισχύς εισόδου στον ενισχυτή G σημείο λειτουργίας P o ισχύς εξόδου του ενισχυτή IΒΟ Ισχύς εισόδου σε σχέση με την ισχύ κόρου (db) 39
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Χαρακτηριστικά επαναλήπτη (συνέχεια): Απολαβή ισχύος P P Απολαβή ισχύος στον κόρο: EIRP στον κόρο GT max EIRP sat = Po, sat L L OBO P = o = o, sat = IBO P Πυκνότητας ροής ισχύος στον κόρο G T i FTx G sat i, sat = P o, sat P OBO IBO i, sat G sat Φ uplink L FRx P i G P o L FTx downlink 4π 1 Φ sat = Pi, sat LFRx LR LPOL 2 λu GRmax Σχέση απολαβής ισχύος, EIRP και πυκνότητας ροής ισχύος στον κόρο G P L L L L L 4π EIRP = = o, sat T FTx FRx R POL sat sat 2 P i, sat GT G R λu Φsat max max 40
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Θόρυβος στην είσοδο του επίγειου σταθμού: (N 0 ) T = (N 0 ) D + G (N 0 ) U Θόρυβος από το downlink (N 0 ) D Θόρυβος από το uplink που ενισχύεται G (N 0 ) U Ολικό C/N 0 : G R ( CN0) U L FRx ( N ) ( N ) + G( N ) 1 1 1 1 0 T 0 D 0 U = = = + C C C C N C C N N N 0 T D D 0 T 0 U 0 D G SL L FTx P T G T P IBO N N N C P = i = i, sat = ( ) ( ) 0 U 0 U 0 U P o, sat C =IBO = IBO G ( N ) N sat 0 U 0 U,sat P i Συνολική ραδιοζεύξη P = P = P Rx o Tx CN 0 D ( CN 0 ) ( ) T ( G/ T) ES L D C D C EIRPsat G = OBO = N kl T 0 D D ES C =OBO N 0 D,sat 41
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Παρεμβολές: N 0 = (N 0 ) χωρίς I + (N 0 ) I Στην είσοδο του δέκτη του επίγειου σταθμού στο downlink Στην είσοδο του δέκτη του δορυφόρου στο uplink Uplink: 1 1 1 C C C = + N N N 0 U 0 U 0 IU, Downlink: 1 1 1 C C C = + N N N 0 D 0 D 0 I, D Ολικό C/N 0 : 1 1 1 1 C C C C = + + N N N N 0 T 0 U 0 D 0 I με τους επιμέρους όρους: C C = IBO N N C C = OBO N N 0 U 0 U,sat 0 D 0 D,sat 1 1 1 C C C = + N N N 0 I 0 IU, 0 ID, 42
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Αντιστάθμιση επιδράσεων του μέσου διάδοσης Ασυμφωνία πόλωσης Uplink: Διόρθωση πόλωσης κεραίας εκπομπής Downlink: Προσαρμόζουμε την πόλωση της κεραίας λήψης στο σήμα Εξασθένηση Προσθήκη περιθωρίου ασφαλείας στον προϋπολογισμό ισχύος Γεωγραφική κατανομή επίγειων σταθμών Προσαρμογή κυκλώματος ραδιοζεύξης Αύξηση χρόνου εκπομπής Χρήση χαμηλότερης ζώνης συχνοτήτων Αύξηση EIRP στο uplink Ελάττωση ρυθμού μετάδοσης και προστασία με κώδικες σφάλματος 43
Προϋπολογισμός Ισχύος Ζεύξης Περιορισμοί στην επιλογή παραμέτρων: Λειτουργικοί περιορισμοί Περιορισμοί λόγω συνθηκών του μέσου διάδοσης Περιορισμοί λόγω κανονισμών Περιορισμούς στο σχεδιασμό Πυκνότητα ροής ισχύος στην επιφάνεια της Γης Περιορισμός της EIRP από επίγειους σταθμούς κλπ Περιορισμούς στη λειτουργία Στο δείκτη C/N 0 για χρόνο μεγαλύτερο από προκαθορισμένη τιμή Στο διάγραμμα ακτινοβολίας κλπ κόστος 99 99.9 99.99 99.999 διαθεσιμότητα (%) 87 h/y 9 h/y 1 h/y 5 min/y χρόνος μη διαθεσιμότητας 44