ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Παναγιώτης Μαθιόπουλος Ph.D. P.Eng. Καθηγητής (υπό διορισµό) Τµήµα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών ΕΚΠΑ ιευθυντής Ερευνών Ινστιτούτου ιαστηµικών Εφαρµογών και Τηλεπισκόπισης (Ι ΕΤ) Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών mathio@space.noa.gr Guest Professor Southwest Jiantong University Chengdu Sichuan Κίνα Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 2 1

Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. III. IV. ορυφορικές Τροχιές Link Budget Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. VII. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 3 Εισαγωγικά Μία ασύρµατη ζεύξη µεταξύ δύο σηµείων που βρίσκονται σε µεγάλη απόσταση µπορεί να πραγµατοποιηθεί Μέσω ανάκλασης στην ιονόσφαιρα ιαµέσων τεχνητού ανακλαστήρα ( ορυφόρο) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 4 2

Βασικό ορυφορικό Σύστηµα ιαστηµικό Τµήµα: (Multibeam - Monobeam Satellites, Transparent-Regenerative Satellites, GEO-LEO-HEO Satellites) Επίγειο Τµήµα: (Earth Station, VSAT, Hand Held Terminals) ιαστηµικό Τµήµα Εθνικό ίκτυο Τοπικό ίκτυο Εµπορικό ίκτυο Επίγειο Τµήµα Επίγειος Σταθµός (Telemetry Tracking & Command - TT&C) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 5 Οργάνωση Επίγειου Σταθµού Τροφοδοτικές ιατάξεις ιπλέκτης Ανίχνευση Παρακολούθηση & Έλεγχος Ενισχυτής RF Υψηλής Ισχύος ιαµορφωτής IF Σήµατα από τους χρήστες Ενισχυτής Λήψης Χαµηλού Θορύβου Αποδιαµορφωτής IF Σήµατα προς τους χρήστες ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 6 3

Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης Frequency Division Multiple Access - FDMA Time Division Multiple Access TDMA Code Division Multiple Access CDMA ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 7 Χρήσιµες ορυφορικές Τροχιές Γεωστατική (GEO Geosynchronous Earth Orbit) Χαµηλού / µέσου ύψους (LEO / ΜΕΟ Low/Medium Earth Orbital) Έντονα ελλειπτική (HEO Highly inclined Elliptical Orbit) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 8 4

Εξέλιξη ορυφορικών Τηλεπικοινωνιών ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 9 Χαρακτηριστικά ορυφορικών Επικοινωνιών Κάλυψη µεγάλων γεωγραφικών περιοχών Κάλυψη αποµακρυσµένων περιοχών Κάλυψη κινητών δεκτών Μεγάλο εύρος ζώνης (Bandwidth) Ευκολία αναδιάταξης (Reconfigurability) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 10 5

Ιστορική Αναδροµή 1942 Πρώτη επιτυχηµένη εκτόξευση πυραύλου στη Γερµανία 1945 Ο Άρθουρ Κλάρκ δηµοσιεύει την ιδέα του για επικοινωνίες παγκόσµιας εµβέλειας µε τη βοήθεια γεωστατικών δορυφόρων Μετά το 1945 1957 SPUTNIK 1958 SCORE (Eisenhower), EXPLORER 1 (Ζώνες Van Allen) 1960 ECHO, COURIER,TIROS I 1962 TELSTAR, RELAY (Αναµεταδότες) 1963 SYNCOM (1ος γεωστατικός δορυφόρος) 1965 INTELSAT 1 (Ο πρώτος του δικτύου Intelsat), MOLNYA ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 11 Γενιές ορυφορικών Συστηµάτων 1ης γενιάς: 2ης γενιάς: 3ης γενιάς: Σταθερά δορυφορικά τηλεπικοινωνιακά συστήµατα Κινητά δορυφορικά τηλεπικοινωνιακά συστήµατα Προσωπικά δορυφορικά τηλεπικοινωνιακά συστήµατα ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 12 6

Εξέλιξη ορυφορικών Συστηµάτων Αύξηση του µεγέθους των δορυφορικών κεραιών Ελάττωση των διαστάσεων του δέκτη ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 13 Κατηγοριοποίηση ορυφορικών Επικοινωνιών ορυφορικές επικοινωνίες Υπηρεσίες σταθερών δορυφόρων (FSS Fixed Satellite Services) ορυφορικές υπηρεσίες ευρυεκποµπής (BSS Mobile Satellite Services) ορυφορικές υπηρεσίες αεροπλοΐας-κινητού (AMSS Aeronautical Mobile Satellite Services) Κινητές δορυφορικές υπηρεσίες (MSS Mobile Satellite Services) ορυφορικές υπηρεσίες σταθερού-κινητού (LMSS Land Mobile Satellite Services) ορυφορικές υπηρεσίες ναυσιπλοΐας-κινητού (NMSS Navigational Mobile Satellite Services) ορυφορικές υπηρεσίες ραδιοπλοήγησης (RNSS RadioNavigation Satellite Service) Υπηρεσίες ραδιοπλοήγησης για ναυσιπλοΐα ιαδορυφορικές υπηρεσίες (ISS InterSatellite Services) ορυφορικές υπηρεσίες ραδιοπροσδιορισµού (RDSS RadioDetermination Satellite Service) Υπηρεσίες ραδιοπλοήγησης για αεροπλοΐα ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 14 7

Ζώνες Συχνοτήτων Αριθµός Ζώνης Όνοµα Ζώνης Συµβολισµός Περιοχή Συχνοτήτων 4 VLF 3-30 khz 5 LF 30-300 khz 6 MF 300-3000 khz 7 HF 3-30 MHz 8 VHF 30-300 MHz 9 UHF 300-3000 MHz L S 1-2 GHz 2-4 GHz 10 SHF 3-30 GHz C X Ku K 4-8 GHz 8-12 GHz 12-18 GHz 18-27 GHz 11 EHF 30-300 GHz Ka 27-40 GHz ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες Μιλιµετρικά 40-300 GHz 15 12 Υποµιλιµετρικά 300-3000 GHz Ζώνες Συχνοτήτων ορυφορικών Υπηρεσιών ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 16 8

Ζώνες Συχνοτήτων Κινητών ορυφορικών Επικοινωνιών ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 17 Υπηρεσίες Τηλεφωνικές συνδέσεις Τηλεοπτικά / ραδιοφωνικά προγράµµατα Επικοινωνίες µε κινητούς δέκτες Προσωπικές τηλεπικοινωνίες Αλληλεπιδραστικές υπηρεσίες πολυµέσων ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 18 9

Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 19 ορυφορικές Τροχιές Γεωστατική (GEO) Χαµηλού / µέσου ύψους (LEO / ΜΕΟ) Έντονα ελλειπτική (HEO) GEO LEO / ΜΕΟ HEO ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 20 10

Εξίσωση Τροχιάς Νοµος Newton Αρχη διατηρησης ενεργειας r Αρχη διατηρησης ορµης Αρχη διατηρησης στροφορµης ( θ) p = 1 + e cos( θ) y V(r) A r(θ) θ O x Γεωκεντρικό σύστηµα συντεταγµένων κυκλος, e=0 Ευσταθείς δορυφορικές ελλειψη, 0< e<1 τροχιές Η τροχια ειναι παραβολη, e=1 υπερβολη, e>1 2 H p: Σταθερά της κίνησης p= 2 µ m H: Στροφορµή του συστήµατος m: Μάζα του δορυφόρου µ = GM Γης => µ 4 10 m s 14 3 2 e: Εκκεντρότητα της τροχιάς ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 21 Χαρακτηριστικές Παράµετροι Τροχιάς Ύψος του δορυφόρου από το κέντρο της γης: 2 ( 1 e ) a r( u) = 1 + e cos ( u) a V(r) A Γραµµική ταχύτητα: 2 1 V( r) = µ r α Απόγειο O r(u) K u Περίγειο Περίοδος: r a r p T = 2 π 3 α µ α: Μήκος του µεγάλου ηµιάξονα (Εξαρτάται από την αρχική ενέργεια του συστήµατος e: Εκκεντρότητα της έλλειψης ra rp e= r + r a p ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 22 11

Γεωµετρικά Χαρακτηριστικά Γης - ορυφόρου Γωνία ανύψωσης Κλίση του επιπέδου της τροχιάς ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 23 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Χαρακτηριστικά Όχι σταθερό µέτρο γραµµικής ταχύτητας Χρόνος παραµονής στο απόγειο > Χρόνος παραµονής στο περίγειο υνατότητα εγκαθίδρυσης ραδιοζεύξεων σε µεγάλα γεωγραφικά πλάτη Χαρακτηριστικοί τύποι τροχιών MOLNIYA TUNDRA ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 24 12

Ελλειπτικές Τροχιές MOLNIYA Τροχιές τύπου MOLNIYA Περίοδος (T) Μεγάλος ηµιάξονας (α) 12 h 26556 km Κλίση 63.4 o Εκκεντρότητα (e) 0.6 έως 0.75 Ύψος περιγείου (e=0.71) Ύψος απογείου (e=0.71) 1250 km 39105 km ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 25 Ελλειπτικές Τροχιές TUNDRA Τροχιές τύπου TUNDRA Περίοδος (T) Μεγάλος ηµιάξονας (α) 24 h 42164 km Κλίση 63.4 o Εκκεντρότητα (e) 0.25 έως 0.4 Ύψος περιγείου (e=0.71) Ύψος απογείου (e=0.71) 25231 km 46340 km ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 26 13

Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Πλεονεκτήµατα Μεγάλη γωνία ανύψωσης Μεγάλος χρόνος ορατότητας Κάλυψη περιοχών µεγάλου γεωγραφικού πλάτους Μικρή πολυπλοκότητα κόστος επίγειου σταθµού Σπάνια εµφάνιση εκλείψεων και συζυγίας ηλίου δορυφόρου Μειονεκτήµατα Απαιτούνται περισσότεροι από ένα δορυφόρο για συνεχή κάλυψη Ισχυρό φαινόµενο Doppler Μεταβολή του χρόνου µετάδοσης Μειωµένο χρόνο ζωής των δορυφόρων ιαταράξεις της τροχιάς ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 27 Τροχιά Γεωστατικών ορυφόρων Ίδια γωνιακή ταχύτητα περιστροφής γης δορυφόρου Σταθερή γραµµική ταχύτητα και σταθερό ύψος Κίνηση δορυφόρου στο επίπεδο του ισηµερινού Ο δορυφόρος παραµένει µόνιµα πάνω από συγκεκριµένο τόπο Χαρακτηριστικά γεωστατικής τροχιάς Μεγάλος ηµιάξονας (α) Ταχύτητα δορυφόρου (V) Ύψος δορυφόρου (r) Απαιτούµενος αριθµός δορυφόρων Κάλυψη 42164 km 11070 km/h 35768 km 3 (1/120 o ) 24 h ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 28 14

Τροχιά Γεωστατικών ορυφόρων Πλεονεκτήµατα Κάλυψη µεγάλης γεωγραφικής έκτασης Απλός τρόπος παρακολούθησης του δορυφόρου Συνεχής κάλυψη Καλής ποιότητα επικοινωνίες Μειονεκτήµατα Μεγάλη καθυστέρηση διάδοσης Μεγάλη εξασθένιση λόγω διάδοσης Αδυναµία κάλυψης µεγάλων γεωγραφικών πλατών Υψηλό κόστος εκτόξευσης ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 29 Τροχιές Χαµηλού Ύψους (LEO) Τροχιές τύπου LEO Τροχιά Περίοδος περιστροφής (T) Ταχύτητα περιστροφής (V) Ύψος (r) Χρόνος κάλυψης Κυκλική 1.5 h 25560 km/h 1.5 km 10 min ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 30 15

Παράγοντες για την Επιλογή Τροχιάς Η έκταση και το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής που πρόκειται να καλυφθεί Η γωνία ανύψωσης Η διάρκεια και η καθυστέρηση εκποµπής Η ισχύς των παρεµβολών Η απόδοση των εκτοξευτών ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 31 Σύγκριση Τροχιών LEO MEO GEO HEO Κόστος δορυφόρου Μέγιστο Ελάχιστο Μέσο Μέσο Χρόνος ζωής δορυφόρου 3-7 y 10-15 y 10-15 y 7 10 y υνατότητα τερµατικού χειρός Ναι Ναι Όχι Όχι Καθυστέρηση διάδοσης Μικρή Μέση Μεγάλη Μεγάλη Εξασθένιση σήµατος Μικρή Μέση Μεγάλη Μεγάλη Πολυπλοκότητα δικτύου Υψηλή Μέση Μικρή Μέση Συχνότητα µεταγωγής (Hand Over) Μεγάλη Μέση - Μικρή ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 32 16

Σύγκριση Τροχιών LEO ΜEO GEO HEO Τυπικά συστήµατα Iridium Odyssey Immarsat Molniya Τροχιά Κυκλική Κυκλική Κυκλική Ελλειπτική Αριθµός τροχιών 6 3 1 4 Ύψος 785 km 10.354 km 35786 km - Απόγειο - - - 40000 km Περίγειο - - - 500 km Περίοδος περιστροφής 1 h 40 min 6 h 24 h 12 h Βάρος 700 kg 1000 kg 1500 kg 1000 kg Αριθµός δορυφόρων 66 (11/τροχιά) 12 (4/τροχιά) 3 12 (3/τροχιά) Ελάχιστη γωνία ανύψωσης 8 o 8 o 5 o 80 o ιάρκεια ορατότητας 10 min 1 h 24 h 8 h ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 33 Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 34 17

Κύριες Παράµετροι Θερµικός θόρυβος R V R Τάση (rms) θερµικού θορύβου: VR = 4 k T R B Ισχύς θερµικού θορύβου: 2 VR PR = 4 R => PR = k T B k: η σταθερά Boltzmann T: η θερµοκρασία σε ο Κ B: το εύρος ζώνης του θορύβου ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 35 Κύριες παράµετροι Σχήµα θορύβου: NF Θερµοκρασία περιβάλλοντος: T 0 S in N in Εύρος Ζώνης: Β Απολαβή: G Σχήµα θορύβου: NF S out N out NF = S N S N in in out out Sin k T0 B => NF = G Sin G k T B+ k T B ( ) 0 in => ή T NF = + T 1 in 0 ( ) T = T NF in 0 1 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 36 18

Σχέση Μεταξύ Εκπεµπόµενης και Λαµβανόµενης Ισχύος Απολαβή κεραίας ποµπού: G T d P D Απολαβή κεραίας ποµπού: G R Απώλειες διάδοσης ελευθέρου χώρου: 4 π d Lp = λ 2 Ποµπός Εκπεµπόµενη ισχύς: P T έκτης Λαµβανόµενη ισχύς: P R Ισοτροπικά εκπεµπόµενη ισοδύναµη ισχύς (EIRP): P D PR = PD ( A η) = Πυκνότητα ισχύος: GT P 4 π d T 2 Α: Γεωµετρικό εµβαδόν της κεραίας 2 η: Απόδοση της κεραίας λ A η = G R 4 π EIRP= G P T T ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 37 Ισοδύναµη Θερµοκρασία Βαθµίδας RF Κεραία Γραµµή µεταφοράς L f ( ) ιπλέκτης T T T L T L Tx S = a+ 0 f 1 + R f Ενισχυτής µεγάλης ισχύος (HPA) Ενισχυτής χαµηλού θορύβου (LNA) Rx T a 1 TS = + T0 1 + T L f L f R T a : Ισοδύναµη θερµοκρασία στην έξοδο της κεραίας T R : Ισοδύναµη θερµοκρασία του δέκτη T 0 : Ισοδύναµη θερµοκρασία περιβάλλοντος ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 38 19

Λόγος C/N 0 Λόγος ισχύος του σήµατος εισόδου προς πυκνότητα ισχύος θορύβου: C EIRP G R 1 = N0 Lp TS k Το συνολικό C/N 0 εξαρτάται από: Το (C/N 0 ) U του Uplink Το (C/N 0 ) D του Downlink Το (C/N 0 ) I των παρεµβολών C 1 1 1 = + + N0 C C C T N0 N U 0 N D 0 I 1 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 39 Παράδειγµα (C/N o ) U = 20 dbhz => (C/N o ) U = 100 (C/N o ) D = 40 dbhz => (C/N o ) D = 10000 (C/N o ) I = 10 dbhz => (C/N o ) I = 10 C 1 1 1 = + + N0 C C C T N0 N U 0 N D 0 I C N o T 1 1 1 1 1 C = + + = 0.1101 = 9.58 dbhz 100 10000 10 No T Το χειρότερο C/N 0 καθορίζει το συνολικό (C/N 0 ) T ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 40 20

Παράδειγµα Γεωστατικός δορυφόρος εκπέµπει σήµα στα 1500 MHz προς κινητό επίγειο σταθµό ο οποίος βρίσκεται στο επίπεδο του Ισηµερινού, ακριβώς κάτω από αυτόν. (P T = 1W, A T = 100cm, η T = 0.6, d = 36000km, A R = 40cm, η R = 0.8, T S = 300 o K) 4 π GT = A 148 2 T ηt = λ 4 π GR = A 31.6 2 R ηr = λ EIRP = P G = 148 W 4 π d Lp = = 5.26 10 λ T 2 T 18 Ισχύ εκποµπής δορυφόρου (P T ) Απολαβή κεραίας δορυφόρου (G T ) Απώλειες διάδοσης (L p ) Απολαβή κεραίας κινητού δέκτη (G R ) Θερµοκρασία συστήµατος κινητού δέκτη (T S ) 0 dbw 21.7 db 187.2 db 15.0 db 24.8 dbk C EIRP G R 1 = => N0 Lp TS k C N 0 D = 53.3 dbhz ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 41 Άλλες Απώλειες Κακή σκόπευση των κεραιών (Depointing Losses) Ασυµφωνία των πολώσεων (Polarization Mismatch) Επίδραση του µέσου µετάδοσης Ατµοσφαιρικές κατακρηµνίσεις (Precipitation) Ατµοσφαιρικά αέρια (Atmospheric gases) Ιονοσφαιρικοί σπινθηρισµοί (Scintillation) Στροφή Faraday (Faraday rotation) Φαινόµενα πολυδιόδευσης (Multipath effects) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 42 21

Συχνοτικές Παρεµβολές Μεταξύ δορυφόρου και δορυφορικού συστήµατος Ο δορυφόρος S στον επίγειο δορυφορικό σταθµό E2 Ο επίγειος δορυφορικός σταθµό E2 στο δορυφόρο S S E1 E2 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 43 Συχνοτικές Παρεµβολές Μεταξύ δορυφόρου και άλλων επίγειων συστηµάτων ορυφόρος S σε άλλον επίγειο σταθµό E2 Άλλος επίγειος σταθµός E2 στο δορυφόρο S S E1 Επίγειος δορυφορικός σταθµός E1 σε άλλον επίγειο σταθµό E2 Άλλος επίγειος σταθµός E2 στον επίγειο δορυφορικό σταθµό E1 E2 E2 E1 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 44 22

Συµβάσεις Για Εκποµπή Σε Ζώνες Άνω του 1GHz ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 45 Συµβάσεις για Εκποµπή σε Ζώνες Άνω του 1GHz ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 46 23

Τρόποι Περιορισµού των Παρεµβολών S Uplink (Παρεµβολές από Ε2 σε S) Ελάττωση EIRP του Ε2 Αύξηση EIRP του Ε1 Βελτίωση του διαγράµµατος ακτινοβολίας του Ε2 Βελτίωση πολωτικών χαρακτηριστικών Χρήση τεχνικής διασποράς της ενέργειας Επιλογή καλύτερης τοποθεσίας του Ε2 Αλλαγή θέσης του δορυφόρου στην τροχιά E2 E1 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 47 Τρόποι Περιορισµού των Παρεµβολών S Downlink (Παρεµβολές από S σε E1) Ελάττωση EIRP του S Αύξηση EIRP του S Βελτίωση του διαγράµµατος ακτινοβολίας του S Βελτίωση πολωτικών χαρακτηριστικών Χρήση τεχνικής διασποράς της ενέργειας Μετατόπιση της δέσµης της κεραίας του S Αλλαγή θέσης του δορυφόρου στην τροχιά E2 E1 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 48 24

Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 49 Μετάδοση Τηλεφωνικών και Τηλεοπτικών / Ραδιοφωνικών Σηµάτων Μέσω ορυφόρου Η µετάδοση γίνεται: Αναλογικά Ψηφιακά Τα σήµατα πολυπλέκονται: Με διαίρεση συχνότητας (FDM - Frequency Division Multiplexing) Με διαίρεση χρόνου (TDM Time Division Multiplexing) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 50 25

Αναλογική Μετάδοση Τα σήµατα εκπέµπονται βάση των παρακάτω τεχνικών: Τηλεφωνικά: SCPC/FM, FDM/FM, FDM/SSB-AM Τηλεοπτικά: SCPC/FM ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 51 Ψηφιακή Μετάδοση Μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό σήµα (A/D - ειγµατοληψία / Κβάντιση / Κωδικοποίηση) Πολυπλεξία µε διαίρεση χρόνου (TDM) (ISDN, PDH, SDH, ATM) Κωδικοποίηση καναλιού (Συνελικτικούς, CRC, Interleaving) ιαµόρφωση (OQPSK, (G)MSK, π/4-qpsk) Σήµα 1 A / D Σήµα i A / D 1 i MUX Κωδικοποίηση καναλιού ιαµόρφωση Σήµα N A / D N ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 52 26

Ψηφιακή Μετάδοση Αποδιαµόρφωση (OQPSK, (G)MSK) FEC Αποκωδικοποίηση καναλιού (Viterbi) (Ανίχνευση ιόρθωση σφάλµατος) ARQ (Stop and wait, Go-Back-N, Selective repeat) Αποπολυπλεξία µε διαίρεση χρόνου (TDM) Μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό σήµα (D / A) 1 D / A Σήµα 1 Αποδιαµόρφωση Αποκωδικοποίηση καναλιού DEMUX i D / A Σήµα i N D / A Σήµα N ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 53 Σύγκριση Αναλογικής και Ψηφιακής Μετάδοσης Θεωρούµε Αναλογική διαµόρφωση FDM / FM Ψηφιακή διαµόρφωση TDM / QPSK Περιορισµοί CCIR Αναλογική διαµόρφωση: Ισχύς θορύβου < 10 nw pp, για διάρκεια 1 min, σε διάστηµα µεγαλύτερο από 80 % κάθε µήνα Ψηφιακή διαµόρφωση: Ρυθµός σφαλµάτων < 10-6, για διάρκεια 1 min, σε διάστηµα µεγαλύτερο από 80 % κάθε µήνα ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 54 27

Αναλογικά Πολυπλεγµένο Τηλεφωνικό Σήµα Αριθµός τηλεφωνικών καναλιών Μέγιστη συχνότητα πολυπλεγµένου σήµατος (khz) Μέγιστη απόκλιση συχνότητας (khz) Αποτελεσµατική απόκλιση συχνότητας (khz) Απαιτούµενη τιµή του (C/N 0 ) T (dbhz) C/N (db) 1092 4892 13108 705 95.3 19.7 972 4028 13972 797 92.5 16.9 792 3248 14716 930 89.4 13.8 912 2540 15460 1111 85.6 10.0 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 55 Ψηφιακά Πολυπλεγµένο Τηλεφωνικό Σήµα Λόγος κωδικοποίησης Αριθµός τηλεφωνικών καναλιών Απαιτούµενη τιµή του (C/N 0 ) T (dbhz) C/N (db) 1 803 87,9 12,3 7/8 703 84,8 9,2 3/4 602 82,2 6,7 2/3 535 82,3 5,7 1/2 401 79,6 4,0 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 56 28

Αποτελέσµατα Σύγκρισης Αναλογικής και Ψηφιακής Μετάδοσης Αναλογικό Σήµα (BW = 36 MHz) FDM/FM: Πολυπλεξία µε διαίρεση συχνότητας και διαµόρφωση συχνότητας FDM/CFM: FDM/FM µε συµπίεση Ψηφιακό Σήµα (BW = 36 MHz) TDM/QPSK: Κωδικοποίηση στα 64 kbps, ψηφιακή πολυπλεξία µε διαίρεση χρόνου, διαµόρφωση φάσης 4 καταστάσεων µε απευθείας κωδικοποίηση και σύγχρονη αποδιαµόρφωση LRE/DSI/TDM/QPSK: TDM/QPSK µε Digital Speech Interpolation και κωδικοποίηση πηγής στα 32 kbps DSI/TDM/QPSK: TDM/QPSK µε Digital Speech Interpolation ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 57 Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 58 29

Πολλαπλή Πρόσβαση Πολλαπλή πρόσβαση µε διαίρεση συχνότητας (FDMA Frequency Division Multiple Access) Πολλαπλή πρόσβαση µε διαίρεση χρόνου (TDMA Time Division Multiple Access) Πολλαπλή πρόσβαση µε διαίρεση κωδίκων (CDMA Code Division Multiple Access) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 59 Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA CDMA TDMA ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 60 30

Υβριδικοί Τύποι Πολλαπλής Πρόσβασης ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 61 Κατηγοριοποίηση Στρατηγικών Εκχώρησης Μέθοδοι Εκχώρησης Σταθερής εκχώρησης (Fixed Assignment) Οι διαθέσιµοι πόροι µοιράζονται εκ των προτέρων, ανεξάρτητα της κίνησης Τυχαίας προσπέλασης (Random Access) (Pure, slotted, reservation, spread-aloha) Κατ απαίτηση (Demand Assignment) Οι πόροι διαµοιράζονται δυναµικά στους χρήστες ανάλογα µε την κίνηση που εµφανίζεται ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 62 31

FDMA Περιπτώσεις πολυπλεξίας FDMA Πολυπλεξία αναλογικών σηµάτων FDM/FM-FDMA Πολυπλεξία ψηφιακών σηµάτων TDM/PSK-FDMA Πολυπλεξία σηµάτων SCPC-FDMA FDM/FM-FDMA Χρήστης Χρήστης Χρήστης Πολυπλεξία FDM ιαµορφωτής FM Tx Tx Κανάλι του δορυφορικού επαναλήπτη Σήµατα από πολυπλεξία Ν χρηστών 1 2 Ν Συνολικό BW ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 63 TDM/PSK-FDMA TDM/PSK-FDMA Χρήστης A/D ιαµορφωτής PSK Tx εδοµένα Χρήστης ιαµορφωτής PSK ιαµορφωτής FM Tx Tx Κανάλι του δορυφορικού επαναλήπτη Tx Σήµατα από πολυπλεξία 3 χρηστών 1 2 3 Προς 2 Προς 3 Προς 1 Προς 3 Προς 1 Προς 2 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 64 32

SCPC-FDMA SCPC-FDMA Χρήστης εδοµένα A/D Πολυπλεξία TDM ιαµορφωτής PSK Tx Tx Κανάλι του δορυφορικού επαναλήπτη ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 65 Προβλήµατα της Τεχνικής FDMA Παρεµβολή από το παρακείµενο κανάλι (ACI Adjacent Channel Interference) ACI k-1 k k+1 f Ενδοδιαµόρφωση (IM Intermodulation) { } X f f f 1, 2 N Μη γραµµικές διατάξεις { = + + + } Y f m f m f f m IM 1 1 2 2 N N Παράδειγµα ενδοδιαµόρφωσης µε 2 συχνότητες f 1 και f 2 >f 1 Y=X 2 f 1 f 2 f 2 -f 1 2f 1 f 2 +f 1 2f 2 Φαινόµενο κατάληψης (Capture Effect) Συµβαίνει όταν τα φέροντα στην είσοδο έχουν µεταξύ τους διαφορετική ισχύ ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 66 33

Παράδειγµα Χρήσης Ενισχυτή TWTA Η παραµόρφωση δηµιουργεί θόρυβο ενδοδιαµόρφωσης, ο οποίος προστίθεται στις άλλες πηγές θορύβου ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 67 Απόδοση FDMA Η χωρητικότητα του συστήµατος FDMA δεν αυξάνει ανάλογα µε την αύξηση των φερόντων Η χωρητικότητα του συστήµατος FDMA ελαττώνεται, γιατί κάθε φέρον υφίσταται µείωση του (C/N) T ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 68 34

Συµπεράσµατα Στα συστήµατα FDMA Η αναµόρφωσή τους είναι δύσκολη Η χωρητικότητά τους ελαττώνεται µε την αύξηση του αριθµού των προσβάσεων Απαιτείται έλεγχος ισχύος στους επίγειους σταθµούς ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 69 TDMA Οι επίγειοι σταθµοί εκπέµπουν διαδοχικά ριπές συγκεκριµένης χρονικής διάρκειας Οι ριπές εκπέµπονται στην ίδια συχνότητα και καταλαµβάνουν όλο το εύρος ζώνης Οι ριπές τοποθετούνται σε πλαίσια ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 70 35

Αρχή Λειτουργίας της Τεχνικής TDMA ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 71 οµή Ριπής Ριπή Αναφοράς (RB Reference Burst) Ανάκτηση Φέροντος και Χρονισµός bit Μοναδική Λέξη TTY SC VOW VOW CDC 352 bit 48 bit 16 bit 16 bit 64 bit 64 bit 16 bit Ριπή Πληροφορίας (TB Traffic Burst) Ανάκτηση Φέροντος και Χρονισµός bit Μοναδική Λέξη TTY SC VOW VOW Πληροφορίες 352 bit 48 bit 16 bit 16 bit 64 bit 64 bit n X 128 bit Επικεφαλίδα (Header) SC: Περιέχει σήµατα συναγερµού και πληροφορίες διαχείρισης του δικτύου (Service Channel) CDC: Περιέχει τις πληροφορίες καθυστέρησης για το συγχρονισµό των ριπών εκποµπής (Control and Delay Channel) TTY, VOW: Μηνύµατα τηλεφωνίας και τηλεγραφίας µεταξύ των σταθµών ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 72 36

Λειτουργίες τις Επικεφαλίδας Η επικεφαλίδα χρησιµοποιείται για: Να συγχρονίσει τον τοπικό ταλαντωτή του δέκτη Να συγχρονισθεί ο δέκτης στο ρυθµό µετάδοσης bit µε τον οποίο εξέπεµψε ο ποµπός Να αναγνωρίσει ο δέκτης την αρχή µιας ριπής Σηµατατοδοσία και άλλα υπηρεσιακά µηνύµατα ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 73 Πλαίσια TDMA Πλαίσια δικτύων INTELSAT και EUTELSAT Πλαίσιο 1 Πλαίσιο 2 Πλαίσιο Ν Χρόνος ασφαλείας 128 bit 1µs RB 1 TB 1 RB 2 TB 2 TB N-1 TB N 2 ms 241664 bit ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 74 37

Σχέση Μεταξύ Αρχής Ενός Πλαισίου στην Εκποµπή και στη Λήψη d n : η καθυστέρηση σε σχέση µε τη ριπή αναφοράς SOTF n : Χρόνος έναρξης εκπεµπόµενου πλαισίου του σταθµού n (Start Of Transmit Frame n) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 75 Σχέση Μεταξύ της Αρχής Ενός Πλαισίου στην Εκποµπή και στη Λήψη D = SOTF SORF = m T n N N F Άρα πρέπει: m T F 2 Rn c 2 Rn Η παραπάνω συνθήκη επιτυγχάνεται χρησιµοποιώντας κάποια µέθοδο συγχρονισµού c SORF n : Χρόνος έναρξης εκπεµπόµενου πλαισίου κ στο δορυφόρο συν το χρόνο µετάδοσης από το δορυφόρο στη γη (Start Of Receive Frame n) R n : Η απόσταση του δορυφόρου από τον σταθµό εδάφους T F : η χρονική διάρκεια ενός πλαισίου c: η ταχύτητα του φωτός ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 76 38

Συγχρονισµός Συγχρονισµός κλειστού βρόχου Συγχρονισµός ανοικτού βρόχου ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 77 Συγχρονισµός Κλειστού Βρόχου Ο σταθµός n παρατηρεί τη θέση της ριπής του και διορθώνει αντίστοιχα το χρόνο εκποµπής σύµφωνα µε τον αλγόριθµο: Dn( j+ 1) = Dn( j) en( j) e n (j): Σφάλµα θέσης της ριπής ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 78 39

Συγχρονισµός Ανοικτού Βρόχου Ο σταθµός ελέγχου µαζί µε δύο βοηθητικούς σταθµούς µετρώντας τον χρόνο µετάδοσης των ριπών τους βρίσκουν την απόσταση κάθε τοπικού σταθµού TDMA από το δορυφόρο. ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 79 Τεχνικές ιακίνησης Κλήσεων στο Επίπεδο ικτύου Ένα φέρον κύµα ανά ραδιοζεύξη από σταθµό σε σταθµό. Αριθµός Φερόντων P = Ν(Ν-1) Ένα φέρον κύµα ανά σταθµό εκποµπής. Αριθµός Φερόντων P = Ν (N: Αριθµός των σταθµών εκποµπής) Α Β Γ Α Β Γ Α Β Γ Ένα φέρον κύµα ανά ραδιοζεύξη από σταθµό σε σταθµό Α Β Γ Ένα φέρον κύµα ανά σταθµό εκποµπής ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 80 40

Απόδοση της TDMA tk ( P+ 2) ( p+ g) η = η= 1 1 T F => R T p: ο αριθµός των bit στην εισαγωγή g: ο αριθµός των bit στο χρόνο ασφαλείας R: ο ρυθµός µετάδοσης bit T F : η χρονική διάρκεια 1 πλαισίου F Παράδειγµα στα συστήµατα INTELSAT / EUTELSAT ( P ) η= + 3 1 2.85 10 2 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 81 Συµπεράσµατα Στην τεχνική TDMA: εν παράγονται προϊόντα ενδοδιαµόρφωσης Η απόδοση παραµένει υψηλή για µεγάλο αριθµό προσβάσεων εν υπάρχει ανάγκη για έλεγχο ισχύος των σταθµών Απλοποιείται η διαδικασία συντονισµού Ωστόσο: Απαιτείται ακριβής συγχρονισµός Απαιτείται υψηλή ισχύς και µεγάλο εύρος ζώνης ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 82 41

CDMA Ο κάθε σταθµός του δικτύου εκπέµπει: Έναν κώδικα που είναι ένα είδος υπογραφής Στην ίδια ζώνη συχνότητα µε τους άλλους Μέσα στην ίδια χρονική διάρκεια µε τους άλλους Χρησιµοποιούνται δύο τεχνικές: Άµεσης ακολουθίας (Direct Sequence - DS-CDMA) Με αναπήδηση συχνότητας (Frequency Hopping - FH-CDMA) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 83 Βασικές Αρχές DS-CDMA Εκπεµπόµενο σήµα c( t) = m( t) p( t) cos( ωc t) Λαµβανόµενο σήµα ( ) ( ) ( ) cos( ωc ) 2 cos( ωc ) ( ) = ( ) ( ) + ( ) ( ) cos( 2 ωc ) r t = m t p t t t r t m t p t m t p t t Τελικά προκύπτει το αρχικό x( t) = m( t) p( t) = m( t) p( t) 2 = m( t) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 84 42

Φάσµα DS-CDMA Processing Gain: R PG= R C b ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 85 Βασικές αρχές FH-CDMA Εκπεµπόµενο σήµα c( t) = m( t) cos( ωc t) Λαµβανόµενο σήµα r( t) = m( t) cos ωc( t) t 2 cos ωc( t) t r( t) = m( t) + m( t) cos 2 ωc( t) t Τελικά χρησιµοποιώντας ένα χαµηλοπερατό φίλτρο (LPF) προκύπτει το αρχικό σήµα Υπάρχουν τρεις τύποι συστηµάτων R H = R b R H >> R b FFH-CDMA R H << R b SFH-CDMA ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 86 43

Απόδοση της CDMA Ο µέγιστος αριθµός προσβάσεων: N max = + R 1 E R Γ N 1 c b b o Αν χρησιµοποιηθεί η τεχνική της ενεργοποίησης όταν υπάρχει οµιλία: N max Rc 1 E R τ Γ N b b o Με τ = 0.4, ο αριθµός των προσβάσεων αυξάνεται 2.5 φορές Παράδειγµα ίκτυο CDMA BW = 36 MHz, R = 64 kbps / φέρον, BPSK Γ = 1 bit/s/hz. Απαιτούµενο BER E b /N o (db) Απόδοση: N max η = N C max (Mbps) max R R b c η (%) 10-4 8.4 82 5.3 15 10-5 9.6 62 4 11 10-6 10.5 51 3.3 9 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 87 Συµπεράσµατα Η τεχνική CDMA παρέχει: Απλότητα στη λειτουργία Προστασία από παρεµβολές υνατότητα επαναχρησιµοποίησης συχνότητας Ωστόσο: Κύριο µειονέκτηµα είναι η µικρή απόδοση ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 88 44

Τυχαία Πρόσβαση Εκπέµπονται µηνύµατα µικρής διάρκειας (ριπές) που καταλαµβάνουν όλο, ή µέρος του συνολικού διαθέσιµου εύρους ζώνης Ουσιαστικά πρόκειται για τυχαία εκποµπή µε διαίρεση χρόνου ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 89 Το Πρωτόκολλο ALOHA Ο κάθε κόµβος εκπέµπει όποτε θέλει Μετά την εκποµπή περιµένει συγκεκριµένο χρόνο για σήµα επιβεβαίωσης λήψης Αν δε λάβει σήµα επιβεβαίωσης µέσα στο προβλεπόµενο χρονικό διάστηµα επανεκπέµπει ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 90 45

Παράδειγµα Πρωτοκόλλου ALOHA σε Λειτουργία ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 91 Πρωτόκολλο s-aloha µε Χρονοθυρίδες ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 92 46

Απόδοση του ALOHA Χωρίς χρονοθυρίδες 2 G S = G e Με χρονοθυρίδες (s-aloha) S = G e G ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 93 Εκχώρηση Σταθερή Κατ Απαίτηση Σταθερή εκχώρηση (Fixed Assignment) Η ικανότητα διακίνησης πληροφορίας για κάθε σταθµό παραµένει σταθερή Παραµένουν πόροι αναξιοποίητοι Εκχώρηση κατ απαίτηση (Demand Assignment) Οι πόροι εκχωρούνται σε κάθε σταθµό ανάλογα την απαίτηση για διακίνηση πληροφορίας Παρέχει ευελιξία Απαιτεί πολυπλοκότητα του εξοπλισµού ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 94 47

Σύγκριση Σταθερής Εκχώρησης και Κατ Απαίτηση ορυφορικό δίκτυο 20 σταθµών Χωρητικότητα επαναλήπτη S = 1520 κανάλια Πιθανότητα απόρριψης κλίσης Ε Χ (Α) = 0.01 Ένταση διακίνησης κλήσεων Α =? Σταθερή εκχώρηση 1520 / 20 = 76 κανάλια επικοινωνίας / σταθµό 19 προορισµοί => 76 / 19 = 4 κανάλια / προορισµό Πρέπει E C=4 (Α) < 0.01 => A = 0.87, δηλαδή 0.87/4 = 0.217 erlang ανά κανάλι επικοινωνίας Κατ απαίτηση εκχώρηση Πρέπει E S=1520 (Α) < 0.01 => A = 1491, δηλαδή ένταση κλήσεων Α / 1520 = 0.98 erlang ανά κανάλι επικοινωνίας ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 95 Συµπεράσµατα Η σταθερή εκχώρηση συνίσταται σε δίκτυα που διακινούν µεγάλο όγκο πληροφοριών Η κατ απαίτηση εκχώρηση συνίσταται σε δίκτυα που παρουσιάζονται µεγάλες διακυµάνσεις στις απαιτήσεις διακίνησης πληροφοριών Ο χρόνος υλοποίησης µιας σύνδεσης στην κατ απαίτηση εκχώρηση µπορεί να είναι πρόβληµα ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 96 48

Σύγκριση Απόδοσης FDMA-TDMA-CDMA ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 97 Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 98 49

ορυφόροι Μονής έσµης Πλεονέκτηµα Κάλυψη µεγάλων γεωγραφικών περιοχών Μειονέκτηµα απάνη ισχύος ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 99 Πλεονεκτήµατα ορυφόρων Πολλαπλών εσµών Ελάττωση µεγέθους επίγειου σταθµού => Ελάττωση κόστους Επαναχρησιµοποίηση συχνότητας ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 100 50

Απαιτούµενες Τιµές εικτών Επίγειων Σταθµών ( C / N ) = ( EIRP ) + ( G ) 0.4 ( dbhz) 0 U Σταθµου R ορυφορου ( C / N ) = + ( G ) + 38.6 ( dbhz) 0 D G T Σταθµου T ορυφορου ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 101 Επαναχρησιµοποίηση Συχνότητας Η ίδια περιοχή συχνοτήτων χρησιµοποιείται σε πολλές διαφορετικές περιοχές Αυξάνεται η χωρητικότητα του δικτύου Παράδειγµα ιαθέσιµο εύρος ζώνης BW 3 ίσες ξεχωριστές υποζώνες 6 δέσµες 1 η, 4 δέσµες 2 η, 3 δέσµες 3 η BW BW BW BW = 6 + 4 + 3 = 4.3 BW 3 3 3 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 102 51

Μειονεκτήµατα ορυφόρων Πολλαπλών εσµών Αλληλοπαρεµβολές µεταξύ των δεσµών Απαιτείται διασύνδεση µεταξύ των περιοχών κάλυψης ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 103 Παρεµβολή Μεταξύ εσµών Uplink Downlink ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 104 52

ιασύνδεση Μεταξύ Περιοχών Κάλυψης ιασύνδεση µε άλµα µέσω αναµεταδότη (Transponder Hopping) ιασύνδεση µέσω µεταγωγής επί του δορυφόρου (SS-TDMA) (On Board Switching) ιασύνδεση µέσω σάρωσης δέσµης (Beam Scanning) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 105 ιασύνδεση Μέσω Μεταγωγής στο ορυφόρο Χρησιµοποιείται για µικρό αριθµό δεσµών Υπάρχει µήτρα µεταγωγής που συνδέει κάθε δέσµη του uplink µε µία δέσµη του downlink ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 106 53

ιασύνδεση Άλµατος Μέσω Αναµεταδότη ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 107 ιασύνδεση Μέσω Σάρωσης έσµης ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 108 54

ίκτυα ορυφόρων µε Αναγέννηση Σήµατος Οι αναµεταδότες µπορεί να είναι: ιαφανείς αναµεταδότες Αναµεταδότες µε αναγέννηση σήµατος LNA Αποδιαµορφωτής Επαναδιαµορφωτής TWT Φίλτρο Τοπικός Ταλαντωτής Αναµεταδότης µε αναγέννηση σήµατος LNA TWT Φίλτρο UPLINK Τοπικός Ταλαντωτής ιαφανείς αναµεταδότης DOWNLINK ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 109 Πλεονεκτήµατα Αναγεννητικών ορυφορικών ικτύων Έναντι ιαφανών Ανέχονται µεγαλύτερο επίπεδο παρεµβολών Προσφέρουν δυνατότητα επεξεργασίας του σήµατος στο δορυφόρο Απλοποιείται ο εξοπλισµός του επίγειου σταθµού Ελαττώνεται το κόστος των επίγειων σταθµών ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 110 55

Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 111 ιαδορυφορικές Ζεύξεις Εγκαθιδρύονται µεταξύ: GEO LEO GEO GEO LEO - LEO ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 112 56

Παράδειγµα ιαδορυφορικής Ζεύξης GEO-GEO ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 113 Είδη ιαδορυφορικών Ζεύξεων Ζεύξεις ραδιοσυχνότητας Οπτικές ζεύξεις Είδος Ζεύξης Ραδιοζεύξεις Οπτικές Ζεύξεις Ζώνες Συχνοτήτων 22.55 23.55 GHz 24.45 24.75 GHz 32 33 GHz 54.25 58.2 GHz 0.8 0.9 µm ( ίοδος Laser AlGaAs) 1.06 µm ( ίοδος Laser Nd:YAG) 0.532 µm ( ίοδος Laser Nd:YAG) 10.06 µm ( ίοδος Laser CO 2 ) ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 114 57

ιαδορυφορικές Ζεύξεις Ραδιοσυχνότητας Χαρακτηρίζονται από: Απώλειες µόνο ελευθέρου διαστήµατος Πολύ υψηλές συχνότητες λειτουργίας Τυπικές τιµές για τον τερµατικό εξοπλισµό µιας διαδορυφορικής ζεύξης µε ραδιοσυχνότητες Συχνότητα (GHz) Εικόνα Θορύβου του έκτη (db) Ισχύς Εκποµπής (W) 23 32 3-4.5 150 60 4.5 75 120 9 30 ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 115 Οπτικές ιαδορυφορικές Ζεύξεις Η εκποµπή χαρακτηρίζονται από: Μικρή διάµετρος τηλεσκοπίου της τάξης των 30 cm Πολύ µικρό γωνιακό εύρος της δέσµης της τάξης των 5 µrad Τυπικές τιµές εκπεµπόµενης ισχύος για διάφορους τύπους laser Τύπος laser Μήκος Κύµατος (µm) Εκπεµπόµενη Ισχύς Στερεάς Κατάστασης AlGaAs 0.8 0.9 100 mw InPAlGa 1.3 1.5 100 mw Nd:YAG 1.06 0.5 1 W Nd:YAG 0.532 100 mw Laser αερίου ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες CO 2 10.6 Μερικές δεκάδες Watt 116 58

Οπτικές ιαδορυφορικές Ζεύξεις Η λήψη µπορεί να γίνει χρησιµοποιώντας: έκτη άµεσης φώρασης έκτη σύγχρονης φώρασης (Χρησιµοποιείται για ρυθµούς µετάδοσης της τάξης των Gbps) έκτη άµεσης φώρασης Φωτόνια Οπτικό Φίλτρο Φωτοφωρατής Ενισχυτής Χαµηλού Θορύβου Προσαρµοσµένο Φίλτρο bit έκτη σύγχρονης φώρασης Φωτόνια Οπτικό Φίλτρο Μίκτης Ενισχυτής Φωτοφωρατής Ενδιάµεσης Αποδιαµορφωτής Συχνότητας bit Φωτόνια f 0 Ταλαντωτής laser Έλεγχος Συχνότητας ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 117 Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII.Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 118 59

IRIDIUM Αναπτύχθηκε από τη Motorola Χρηµατοδοτήθηκε από ένα σύνολο τηλεπικοινωνιακών και βιοµηχανικών εταιριών Τέθηκε σε λειτουργία το 1998 Σε ύψος 785 km βρίσκονται 66 δορυφόροι τύπου LEO σε 6 τροχιακά επίπεδα µε κλίση 86.4 ο και περίοδο περιφοράς 100 min Παρέχει παγκόσµια κάλυψη ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 119 IRIDIUM Είναι κυψελωτό δορυφορικό δίκτυο Κάθε δορυφόρος χρησιµοποιεί 3 κεραίες Ζώνης-L για να εκπέµψει συνολικά 48 δέσµες 48 Χ 66 = 3168 κυψέλες, εκ των οποίων χρησιµοποιούνται οι 2150 Κάθε δέσµη παρέχει 80 κανάλια, δηλαδή παρέχονται συνολικά 80 Χ 2150 = 172000 κανάλια παγκοσµίως Η διάµετρος της κάθε δέσµης στη Γη είναι 600 km ορυφόρος του IRIDIUM Μάζα = 700 Kg Μέσο χρόνος ζωής = 7 y ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 120 60

IRIDIUM Οι συχνότητες και για Uplink και για Downlink είναι µεταξύ 1610 MHz και 1626.5 MHz Είναι σύστηµα TDMA/TDM/TDD Με ριπές TDMA ρυθµού 50 kbps, µεταφέρεται φωνή 4,8 kbps και δεδοµένα 2,4 kbps (Full Duplex) Ο κάθε δορυφόρος συνδέεται µε άλλους 4 στη Ζώνη-Ka Η σύνδεση µε τους επίγειους σταθµούς γίνεται στη Ζώνη-Κ Η διαδικασία αποκατάστασης κλήσης είναι όµοια µε το σύστηµα GSM ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 121 GLOBALSTAR Αναπτύχθηκε από την Qualcomm Τέθηκε σε πλήρης λειτουργία το 1999 Σε ύψος 1414 km βρίσκονται 48 δορυφόροι τύπου LEO σε 8 τροχιακά επίπεδα µε κλίση 52 ο και περίοδο περιφοράς 114 min Παρέχει κάλυψη από 70 ο βόρεια, έως 70 ο νότια ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 122 61

GLOBALSTAR Το Uplink γίνεται στη Ζώνη-L και το Downlink στη Ζώνη-S µε active phase arrays antennas από 16 δέσµες Η πολλαπλή πρόσβαση γίνεται µε CDMA Για µετάδοση φωνής υποστηρίζονται οι ρυθµοί 1.2, 2.4, 4.8, 9.6 kbps που µεταβάλλονται ανάλογα µε τη φωνητική δραστηριότητα εν χρησιµοποιούνται διαδορυφορικές ζεύξεις. Η µετάδοση σε µεγάλες αποστάσεις γίνεται µε την τεχνική bent-pipe Bent Pipe ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 123 Περιεχόµενα I. Εισαγωγή II. ορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. ορυφόροι Πολλαπλών εσµών VII. ιαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar IX. ορυφορικό UMTS ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 124 62

Αναφορές G. Maral and M. Bousquet Satellite Communications Systems, John Wiley & Sons, 3η έκδοση, Καναδάς, 1998. S. Ohmori, H. Wakana and S. Kawase Mobile Satellite Communications, Artech House, Βοστόνη, 1998. A. Jamalipour Low Earth Orbital Satellites for Personal Communication Networks, Artech House, Βοστόνη, 1998. M. Richharia Satellite Communications Systems Design Principles, Mc Graw-Hill, Λονδίνο, 1995. ορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 125 63