ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΔΙΟΙΚΗΣΗ & ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών - Τμήμα Οικονομικών Επιστημών Μάθημα Εναλλακτικά Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ

Περιεχόμενα I. Εισαγωγή II. Δορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. Δορυφόροι Πολλαπλών Δεσμών VII. Διαδορυφορικές Ζεύξεις VIII. Iridium και Globalstar Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 2

Εισαγωγικά Μία ασύρματη ζεύξη μεταξύ δύο σημείων που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση μπορεί να πραγματοποιηθεί Μέσω ανάκλασης στην ιονόσφαιρα Διαμέσων τεχνητού ανακλαστήρα (Δορυφόρο) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 4

Βασικό Δορυφορικό Σύστημα Διαστημικό Τμήμα: (Multibeam - Monobeam Satellites, Transparent-Regenerative Satellites, GEO-LEO-HEO Satellites) Επίγειο Τμήμα: (Earth Station, VSAT, Hand Held Terminals) Διαστημικό Τμήμα Εθνικό Δίκτυο Τοπικό Δίκτυο Εμπορικό Δίκτυο Επίγειο Τμήμα Επίγειος Σταθμός (Telemetry Tracking & Command - TT&C) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 5

Οργάνωση Επίγειου Σταθμού Τροφοδοτικές Διατάξεις Διπλέκτης Ανίχνευση Παρακολούθηση & Έλεγχος Ενισχυτής RF Υψηλής Ισχύος Διαμορφωτής IF Σήματα από τους χρήστες Ενισχυτής Λήψης Χαμηλού Θορύβου Αποδιαμορφωτής IF Σήματα προς τους χρήστες Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 6

Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης Frequency Division Multiple Access - FDMA Time Division Multiple Access TDMA Code Division Multiple Access CDMA Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 7

Χρήσιμες Δορυφορικές Τροχιές Γεωστατική (GEO Geosynchronous Earth Orbit) Χαμηλού / μέσου ύψους (LEO / ΜΕΟ Low/Medium Earth Orbital) Έντονα ελλειπτική (HEO Highly inclined Elliptical Orbit) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 8

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 NASA) 1965 INTELSAT 1 (Ο πρώτος του δικτύου Intelsat), MOLNYA (1ος επικοινωνιακός δορυφόρος) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 9

Ιστορική Αναδρομή Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 10

Χαρακτηριστικά Δορυφορικών Επικοινωνιών Κάλυψη μεγάλων γεωγραφικών περιοχών Κάλυψη απομακρυσμένων περιοχών Κάλυψη κινητών δεκτών Μεγάλο εύρος ζώνης (Bandwidth) Ευκολία αναδιάταξης (Reconfigurability) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 11

Γενιές Δορυφορικών Συστημάτων Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 12

Εξέλιξη Δορυφορικών Συστημάτων Αύξηση του μεγέθους των δορυφορικών κεραιών Ελάττωση των διαστάσεων του δέκτη Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 13

Κατηγοριοποίηση Δορυφορικών Επικοινωνιών Δορυφορικές επικοινωνίες Υπηρεσίες σταθερών δορυφόρων (FSS Fixed Satellite Services) Δορυφορικές υπηρεσίες ευρυεκπομπής (BSS Mobile Satellite Services) Δορυφορικές υπηρεσίες αεροπλοΐας-κινητού (AMSS Aeronautical Mobile Satellite Services) Κινητές δορυφορικές υπηρεσίες (MSS Mobile Satellite Services) Δορυφορικές υπηρεσίες σταθερού-κινητού (LMSS Land Mobile Satellite Services) Δορυφορικές υπηρεσίες ναυσιπλοΐας-κινητού (NMSS Navigational Mobile Satellite Services) Δορυφορικές υπηρεσίες ραδιοπλοήγησης (RNSS RadioNavigation Satellite Service) Υπηρεσίες ραδιοπλοήγησης για ναυσιπλοΐα Διαδορυφορικές υπηρεσίες (ISS InterSatellite Services) Δορυφορικές υπηρεσίες ραδιοπροσδιορισμού (RDSS RadioDetermination Satellite Service) Υπηρεσίες ραδιοπλοήγησης για αεροπλοΐα Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 14

Υπηρεσίες Τηλεφωνικές συνδέσεις Τηλεοπτικά / ραδιοφωνικά προγράμματα Επικοινωνίες με κινητούς δέκτες Προσωπικές τηλεπικοινωνίες Αλληλεπιδραστικές υπηρεσίες πολυμέσων Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 15

Ζώνες Συχνοτήτων

Ζώνες Συχνοτήτων Δορυφορικών Υπηρεσιών Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 17

Κόστος Δορυφορικού Συστήματος Κόστος κατασκευής & εκτόξευσης (GEO): 200Μ$-400Μ$ Μέση διάρκεια ζωής: 15 χρόνια Έσοδα: 20-30Μ$ ετησίως Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 18

Πλεονεκτήματα Δορυφορικών Επικοινωνιών Δυνατότητα χρήσης ανεξαρτήτως απόστασης Μοναδική λύση για δυσπρόσιτες περιοχές Παροχή κινητών επικοινωνιών συμπληρωματικά ως προς τα επίγεια δίκτυα Λειτουργία σε περιόδους φυσικών καταστροφών Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 19

Μειονεκτήματα Δορυφορικών Επικοινωνιών Καθυστέρηση μετάδοσης της τάξης των 240ms (GEO) Εξασθένηση των σημάτων λόγω μεγάλης απόστασης και του μέσου διάδοσης Υψηλό κόστος τοποθέτησης και περιορισμένη διάρκεια ζωής Συμφόρηση (γεωστατική τροχιά) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 20

Δορυφορικές Τροχιές Γεωστατική (GEO) Χαμηλού / μέσου ύψους (LEO / ΜΕΟ) Έντονα ελλειπτική (HEO) GEO LEO / ΜΕΟ HEO Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 22

Εξίσωση Τροχιάς Νομος Newton Αρχη διατηρησης ενεργειας Αρχη διατηρησης ορμης Αρχη διατηρησης στροφορμης r ( θ ) p = 1 + e cos( θ ) y V(r) A r(θ) θ O Γεωκεντρικό σύστημα συντεταγμένων x 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 = μ m H: Στροφορμή του συστήματος m: Μάζα του δορυφόρου μ = GM Γης => μ 410 m s 14 3 2 e: Εκκεντρότητα της τροχιάς 2 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 23

Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιάς Ύψος του δορυφόρου από το κέντρο της γης: ( ) r u 2 ( 1 e ) a = 1 + e cos ( u) a V(r) A Γραμμική ταχύτητα: ( ) V r 2 1 = 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 r e: Εκκεντρότητα της έλλειψης e = r a a r p + r p Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 24

Γεωμετρικά Χαρακτηριστικά Γης - Δορυφόρου Γωνία ανύψωσης Κλίση του επιπέδου της τροχιάς Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 25

Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Χαρακτηριστικά Όχι σταθερό μέτρο γραμμικής ταχύτητας Χρόνος παραμονής στο απόγειο > Χρόνος παραμονής στο περίγειο Δυνατότητα εγκαθίδρυσης ραδιοζεύξεων σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη Χαρακτηριστικοί τύποι τροχιών MOLNIYA TUNDRA Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 26

Ελλειπτικές Τροχιές MOLNIYA Τροχιές τύπου MOLNIYA Περίοδος (T) Μεγάλος ημιάξονας (α) Κλίση 12 h 26556 km 63.4 o Εκκεντρότητα (e) 0.6 έως 0.75 Ύψος περιγείου (e=0.71) Ύψος απογείου (e=0.71) 1250 km 39105 km Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 27

Ελλειπτικές Τροχιές TUNDRA Τροχιές τύπου TUNDRA Περίοδος (T) Μεγάλος ημιάξονας (α) Κλίση Εκκεντρότητα (e) Ύψος περιγείου (e=0.25) Ύψος απογείου (e=0.25) 24 h 42164 km 63.4 o 0.25 έως 0.4 25231 km 46340 km Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 28

Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Πλεονεκτήματα Μεγάλη γωνία ανύψωσης Μεγάλος χρόνος ορατότητας Κάλυψη περιοχών μεγάλου γεωγραφικού πλάτους Μικρή πολυπλοκότητα κόστος επίγειου σταθμού Μειονεκτήματα Απαιτούνται περισσότεροι από ένα δορυφόρο για συνεχή κάλυψη Ισχυρό φαινόμενο Doppler Μεταβολή του χρόνου μετάδοσης Μειωμένο χρόνο ζωής των δορυφόρων Διαταράξεις της τροχιάς Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 29

Τροχιά Γεωστατικών Δορυφόρων 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 30

Τροχιά Γεωστατικών Δορυφόρων 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 31

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 1500 km 10 min Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 32

Τροχιές Χαμηλού Ύψους (LEO) Πλεονεκτήματα Μικρότερη απαιτούμενη ισχύς Μικρότερο κόστος εκτόξευσης Μικρές καθυστερήσεις διάδοσης Μειονεκτήματα Μεγάλο κόστος λόγω μεγάλου απαιτούμενου αριθμού δορυφόρων Ίσχυρο Doppler λόγω γρήγορης κίνησης δορυφόρων Αυξημένο πρόβλημα εστίασης κεραιών Μικρή διάρκεια ζωής δορυφόρων (~5 χρόνια) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 33

Τροχιές Μέσου Ύψους (MEO) Xαρακτηριστικά Ύψος 10.000-20.000 km Περίοδος: ~6h 10-15 δορυφόροι για παγκόσμια κάλυψη GPS: αστερισμός 24 δορυφόρων Πλεονεκτήματα Μικρότερες απώλειες διάδοσης Μικρότερη καθυστέρηση μετάδοσης Μειονεκτήματα Απαίτηση διαρκούς παρακολούθησης Μεγάλο κόστος λόγω του μεγάλου αριθμού δορυφόρων Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 34

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 35

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 Δυνατότητα 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 36

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 Διάρκεια ορατότητας 10 min 1 h 24 h 8 h Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 37

Κύριες Παράμετροι Θερμικός θόρυβος R V R Τάση (rms) θερμικού θορύβου: VR = 4 k T R B Ισχύς θερμικού θορύβου: P R 2 VR = 4 R => PR = k T B k: η σταθερά Boltzmann T: η θερμοκρασία σε ο Κ B: το εύρος ζώνης του θορύβου Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 39

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 Συντελεστής θορύβου: F NF Δ = S N S N in in out out => F = Sin k T0 B G Sin G k T B+ k T B ( ) 0 in => ή T NF = + T in 1 in 0 ( ) T = T NF 0 1 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 40

Αλυσίδα στοιχείων Συνολική ενεργός θερμοκρασία θορύβου: Συνολικός συντελεστής θορύβου: Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 41

Σχέση Μεταξύ Εκπεμπόμενης και Λαμβανόμενης Ισχύος Απολαβή κεραίας πομπού: G T d P D Απολαβή κεραίας πομπού: G R Απώλειες διάδοσης ελευθέρου χώρου: L p 4 π d = λ 2 P D Πομπός Δέκτης Εκπεμπόμενη ισχύς: P T Λαμβανόμενη ισχύς: P R PR = PD ( A η ) = Πυκνότητα ισχύος: GT P 4 π d T 2 Α: Γεωμετρικό εμβαδόν της κεραίας 2 η: Απόδοση της κεραίας A λ η = G R 4 π Ισοτροπικά εκπεμπόμενη ισοδύναμη ισχύς (EIRP): EIRP = G P T T Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 42

Ισοδύναμη Θερμοκρασία Βαθμίδας RF Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 43

Ισοδύναμη Θερμοκρασία Βαθμίδας RF Κεραία Γραμμή μεταφοράς L f ( ) Διπλέκτης 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 44

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 45

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 1 T 1 C 1 1 1 C = + + = (1/0.1101) = 9.58 dbhz No 100 10000 10 No T Το χειρότερο C/N 0 καθορίζει το συνολικό (C/N 0 ) T Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 46

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, D T = 100cm, η T = 0.6, d = 36000km, D R = 40cm, η R = 0.8, T S = 300 o K) G G 4 π = A λ η = 148 4 π = A 2 λ η = 31.6 T 2 T T R R R L EIRP = P G = 148 W p T 4 π d = = 5.26 10 λ 2 T 18 Ισχύ εκπομπής δορυφόρου (P T ) 0 dbw Απολαβή κεραίας δορυφόρου (G T ) Απώλειες διάδοσης (L p ) Απολαβή κεραίας κινητού δέκτη (G R ) Θερμοκρασία συστήματος κινητού δέκτη (T S ) 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 47

Παράμετροι Απόδοσης ζεύξης Αναλογική Μετάδοση: Σηματοθορυβικός λόγος στην έξοδο του δέκτη (S/N) Ψηφιακή Μετάδοση: Ρυθμός σφαλμάτων στην έξοδο του δέκτη (BER) Σχέση μεταξύ Eb/No και C/Νo Πιθανότητα διακοπής λειτουργίας Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 48

Συνοψίζοντας... Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 49

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) Φαινόμενα πολυδιόδευσης (Multipath effects) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 50

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 51

Συχνοτικές Παρεμβολές Μεταξύ δορυφόρου και άλλων επίγειων συστημάτων Δορυφόρος 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 52

Συμβάσεις Για Εκπομπή Σε Ζώνες Άνω του 1GHz Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 53

Συμβάσεις για Εκπομπή σε Ζώνες Άνω του 1GHz Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 54

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 55

Τρόποι Περιορισμού των Παρεμβολών S Downlink (Παρεμβολές από S σε E1) 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 56

Αλυσίδα τηλεπικοινωνιακού συστήματος Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 58

Μετάδοση Τηλεφωνικών και Τηλεοπτικών / Ραδιοφωνικών Σημάτων Μέσω Δορυφόρου Η μετάδοση γίνεται: Αναλογικά Ψηφιακά Τα σήματα πολυπλέκονται: Με διαίρεση συχνότητας (FDM - Frequency Division Multiplexing) Με διαίρεση χρόνου (TDM Time Division Multiplexing) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 59

Αναλογική Μετάδοση Τα σήματα εκπέμπονται βάση των παρακάτω τεχνικών: Τηλεφωνικά: SCPC/FM, FDM/FM, FDM/SSB-AM Τηλεοπτικά: SCPC/FM Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 60

Ψηφιακή Μετάδοση Μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό σήμα (A/D - Δειγματοληψία / Κβάντιση / Κωδικοποίηση) Πολυπλεξία με διαίρεση χρόνου (TDM) Κωδικοποίηση καναλιού (Κωδικοποιητές τμήματος, Συνελικτικοί) Διαμόρφωση (OQPSK, (G)MSK, π/4-qpsk) Σήμα 1 A / D Σήμα i A / D 1 i MUX Κωδικοποίηση καναλιού Διαμόρφωση Σήμα N A / D N Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 61

Ψηφιακή Μετάδοση Αποδιαμόρφωση (OQPSK, (G)MSK) FEC Αποκωδικοποίηση καναλιού (Ανίχνευση Διόρθωση 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 62

Σύγκριση Αναλογικής και Ψηφιακής Μετάδοσης Θεωρούμε δορυφορική ραδιοζεύξη με διαθέσιμο εύρος ίσο με 36MHz & συγκρίνουμε 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 63

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 64

Τεχνικές Διακίνησης Πληροφορίας 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 Α Β Γ Ένα φέρον κύμα ανά ραδιοζεύξη από σταθμό σε σταθμό Ένα φέρον κύμα ανά σταθμό εκπομπής Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 66

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) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 67

Πολλαπλή Πρόσβαση FDMA CDMA TDMA Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 68

Υβριδικοί Τύποι Πολλαπλής Πρόσβασης Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 69

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 70

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 Διαμορφωτής FM Tx Tx Κανάλι του δορυφορικού επαναλήπτη Σήματα από πολυπλεξία Ν σταθμών 1 2 Ν Συνολικό BW Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 71

TDM/PSK-FDMA TDM/PSK-FDMA Χρήστης Δεδομένα A/D Πολυπλεξία TDM Διαμορφωτής PSK Tx Tx Κανάλι του δορυφορικού επαναλήπτη Σήματα από πολυπλεξία 3 σταθμών 1 2 3 Προς 2 Προς 3 Προς 1 Προς 3 Προς 1 Προς 2 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 72

SCPC-FDMA SCPC-FDMA Χρήστης A/D Διαμορφωτής PSK Tx Δεδομένα Χρήστης Διαμορφωτής PSK Διαμορφωτής FM Tx Tx Κανάλι του δορυφορικού επαναλήπτη Tx Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 73

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 74

Παράδειγμα Χρήσης Ενισχυτή TWTA Η παραμόρφωση δημιουργεί θόρυβο ενδοδιαμόρφωσης, ο οποίος προστίθεται στις άλλες πηγές θορύβου Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 75

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 76

Συμπεράσματα Στα συστήματα FDMA Κάθε δίαυλος μοιράζεται τους πόρους του αναμεταδότη Η χωρητικότητά τους ελαττώνεται με την αύξηση του αριθμού των προσβάσεων Απαιτείται έλεγχος ισχύος στους επίγειους σταθμούς Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 77

TDMA Οι επίγειοι σταθμοί εκπέμπουν διαδοχικά ριπές συγκεκριμένης χρονικής διάρκειας Οι ριπές εκπέμπονται στην ίδια συχνότητα & καταλαμβάνουν όλο το εύρος ζώνης Οι ριπές τοποθετούνται σε πλαίσια Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 78

Δομή 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 79

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 80

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 81

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) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 82

Σχέση Μεταξύ της Αρχής Ενός Πλαισίου στην Εκπομπή και στη Λήψη D = SOTF SORF = m T n N N F 2 Rn c Άρα πρέπει: mt F 2 Rn c Η παραπάνω συνθήκη επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας κάποια μέθοδο συγχρονισμού SORF n : Χρόνος έναρξης λαμβανόμενου πλαισίου (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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 83

Συγχρονισμός Συγχρονισμός κλειστού βρόχου Συγχρονισμός ανοικτού βρόχου Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 84

Συγχρονισμός Κλειστού Βρόχου Ο σταθμός n παρατηρεί τη θέση της ριπής του και διορθώνει αντίστοιχα το χρόνο εκπομπής σύμφωνα με τον αλγόριθμο: ( + 1) = ( ) ( ) D j D j e j n n n e n (j): Σφάλμα θέσης της ριπής Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 85

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. Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 86

Απόδοση της TDMA tk ( P+ 2) ( p+ g) η = 1 => η = 1 T RT F 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 Για p=560, g= 128, R=120.832Mbits/s, Tf=2ms ( P ) η = + 3 1 2.85 10 2 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 87

Συμπεράσματα Στην τεχνική TDMA: Δεν παράγονται προϊόντα ενδοδιαμόρφωσης Η απόδοση παραμένει υψηλή για μεγάλο αριθμό προσβάσεων Δεν υπάρχει ανάγκη για έλεγχο ισχύος των σταθμών Απλοποιείται η διαδικασία συντονισμού Ωστόσο: Απαιτείται ακριβής συγχρονισμός Απαιτείται υψηλή ισχύς και μεγάλο εύρος ζώνης Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 88

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) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 89

Βασικές Αρχές DS-CDMA Εκπεμπόμενο σήμα ( ) = ( ) ( ) cos( ω ) c t m t p t t Λαμβανόμενο σήμα () ( ) ( ) cos( ωc ) 2 cos( ωc ) () = () () + () () cos( 2 ω ) r t = m t p t t t rt mt pt mt pt t Τελικά προκύπτει το αρχικό () = () () = () () 2 = () x t m t p t m t p t m t C C Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 90

Φάσμα DS-CDMA Processing Gain: PG = R R C b Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 91

Βασικές αρχές FH-CDMA Εκπεμπόμενο σήμα ( ) = ( ) cos( ω ) c t m t t Λαμβανόμενο σήμα C () ( ) cos ω ( ) 2 cos ω ( ) r t = m t C t t C t t () () () cos 2 ω () rt = mt+ mt C 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 92

Απόδοση της CDMA Ο μέγιστος αριθμός προσβάσεων: Αν χρησιμοποιηθεί η τεχνική της ενεργοποίησης όταν υπάρχει ομιλία: Με τ = 0.4, ο αριθμός των προσβάσεων αυξάνεται 2.5 φορές Παράδειγμα Απόδοση: η = N max R R b c Δίκτυο CDMA BW = 36 MHz, R = 64 kbps / φέρον, BPSK Γ = 1 bit/s/hz. Απαιτούμενο BER E b /N o (db) N max C max (Mbps) η (%) 10-4 8.4 82 5.3 15 10-5 9.6 62 4 11 10-6 10.5 51 3.3 9 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 93

Συμπεράσματα Η τεχνική CDMA παρέχει: Απλότητα στη λειτουργία Προστασία από παρεμβολές Δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης συχνότητας Ωστόσο: Κύριο μειονέκτημα είναι η μικρή απόδοση Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 94

Σύγκριση Απόδοσης FDMA-TDMA-CDMA Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 95

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 96

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 97

Παράδειγμα Πρωτοκόλλου ALOHA σε Λειτουργία Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 98

Πρωτόκολλο s-aloha με Χρονοθυρίδες Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 99

Απόδοση του ALOHA S: πακέτα που λήφθηκαν σωστά από το δέκτη G: συνολικός όγκος πληροφορίας Χωρίς χρονοθυρίδες 2 G S = G e Με χρονοθυρίδες (s-aloha) S = G e G Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 100

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 101

Σύγκριση Σταθερής Εκχώρησης και Κατ Απαίτηση Δορυφορικό δίκτυο 20 σταθμών Χωρητικότητα επαναλήπτη S = 1520 κανάλια Πιθανότητα απόρριψης κλίσης Ε Χ (Α) = 0.01 Ένταση διακίνησης κλήσεων Α =? Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 102

Σύγκριση Σταθερής Εκχώρησης και Κατ Απαίτηση Δορυφορικό 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 103

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 104

Δορυφόροι Μονής Δέσμης Πλεονέκτημα Κάλυψη μεγάλων γεωγραφικών περιοχών Μειονέκτημα Δαπάνη ισχύος Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 106

Πλεονεκτήματα Δορυφόρων Πολλαπλών Δεσμών Ελάττωση μεγέθους επίγειου σταθμού => Ελάττωση κόστους Επαναχρησιμοποίηση συχνότητας Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 107

Απαιτούμενες Τιμές Δεικτών Επίγειων Σταθμών ( C/ N ) = ( EIRP) + ( G ) 0.4 ( dbhz) 0 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 108 U Σταθμου R Δορυφορου ( C/ N ) = + ( G ) + 38.6 ( dbhz) 0 D G T Σταθμου T Δορυφορου

Επαναχρησιμοποίηση Συχνότητας Η ίδια περιοχή συχνοτήτων χρησιμοποιείται σε πολλές διαφορετικές περιοχές Αυξάνεται η χωρητικότητα του δικτύου Παράδειγμα Διαθέσιμο 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 109

Μειονεκτήματα Δορυφόρων Πολλαπλών Δεσμών Αλληλοπαρεμβολές μεταξύ των δεσμών Απαιτείται διασύνδεση μεταξύ των περιοχών κάλυψης Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 110

Παρεμβολή Μεταξύ Δεσμών Uplink Downlink Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 111

Διασύνδεση Μεταξύ Περιοχών Κάλυψης Διασύνδεση με άλμα μέσω αναμεταδότη (Transponder Hopping) Διασύνδεση μέσω μεταγωγής επί του δορυφόρου (SS-TDMA) (On Board Switching) Διασύνδεση μέσω σάρωσης δέσμης (Beam Scanning) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 112

Διασύνδεση Άλματος Μέσω Αναμεταδότη Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 113

Διασύνδεση Μέσω Μεταγωγής στο Δορυφόρο Χρησιμοποιείται για μεγάλο αριθμό δεσμών Υπάρχει μήτρα μεταγωγής που συνδέει κάθε δέσμη του uplink με μία δέσμη του downlink Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 114

Διασύνδεση Μέσω Σάρωσης Δέσμης Κάθε περιοχή καλύπτεται κυκλικά από μια δέσμη κεραίας της οποίας ο προσανατολισμός ελέγχεται από ένα κατάλληλο δικτύωμα μορφοποίησης δέσμης. Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 115

Δίκτυα Δορυφόρων με Αναγέννηση Σήματος Οι αναμεταδότες μπορεί να είναι: Διαφανείς αναμεταδότες Αναμεταδότες με αναγέννηση σήματος LNA Αποδιαμορφωτής Επαναδιαμορφωτής TWT Φίλτρο Τοπικός Ταλαντωτής Αναμεταδότης με αναγέννηση σήματος LNA TWT Φίλτρο UPLINK Τοπικός Ταλαντωτής Διαφανείς αναμεταδότης DOWNLINK Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 116

Πλεονεκτήματα Αναγεννητικών Δορυφορικών Δικτύων Έναντι Διαφανών Ανέχονται μεγαλύτερο επίπεδο παρεμβολών Προσφέρουν δυνατότητα επεξεργασίας του σήματος στο δορυφόρο Απλοποιείται ο εξοπλισμός του επίγειου σταθμού Ελαττώνεται το κόστος των επίγειων σταθμών Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 117

Διαδορυφορικές Ζεύξεις Εγκαθιδρύονται μεταξύ: GEO LEO (διατροχιακές ζεύξεις) GEO GEO LEO - LEO Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 119

Παράδειγμα Διαδορυφορικής Ζεύξης GEO-GEO Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 120

Είδη Διαδορυφορικών 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 (Δίοδος Laser AlGaAs) 1.06 μm (Δίοδος Laser Nd:YAG) 0.532 μm (Δίοδος Laser Nd:YAG) 10.06 μm (Δίοδος Laser CO 2 ) Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 121

Διαδορυφορικές 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 Δέκτη (db) Ισχύς Εκπομπής (W) 23 32 3-4.5 150 60 4.5 75 120 9 30 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 122

Οπτικές Διαδορυφορικές 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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες CO 2 10.6 Μερικές δεκάδες Watt 123

Οπτικές Διαδορυφορικές Ζεύξεις Η λήψη μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας: Δέκτη άμεσης φώρασης Δέκτη σύγχρονης φώρασης (Χρησιμοποιείται για ρυθμούς μετάδοσης της τάξης των Gbps) Δέκτη άμεσης φώρασης Φωτόνια Οπτικό Φίλτρο Φωτοφωρατής Ενισχυτής Χαμηλού Θορύβου Προσαρμοσμένο Φίλτρο bit Δέκτη σύγχρονης φώρασης Μίκτης Φωτόνια Οπτικό Φίλτρο Ενισχυτής Φωτοφωρατής Ενδιάμεσης Αποδιαμορφωτής Συχνότητας bit Φωτόνια f 0 Ταλαντωτής laser Έλεγχος Συχνότητας Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 124

Περιεχόμενα I. Εισαγωγή II. Δορυφορικές Τροχιές III. Link Budget IV. Μετάδοση V. Πολλαπλή Πρόσβαση VI. Δορυφόροι Πολλαπλών Δεσμών VII. Διαδορυφορικές Ζεύξεις VIII.Iridium και Globalstar Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 125

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 126

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 Δορυφόρος του IRIDIUM Μάζα = 700 Kg Μέσο χρόνος ζωής = 7 y Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 127

IRIDIUM Οι συχνότητες και για Uplink και για Downlink είναι μεταξύ 1610 MHz και 1626.5 MHz Είναι σύστημα TDMA/TDM 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 IRIDIUM Next (2nd generation) - για μετάδοση δεδομένων & υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 128

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 Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 129

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 Δεν χρησιμοποιούνται διαδορυφορικές ζεύξεις. Η μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις γίνεται με την τεχνική bent-pipe Bent Pipe Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 130

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. Δορυφορικές Τηλεπικοινωνίες 131