Ασύρματα Δίκτυα Ευρείας Περιοχής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧ. Η/Υ & ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Ασύρματα Δίκτυα Ευρείας Περιοχής MYE006: ΑΣΥΡΜΑΤΑ ΔΙΚΤΥΑ Ευάγγελος Παπαπέτρου

Διάρθρωση μαθήματος Κυψελοειδή δίκτυα αρχιτεκτονική σχεδίαση και ανάθεση συχνοτήτων λειτουργίες μεταπομπή μοντέλα διάδοσης ραδιοκυμάτων σε κυψελοειδή συστήματα διαχείριση τηλεπικοινωνιακής κίνησης ιστορική εξέλιξη κυψελοειδών συστημάτων σύστημα GSM Δορυφορικά δίκτυα αρχιτεκτονική ταξινόμηση συστημάτων γνωστά δορυφορικά συστήματα 2

3

Κυψελοειδή δίκτυα: Εισαγωγή Στόχοι κυψελοειδών δικτύων αδιάλειπτη παροχή υπηρεσιών σε μεγάλες γεωγραφικές περιοχές υποστήριξη μεγάλου πλήθους χρηστών υποστήριξη μεγάλων ρυθμών μετάδοσης σε κινητούς χρήστες Περιορισμοί σχετικά μικρό διαθέσιμο εύρος ζώνης συχνοτήτων σχετικά μικρή εκπεμπόμενη ισχύς φορητός τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός Κεντρική ιδέα κυψελοειδών δικτύων: Χωρική επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων χρήση του ίδιου εύρους ζώνης συχνοτήτων σε διαφορετικές περιοχές 4

5 Αρχιτεκτονική

Δομικά στοιχεία Κυψέλη (cell) μια γεωγραφική περιοχή που εξυπηρετείται από ένα σταθμό βάσης (base station) η επικοινωνία των κινητών σταθμών γίνεται μέσω του σταθμού βάσης περιοχή όπου είναι διαθέσιμο ένα υποσύνολο του εύρους ζώνης (ομάδα συχνοτήτων) Συστάδα κυψελών (cluster) ένα σύνολο από κυψέλες χωρική μονάδα επαναχρησιμοποίησης του εύρους ζώνης συχνοτήτων περιοχή στην οποία χρησιμοποιούνται όλες οι διαθέσιμες συχνότητες του συστήματος 6

Κυψελοειδές σύστημα και συστάδες Ένα κυψελοειδές σύστημα αποτελείται από πολλές συστάδες επιτρέπει την εξυπηρέτηση περισσότερων χρηστών Κάθε συστάδα αποτελείται από ένα πλήθος κυψελών ίδιο πλήθος κυψελών σε κάθε συστάδα το πλήθος των κυψελών καθορίζεται από πολλούς παράγοντες όπως π.χ. το αποδεκτό επίπεδο παρεμβολών, το κόστος του συστήματος, κλπ 7

Λειτουργία σταθμού βάσης Όλοι οι κινητοί χρήστες επικοινωνούν μέσω του σταθμού βάσης σε έναν κινητό χρήστη που επιθυμεί να επικοινωνήσει παρέχεται ένα κανάλι τηλεπικοινωνιακής κίνησης (traffic channel) Ένας σταθμός βάσης περιέχει έναν πομπό και ένα δέκτη μια μονάδα ελέγχου Η μονάδα ελέγχου είναι επιφορτισμένη με: τις λειτουργίες δικτύου, π.χ. απόδοση συχνότητας για μια κλήση, τη διαχείριση των κινητών χρηστών που εισέρχονται ή εξέρχονται από την κυψέλη, κλπ 8

Συντονισμός σταθμών βάσεως Κέντρο μεταγωγής κινητών τηλεπικοινωνιών (Mobile Telecommunications Switching Office MTSO) υπεύθυνο για το συντονισμό των σταθμών βάσεων Είδη καναλιών επικοινωνίας: κανάλια τηλεπικοινωνιακής κίνησης (traffic channels) μεταφέρουν τα δεδομένα των χρηστών κανάλια ελέγχου (control channels) 9

10 Κατανομή συχνοτήτων

Παρεμβολές σε κυψελοειδές σύστημα (1/2) Τα κυψελοειδή συστήματα χρησιμοποιούν την πολλαπλή πρόσβαση στο πεδίο της συχνότητας (FDMA) Εύρος ζώνης συχνοτήτων Σε ένα σύστημα FDMA μπορούν να υπάρξουν παρεμβολές μεταξύ χρηστών που χρησιμοποιούν το ίδιο κανάλι μεταξύ χρηστών που χρησιμοποιούν γειτονικό κανάλι οι παρεμβολές μειώνονται όσο αυξάνεται η απόσταση των χρηστών 11

Παρεμβολές σε κυψελοειδές σύστημα (2/2) Σε ένα κυψελοειδές σύστημα: χρήστες μπορούν να δημιουργήσουν σημαντικές αμοιβαίες παρεμβολές αν χρησιμοποιούν την ίδια συχνότητα, ανήκουν σε γειτονικές συστάδες και βρεθούν κοντά στα όρια γειτνίασης χρησιμοποιούν γειτονικές συχνότητες και βρεθούν κοντά είτε ανήκουν στην ίδια ή σε γειτονικές συστάδες Στόχος: μείωση των παρεμβολών μεταξύ χρηστών Ιδέα: δύο χρήστες πρέπει να απέχουν στο πεδίο της συχνότητας ή στον χώρο ή και στα δύο Λύση: δημιουργία πολλών υποπεριοχών (κυψελών) μέσα στη συστάδα 12

Ανάθεση συχνοτήτων σε κυψέλες (1/2) Σε κάθε κυψέλη μια συστάδας ανατίθενται διαφορετικές συχνότητες ίδιες κυψέλες σε διαφορετικές συστάδες χρησιμοποιούν τις ίδιες συχνότητες Η χρήση κυψελών εξασφαλίζει μια ελάχιστη απόσταση μεταξύ χρηστών με ίδιες συχνότητες ελάχιστη απόσταση: (περίπου) η ακτίνα της συστάδας (D) 13

Ανάθεση συχνοτήτων σε κυψέλες (2/2) Οι παρεμβολές μεταξύ χρηστών με γειτονικές συχνότητες πρέπει επίσης να ελαχιστοποιηθούν σε γειτονικές κυψέλες ανατίθενται μη γειτονικές συχνότητες η ανάθεση των συχνοτήτων γίνεται με πολύπλοκους αλγόριθμους οι συχνότητες που ανατίθενται σε μια κυψέλη δεν πρέπει να είναι γειτονικές δημιουργία ομάδων συχνοτήτων Ομάδα 1 Ομάδα 2 Εύρος ζώνης συχνοτήτων 14

15 Σχεδίαση κυψελοειδούς συστήματος

Παράμετροι κυψελοειδούς συστήματος Η επιλογή της ακτίνας (D) μιας συστάδας σχετίζεται με: την χωρητικότητα του συστήματος δηλαδή τους ταυτόχρονα εξυπηρετούμενους χρήστες τις μέγιστες αποδεκτές παρεμβολές μεταξύ των χρηστών Το πλήθος και το μέγεθος των κυψελών σχετίζεται με: τις παρεμβολές μεταξύ χρηστών την ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος από ένα κινητό σταθμό το κόστος του συστήματος 16

Μοντελοποίηση συστήματος (1/2) Για την μοντελοποίηση ενός κυψελοειδούς συστήματος υπάρχουν πολλές γεωμετρικές διατάξεις με διαφορετικό σχήμα για την κυψέλη: τετράγωνο, εξάγωνο με διαφορετικό αριθμό κυψελών ανά συστάδα 17

Μοντελοποίηση συστήματος (2/2) Συνήθως χρησιμοποιούνται εξαγωνικές δομές ο αριθμός των κυψελών σε κάθε συστάδα μπορεί να είναι: 2 2 N i j i j i j, 0,1,2,3,... η απόσταση μεταξύ γειτονικών κυψελών είναι (R=ακτίνα κυψέλης): d 3R η ακτίνα της συστάδας είναι: D 3NR Ο αριθμός των κυψελών σε μια συστάδα ονομάζεται συντελεστής επαναχρησιμοποίησης (reuse factor) 18

Τεχνικές αύξησης χωρητικότητας (1/2) Η αύξηση των χρηστών και της τηλεπικοινωνιακής κίνησης που παράγουν επιβάλλει την αύξηση της χωρητικότητας Διάφορες τεχνικές μπορούν να εφαρμοστούν: χρήση μικροκυψελών τμηματοποίηση κυψελών δημιουργία τμημάτων (sectors) με χρήση κατευθυντικών κεραιών δυναμική εκχώρηση συχνοτήτων σε κυψέλες χρήση νέων συχνοτήτων 19

Τεχνικές αύξησης χωρητικότητας (2/2) Χρήση μυκροκυψελών κυψέλες πολύ μικρών διαστάσεων για αύξηση χωρητικότητας μείωση ακτίνας κατά παράγοντα F > αύξηση σταθμών βάσης κατά παράγοντα F 2 μικρότερη εκπεμπόμενη ισχύς και καλύτερη ποιότητα σήματος λόγω μικρότερων παρεμβολών 20

21 Διαχείριση κινητού χρήστη

Λειτουργίες για εξυπηρέτηση χρήστη (1/2) Εκκίνηση κινητού σταθμού και είσοδος στο δίκτυο επιτήρηση ισχύος σε διαφορετικές συχνότητες και επιλογή καλύτερης κυψέλης ενημέρωση MTSO (πιστοποίηση χρήστη) Πραγματοποίηση κλήσης έλεγχος διαθέσιμων καναλιών αίτημα προς MTSO 22

Λειτουργίες για εξυπηρέτηση χρήστη (2/2) Τηλεειδοποίηση αναζήτηση από το MTSO του σταθμού βάσης που εξυπηρετεί το τερματικό προορισμού Αποδοχή κλήσης ενημέρωση του MTSO από το τερματικό προορισμού δέσμευση συχνότητας επικοινωνίας (καναλιού επικοινωνίας) μεταφορά δεδομένων 23

Μεταπομπή (Handoff ή Handover)(1/2) Ορισμός: αλλαγή της κυψέλης εξυπηρέτησης ενός τερματικού κατά τη διάρκεια μιας συνδιάλεξης αλλαγή καναλιού (συχνότητας) επικοινωνίας Πρόβλημα: αβεβαιότητα ύπαρξης καναλιού στην κυψέλη προορισμού η ύπαρξη διαθέσιμου καναλιού δεν είναι δεδομένη πιθανός βίαιος τερματισμός (forced termination) της συνδιάλεξης Λύσεις: δέσμευση καναλιών για μεταγωγή δυναμική ανάθεση καναλιών, κα 24

Μεταπομπή (Handoff ή Handover)(2/2) Η διαδικασία της μεταπομπής: ενεργοποιείται από έναν αλγόριθμο ελέγχου της λαμβανόμενης ισχύος διεκπεραιώνεται αυτόματα από το MTSO δέσμευση καναλιού στην κυψέλη προορισμού 25

Ενεργοποίηση μεταπομπής (1/2) Για την ενεργοποίηση της μεταπομπής χρησιμοποιούνται αλγόριθμοι που καταγράφουν την λαμβανόμενη ισχύ στο τερματικό σχετική ένταση σήματος η ισχύς από ένα γειτονικό σταθμό βάσης γίνει μεγαλύτερη από την τρέχουσα ισχύ φαινόμενο ping pong σχετική ένταση σήματος με κατώφλι πρέπει επιπλέον η τρέχουσα ισχύς να είναι κάτω από ένα κατώφλι σχετική ένταση σήματος με υστέρηση η ισχύς από ένα γειτονικό σταθμό είναι μεγαλύτερη κατά ένα όριο από την τρέχουσα ισχύ σχετική ένταση σήματος με κατώφλι και υστέρηση συνδυασμός των δύο προηγούμενων τεχνικών 26

Ενεργοποίηση μεταπομπής (2/2) 27

28 Μοντέλα απωλειών

Διάδοση ραδιοκυμάτων σε κυψελοειδή συστήματα (1/2) Ο προσδιορισμός των απωλειών είναι σημαντικός για τη σχεδίαση ενός κυψελοειδούς συστήματος ικανοποιητική ισχύς για λήψη και ταυτόχρονα μικρή ισχύς παρεμβολών πολύπλοκα φαινόμενα διάδοσης λόγω κίνησης, π.χ. πολλαπλές οδεύσεις Μοντέλα απωλειών τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται είναι προσεγγιστικά γνωστότερο μοντέλο: Okumura/Hata 29

Διάδοση ραδιοκυμάτων σε κυψελοειδή συστήματα (2/2) Μοντέλο απωλειών Okumura/Hata L 69.55 26.16log f 13.82log h A( h ) (44.9 6.55log h)logd db c t r t f c φέρουσα συχνότητα 150 1500 MHz h t ύψος κεραίας εκπομπής 30 300 m h r ύψος κεραίας λήψης 1 10 m d απόσταση ζεύξης 1 20 Km A(h r ) συντελεστής διόρθωσης για το ύψος της κινητής κεραίας μικρή ή μεσαίου μεγέθους πόλη A( h ) (1.1log f 0.7) h (1.56log f 0.8) db μεγάλη πόλη r c r c A h h db f MHz 2 ( r) 8.29[log(1.54 r)] 1.1, c 300 A h h db f MHz 2 ( r) 3.2[log(11.75 r)] 4.97, c 300 30

31 Διαχείριση τηλεπικοινωνιακής κίνησης

Κυψέλη και μοντέλα αναμονής (1/3) Κάθε κυψέλη χαρακτηρίζεται από μια χωρητικότητα (Ν κανάλια ή χρήστες) προσδιορίζει τον μέγιστο αριθμό των ταυτόχρονα εξυπηρετούμενων χρηστών Η χωρητικότητα εξαρτάται από την τεχνική πολλαπλής πρόσβασης σύστημα FDMA: η χωρητικότητα είναι συνάρτηση του εύρους ζώνης συχνοτήτων σύστημα TDMA: η χωρητικότητα είναι συνάρτηση των χρονοθυρίδων σύστημα CDMA: η χωρητικότητα είναι συνάρτηση των χρηστών που εξυπηρετούνται από το σύστημα 32

Κυψέλη και μοντέλα αναμονής (2/3) Κάθε κυψέλη μπορεί να μοντελοποιηθεί ως ένα σύστημα αναμονής ανάλογα με τον πληθυσμό των χρηστών (L) Αφρακτικό σύστημα (Non blocking system) L<=N Σύστημα έμφραξης (blocking system) L>N τα πραγματικά συστήματα τηλεφωνίας ανήκουν σε αυτή την κατηγορία Σε πραγματικά συστήματα L>N 33

Κυψέλη και μοντέλα αναμονής (3/3) Σε ένα σύστημα έμφραξης μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές στρατηγικές απόρριψη μπλοκαρισμένων κλήσεων (LCC) καθυστέρηση μπλοκαρισμένων κλήσεων (LCD) κράτηση μπλοκαρισμένων κλήσεων (LCΗ) Για τη σχεδίαση ενός συστήματος έχει ιδιαίτερη σημασία η μελέτη της απόδοσή του με βάση πιθανότητα φραγής (ή μπλοκαρίσματος) μέση καθυστέρηση εξυπηρέτησης Η μελέτη της απόδοσης μπορεί να γίνει με χρήση της θεωρίας αναμονής (queuing theory) 34

Κυψέλη σαν σύστημα Erlang (1/2) Ορισμοί θεωρίας τηλεπικοινωνιακής κίνησης λ ρυθμός άφιξης νέων κλήσεων στο σύστημα t m μέση διάρκεια μιας κλήσης ένταση τηλεπικοινωνιακής κίνησης Α = λ t m Μοντέλο τηλεπικοινωνιακής κίνησης με μεταπομπή 35

Κυψέλη σαν σύστημα Erlang (2/2) Σύστημα LCC (σύστημα Erlang B) πιθανότητα φραγής (ή μπλοκαρίσματος) διακινούμενη τηλεπικοινωνιακή κίνηση C = (1 P b )A P b N N A N! x A x! x 0 36

37 Ιστορική εξέλιξη

Φάσεις ανάπτυξης (1/2) Η εξέλιξη των κυψελοειδών συστημάτων έχει διέλθει τέσσερις σημαντικές φάσεις Ανάλογα με τις φάσεις αυτές διακρίνονται τα συστήματα: 1 ης γενιάς αναλογικά συστήματα 2 ης γενιάς ψηφιακά συστήματα 3 ης γενιάς συστήματα με διασπορά φάσματος για υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης 4 ης γενιάς συστήματα που στηρίζονται στο OFDMA και τεχνικές MIMO 38

Φάσεις ανάπτυξης (2/2) LTE, LTE advanced 39

Κυψελοειδή συστήματα 1 ης γενιάς Βασικό χαρακτηριστικό: αναλογικά συστήματα Μειονέκτημα: χωρητικότητα vs αξιοποίηση συχνοτήτων Αναπτύχθηκαν ανεξάρτητα σε Βόρεια Αμερική και Σκανδιναβία σημαντικότερο σύστημα: Advanced Mobile Phone Service (AMPS) Βόρεια Αμερική 40

AMPS (1/2) Αναπτύχθηκε από την AT&T τη δεκαετία του 1980 υιοθετήθηκε και χρησιμοποιήθηκε ευρέως σε Νότιο Αμερική, Αυστραλία και Κίνα Αναλογικό σύστημα με διαμόρφωση συχνότητας Φασματική εκχώρηση τεχνική FDMA 2 περιοχές (μπάντες) συχνοτήτων των 25MHz (χωρισμένες σε 2 τμήματα των 12.5 MHz) 416 κανάλια των 30KHz 21 κανάλια ελέγχου των 10Kbps 41

AMPS (2/2) Παράμετροι λειτουργίας 42

Κυψελοειδή συστήματα 2 ης γενιάς (1/2) Βασικό χαρακτηριστικό: ψηφιακά συστήματα υψηλότεροι ρυθμοί μετάδοσης υποστήριξη ψηφιακών υπηρεσιών μεγαλύτερη χωρητικότητα Χαρακτηριστικά λειτουργίας ψηφιακά δεδομένα ψηφιακή διαμόρφωση κρυπτογράφηση ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων τεχνική πρόσβασης: TDMA ή CDMA (σε συνδυασμό με FDMA) Σημαντικότερα συστήματα: Global System Mobile Communications (GSM) IS 95 43

Κυψελοειδή συστήματα 2 ης γενιάς (2/2) 44

GSM (1/6) Ευρωπαϊκό πρότυπο για κυψελοειδή συστήματα 2 ης γενιάς αναπτύχθηκε το 1990 χρησιμοποιείται ευρέως σε όλο τον κόσμο: 750Μ χρήστες στα τέλη του 2000 Δομικά στοιχεία του συστήματος Κινητός σταθμός (Mobile Station) Υποσύστημα σταθμού βάσης (Base Station Subsystem BSS) Υποσύστημα Δικτύου (Network Subsystem) 45

GSM (2/6) 46

GSM (3/6) Κινητός σταθμός κινητή συσκευή (Mobile Equipment ME) μονάδα ταυτότητας συνδρομητή SIM αναγνώριση χρήστη και επιλογή παραμέτρων λειτουργίας Υποσύστημα σταθμού βάσης ένας ή περισσότεροι πομποδέκτες σταθμού βάσης (Base Transceiver Station BTS) κάθε BTS ορίζει μια κυψέλη με μέγεθος 100m 35Km ελεγκτής σταθμού βάσης (Base Station Controller BSC) έλεγχος πόρων των BTS s μεταπομπή μέσα στο υποσύστημα 47

GSM (4/6) Υποσύστημα Δικτύου κέντρο μεταγωγής (Mobile switching center) υπεύθυνο για λειτουργίες δικτύου, π.χ. δρομολόγηση, κλπ βάση δεδομένων καταχωρητή θέσης έδρας (Home location register HLR) διατηρεί πληροφορίες για συνδρομητές που ανήκουν σε αυτή βάση δεδομένων καταχωρητή θέσης επισκεπτών (Visitor location register VLR) διατηρεί πληροφορίες για επισκέπτες συνδρομητές, ένδειξη της θέσης βάση δεδομένων κέντρου πιστοποίησης (Authentication center AuC) βάση δεδομένων ταυτοτήτων συσκευών (Equipment identity register EIR) 48

GSM (5/6) Ζεύξεις ραδιοκυμάτων GSM δύο μπάντες των 25MHz 935 960 MHz επικοινωνία από σταθμό βάσης 890 915 MHz επικοινωνία προς σταθμό βάσης τεχνική πολυπλεξίας: TDMA/FDMA FDMA: 125 αμφίδρομα κανάλια των 200KHz (270,833 Kbps) TDMA: 8 χρονοθυρίδες (15/26 msecs) 156,25 bits ρυθμός για κάθε χρήστη = 22,8Kbps αλλαγή συχνότητας σε κάθε πλαίσιο TDMA (4,615 msecs) 49

GSM (6/6) 50

Κυψελοειδή συστήματα 2 ης γενιάς με CDMA (1/2) Ορισμένα συστήματα 2ης γενιάς εισήγαγαν την πολλαπλή πρόσβαση με τη χρήση κωδίκων (CDMA) βασική τεχνική διασποράς φάσματος: DSSS Πλεονεκτήματα: ανθεκτικότητα σε ριπές θορύβου, επιλεκτικές διαλείψεις, κα ανθεκτικότητα στο φαινόμενο των πολλαπλών οδεύσεων: εξάλειψη συνιστωσών λόγω χαμηλής αυτοσυσχέτισης του κώδικα διασποράς απόρρητο επικοινωνίας ομαλή υποβάθμιση: βαθμιαία μείωση της προσφερόμενων υπηρεσιών με την αύξηση των χρηστών μεγαλύτερη χωρητικότητα 51

Κυψελοειδή συστήματα 2 ης γενιάς με CDMA (2/2) Μειονεκτήματα αυτοπαρεμβολή (self jamming): ακύρωση ορθογωνιότητας κωδίκων λόγω πολλαπλών διοδεύσεων πρόβλημα κοντινής μακρινής απόστασης (near far problem) ισχυρές παρεμβολές από κοντινούς (στο σταθμό βάσης) χρήστες ομαλή μεταπομπή (soft handoff): συνθετότερη διαδικασία η αλλαγή συχνότητας δεν είναι επιβεβλημένη δεν υπάρχει αυστηρά καθορισμένο όριο στη χωρητικότητα του συστήματος 52

Κυψελοειδή συστήματα 3 ης γενιάς (1/3) Στόχοι συστημάτων 3 ης γενιάς πολύ υψηλές ταχύτητες μετάδοσης στο χρήστη Υποστήριξη πολυμεσικών εφαρμογών Πρωτοβουλίες για προτυποποίηση ITU: IMT 2000 καθόρισε τις επιθυμητές δυνατότητες των συστημάτων τρίτης γενιάς ETSI: UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) Wideband CDMA IMT TC ή TD CDMA 53

Κυψελοειδή συστήματα 3 ης γενιάς (2/3) 54

Κυψελοειδή συστήματα 3 ης γενιάς (3/3) Προδιαγραφές της ITU ποιότητα φωνής συγκρίσιμη με PSTN 144Kbps σε κινητούς χρήστες με μεγάλη ταχύτητα 384Kbps σε πεζούς ή αργά κινούμενους χρήστες 2048Kbps για δικτύωση γραφείου συμμετρικοί και ασύμμετροι ρυθμοί μετάδοσης υποστήριξη μοντέλου επικοινωνίας ανάλογου αυτού του διαδικτύου μεταγωγή κυκλώματος και πακέτου αποδοτικότερη αξιοποίηση φάσματος ευελιξία εισαγωγής νέων υπηρεσιών & τεχνολογιών 55

Κυψελοειδή συστήματα 4 ης γενιάς Τα συστήματα 4 ης γενιάς προσφέρουν σημαντικά υψηλότερες ταχύτητες μετάδοσης οι καινοτομίες αφορούν κυρίως το φυσικό επίπεδο σημαντικότερες καινοτομίες: OFDMA και ΜΙΜΟ OFDMA: ανθεκτικότητα στην παραμόρφωση του καναλιού μέσω της παράλληλης εκπομπής πολλών συμβόλων ΜΙΜΟ: αύξηση χωρητικότητας του καναλιού με τη χρήση πολλών κεραιών εκπομπής και λήψης κάθε κεραία εκπέμπει διαφορετική ροή δεδομένων 56

57

Δορυφορικά δίκτυα: Εισαγωγή (1/2) Πλεονεκτήματα δορυφορικών συστημάτων Κάλυψη παροχή υπηρεσιών σε περιοχές που δεν καλύπτονται από τα επίγεια δίκτυα Ευρεία εκπομπή (broadcast) / Πολυδιανομή (multicast) η ταυτόχρονη αποστολή δεδομένων σε πολλούς χρήστες διευκολύνεται από τη φύση της δορυφορικής ζεύξης Διαθεσιμότητα Κόστος επικοινωνίας ανεξάρτητο της απόστασης 58

Δορυφορικά δίκτυα: Εισαγωγή (2/2) Πλεονεκτήματα δορυφορικών συστημάτων (συνέχεια) Ευελιξία δικτύωσης εθνικοί τηλεπικοινωνιακοί οργανισμοί μπορούν να παρακαμφτούν εύκολη προσαρμογή στα χαρακτηριστικά επικοινωνίας που απαιτούν οι χρήστες για την επικοινωνία απαιτείται μόνο το τερματικό του χρήστη Αξιοπιστία οι υπηρεσίες δικτύωσης είναι συνεχώς διαθέσιμες 59

Αρχιτεκτονική δορυφορικών συστημάτων (1/4) Ένα δορυφορικό σύστημα αποτελείται από: τους δορυφόρους τα τερματικά (χρήστες), κινητά ή σταθερά τους επίγειους σταθμούς (gateways) Επίγειος σταθμός σύστημα κεραιών που βρίσκεται στην επιφάνεια της γης αποτελεί δομικό στοιχείο του δικτύου όπου εκτελούνται σημαντικές λειτουργίες, π.χ. δρομολόγηση Ανοδική ζεύξη (uplink) η σύνδεση από τον επίγειο σταθμό ή τον χρήστη προς το δορυφόρο Καθοδική ζεύξη (downlink) η σύνδεση από το δορυφόρο προς τον επίγειο σταθμό ή τον χρήστη 60

Αρχιτεκτονική δορυφορικών συστημάτων (2/4) Για κάθε δορυφόρο ορίζονται: Γωνία ανύψωσης (e) η γωνία μεταξύ του δορυφόρου και του ορίζοντα Ελάχιστη γωνία ανύψωσης (e min ): η ελάχιστη γωνία ώστε να είναι δυνατή η επικοινωνία μεταξύ δορυφόρου τερματικού Ίχνος δορυφόρου τα σημεία στην επιφάνεια της γης στα οποία η γωνία ανύψωσης είναι μεγαλύτερη από την ελάχιστη χωρική μονάδα επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων Κελί υποδιαίρεση του ίχνους 61

Αρχιτεκτονική δορυφορικών συστημάτων (3/4) Οι δορυφόροι είναι οργανωμένοι σε ένα ή περισσότερα τροχιακά επίπεδα σε κάθε τροχιακό επίπεδο υπάρχουν ομοιόμορφα κατανεμημένοι περισσότεροι του ενός δορυφόροι η διάταξη των τροχιακών επιπέδων είναι τέτοια ώστε να επιτυγχάνεται πλήρης κάλυψη της γης th j orbital plane γ γ j i i i Ω k th i orbital plane Equatorial plane Reference direction Ω υ N A perigee ω i Plane of orbit 62

Αρχιτεκτονική δορυφορικών συστημάτων (4/4) 63

Ταξινόμηση δορυφορικών συστημάτων (1/3) Τα δορυφορικά συστήματα ταξινομούνται βάση το σχήμα και τη διάμετρο της τροχιάς των δορυφόρων Γεωστατικά (GEO) κυκλική τροχιά με ύψος περίπου 36000 Km Μέσης τροχιάς (ΜΕΟ) κυκλική τροχιά με ύψος στην περιοχή των 10000Km Χαμηλής τροχιάς (LEO) κυκλική τροχιά με ύψος στην περιοχή των 1000Km Υψηλά ελλειπτικά (HEO) ελλειπτική τροχιά με μεταβλητό ύψος 64

Ταξινόμηση δορυφορικών συστημάτων (2/3) Τα συστήματα GEO χαρακτηρίζονται από: απλή υλοποίηση υψηλές καθυστερήσεις διάδοσης (τουλάχιστον 240 msec) real time εφαρμογές δεν μπορούν να υποστηριχθούν υψηλή ισχύ εκπομπής μεγάλες κεραίες είναι οι χρήστες να είναι κινούμενοι Τα συστήματα LEO προσφέρουν μια εναλλακτική επιλογή χαμηλές καθυστερήσεις διάδοσης μεγαλύτερη χωρητικότητα σε σχέση με τα GEO συστήματα υποστήριξη μικρών τερματικών και κινούμενων χρηστών 65

Ταξινόμηση δορυφορικών συστημάτων (3/3) System INM ARSAT-M Mobilsat ICO Iridium Globalstar Owner Comsat, etc AMSC Boeing Satellite Systems, Inc. Iridium Inc. Loral Qualcomm System Type GEO GEO MEO LEO LEO Purpose Voice Data Voice Data Voice Data Voice Data Voice Data Geographic Coverage Worldwide N. America Worldwide Worldwide Worldwide Two way Yes Yes Yes Yes Yes PSTN access Yes Yes Yes Yes Yes Number of satellites 4 2 10 66 48 Orbit Altitude 35,786 km 35,786 km 10,390 km 780 km 1,414 km Band L-Band L-Band S-Band L-Band L-Band System Satellite Orbits Satellite Architecture Type Band Access Type A strolink GEO Processing, Spot beam Ka MF-TDMA EuroSky Way GEO Processing, Spot beam Ka MF-TDMA Spaceway GEO/MEO Processing, Spot beam Ka MF-TDMA Teledesic MEO Processing, Spot beam Ka MF-TDMA Orblink MEO On-board switching V - Skybridge LEO Transparent, Spot beam Ku - 66