Transcript ppt
Satelitske komunikacije poglavlje 13 Komunikacioni elementi u prenosu Glavni elemenat satelitskog komunikacionog sistema predstavlja antenaugradjena na satelitu. Satelit je lociran na fiksnoj orbiti iznad Zemlje. Kod satelitskog komunikacionog sistema dve ili veći broj stanica koje na površini Zemlje mogu biti, šta više, i blizu jedna drugoj mogu da komuniciraju preko jednog ili većeg broja satelita. Sateliti kod ovakvog tipa komuniciranja ponašaju se kao relejne stanice. Komunikacioni elementi u prenosu – prod. Antenski sistemi koji se nalaze na Zemlji ili blizu Zemlje nazivaju se zemaljske stanice (Earth Stations). Prenos signala od zemaljske stanice ka satelitu se naziva uplink, dok prenos od satelita ka zemaljskoj stanici je poznat kao downlink. Elektronika u satelitu koja prihvata uplink signal, a konvertuje ga u downlink, naziva se transponder. Razlike izmedju satelitsko- i zemaljskobaziranih komunikacija Razlike su sledeće: oblast pokrivanja satelitskog sistema daleko premašuje zemaljski sistem. Tako na primer, za slučaj geostacionarnog satelita, sa jednom antenom vidi se skoro četvrtina Zemljine kugle. cena prenosa kod satelitskih komunikacija je skoro nezavisna od rastojanja (odnosi se na oblast pokrivanja satelita). kod satelitske komunikacije prenosni kanali su veoma širokog propusnog opsega, a prenos podataka se ostvaruje pri velikim brzinama. satelitske veze su često puta podložne kratkotrajnim smetnjama i degradacijama, ali i pored toga kvalitet prenosa je dosta visok. kod geostacionarnih satelita postoji propagaciono kašnjenje Zemlja-Satelit-Zemlja od 1/4s. Satelitske orbite Satelitske orbite je moguće klasifikovati na veći broj načina: orbita je kružna pri čemu je centar Zemlje centar kruga, ili eliptična pri čemu je centar Zemlje jedan od dva fokusa elipse. orbita je ekvatorijalna ako se satelit nalazi direktno iznad ekvatora, polarna ako prolazi iznad oba pola, dok se ostale orbite nazivaju inclined. shodno visini u odnosu na Zemlju sateliti se mogu nalaziti u: geostacionarnoj orbiti (GEO- Geo Earth Orbit), srednjoj zemaljskoj orbiti (MEO - Medium Earth Orbit), niskoj zemaljskoj orbiti (LEO - Low Earth Orbit) Tipovi orbita Odredjivanje pokrivenosti satelita Ugao pokrivanja, , je mera koja ukazuje na deo površine Zemlje vidljiv od strane satelita ( obično definiše krug na površini Zemlje centriran u tački direktno ispod satelita). Rastojanje satelita Rastojanje od satelita do najudaljenije tačke pokrivanja se izračunava kao: Geostacionarni sateliti - GEO GEO sateliti su danas najčešći tipovi korišćenih komunikacionih satelita. GEO satelit se nalazi na kružnoj orbiti 36853 km iznad površine Zemlje i rotira u ekvatorijalnoj ravni Zemlje sa istom brzinom sa kojom rotira i Zemlja. Satelit ostaje uvek iznad iste tačke ekvatora pa se zbog toga naziva geostacionarni. Prednosti GEO orbita S obzirom da je pozicija satelita, relativno u odnosu na Zemlju, stacionarna ne postoje problemi sa Doppler-ovim efektom. Praćenje satelita sa zemaljske stanice je pojednostavljeno. Na visini od 36 853 km satelit može da komunicira sa četvrtinom zemaljske kugle Sa tri razdvojena satelita moguće je komunicirati sa celom Zemljom, isključujući severni i južni pol. Nedostaci GEO orbita Snaga signala na prijemu je mala nakon prolaska 35 000 km. Polarni regioni oko severnog i južnog pola su slabo pokriveni GEO satelitima. I pored velike brzine svetlosti postoji kašnjenje signala, koje za dve lokacije direktno ispod satelita iznosi (2*36853)/300000 = 0.24s, što je značajno vreme. Da bi se rešio problem kašnjenja koriste se LEO i MEO sateliti. LEO sateliti Osnovne karakteristike LEO satelita su: kružna ili slabo naglašena eliptična orbita na visini od 2 000 km. period orbite je od 1.5 do 2 časa. dijametar pokrivanja je 8 000 km. propagaciono kašnjenje (Zemlja-satelit-Zemlja - round-trip-propagation signal) je manje od 20 ms. maksimalno vreme za koje je satelit vidljiv sa fiksne tačke na Zemlji je do 20 minuta. s obzirom da se satelit kreće u odnosu na fiksnu tačku na Zemlji jako je izražen efekat Doppler-a. Praktično korišćenje sistema LEO satelita iziskuje korišćenje većeg broja orbitalnih ravni, svaka sa većim brojem satelita u orbiti. Komunikacija izmedju dve zemaljske stanice obično podrazumeva handingoff signala sa jednog satelita na drugi Podela LEO satelita Veliki broj komercijalnih predloga je učinjen za korišćenje cluster-a LEO satelita kako bi se obezbedili komunikacioni servisi. Predloge možemo svrstati u dve kategorije: Mali LEO - namenjeni za rad na frekvencijama ispod 1 GHz, koriste propusni opseg ne veći od 5 MHz, a podržavaju brzine prenosa podataka do 10 kbps. Koriste se za praćenje i slanje poruka sa malim bitskim brzinama prenosa. Veliki LEO - rade na frekvencijama iznad 1 GHz, a podržavaju brzine prenosa podataka do nekoliko Mbps. Podržavaju sve servise tipa LEO kao i prenos govora. Orbite LEO satelita MEO sateliti Osnovne karakteristike MEO satelita su: kružna orbita na visini od 5000-12000 km perioda orbite je 6 časova dijametar pokrivanja je od 10000-15000 km round-trip propagaciono kašnjenje je manje od 50 ms maksimalno vreme za koje je satelit vidljiv sa fiksne tačke na Zemlji (iznad radio horizonta) iznosi nekoliko časova MEO sateliti imaju manji broj handoff-a u odnosu na LEO satelite Orbite MEO satelita Frekventni opsezi kod satelitskih komunikacija Satelitske mrežne konfiguracije Satelitska antena Zemaljska stanica a) Veza tačka-ka-tački Satelitska antena više prijemnika više prijemnika predajnik b) Veza bradcast Tipična VSAT konfiguracija Ku -band satelit Udaljeni položaj Server Hub PC Udaljeni položaj Udaljeni položaj Dodela kapaciteta - frekventna raspodela GEO satelit koristi širok propusni opseg od 500 MHz i deli ovaj opseg na veći broj manjih kanala širine 40 MHz. Strategije dodele kapaciteta propusnog opsega se mogu svrstati u sledeće tri kategorije: FDMA (frequency division multiple access) TDMA (time division multiple access) CDMA (code division multiple access) FDM za GEO Sateliti koriste frekvencije C-opsega (propusni opseg od 500 MHz) podeljen na 24 kanala, svaki širine 40 MHz. Svaka frekvencija se prenosi od strane dva nosioca sa ortogonalnom polarizacijom. Razmak izmedju kanala (guardband) je 4 MHz, što znači da je širina kanala 36 MHz. 500 MHz propusni opseg 4 MHz zaštitni opseg 36 MHz C1 C3 C5 C7 C9 C11 C13 C15 C17 C19 C21 C23 3720 3760 3800 3840 3880 3920 3960 4000 4040 4080 4120 4160 3700 f (MHz) 4200 a) Horizontalna polarizacija C2 C4 C6 C8 C10 C12 C14 C16 C18 C20 C22 C24 3740 3780 3820 3860 3900 3940 3980 4020 4060 4100 4140 4180 3700 4200 a) Vertikalna polarizacija f (MHz) FDM za GEO – prod. Svaki od kanala se može koristiti za brojne namene, a neke od tipičnih su: 1200 govornih kanala jedan kanal kapaciteta 50 Mbps 16 kanala, svaki kapaciteta 1.544 Mbps 400 kanala, svaki širine 64 kbps jedan analogni video signal 6 do 9 digitalnih video signala Satelit se koristi kao posrednik kod veza tipa tačka ka tački izmedju dve radio stanice. Frekventni opseg može ponovo da se koristiti ako se upotebe antene koje zrače signale na istoj frekvenciji (co-channels) u ortogonalnim ravnima (horizontalna i vertikalna). Forme FDMA tehnike U praksi se koriste sledeće dve forme FDMA tehnika: FAMA (Fixed Assignement Multiple Access) DAMA (Demand Assignement Multiple Access) FAMA-FDMA 36 MHz propusni opseg Stanica G Predati spektar za stanicu A Stanica C Stanica B 132 VF 60 VF Stanica D Stanica F Stanica E 60 VF 96 VF 24 VF 24 VF 24 VF 6220 6260 6237.5 6222 6258 ka satelitu FDM signal 60 VF kanala mb t ka stanici B ka stanici D 6242.5 f MHz FM predajnik s t FDM / FM f C 6.24 GHz ka stanici B Supergrupni multiplekser sa frekevntnom raspodelom Mb f S t 240 kHz ka B ka B ka D ka D ka E f kHz ka stanici E 12 kHz 252 kHz 6237.5 6240 f MHz 6242.5 DAMA - FDMA 36 MHz propusni opseg QPSK signali Zajednički kanal za sinhronizaciju 3 4 5 400 - 403 (neiskorišćeni) 399 6 404 . . . 800 . . . f Zaštitni opseg 7 kHz Propusni opseg 38 kHz frekventna alokacija ka satelitu Telefonski VF signal (0 – 4 kHz, analogni) Telefonski VF signal (0 – 4 kHz, analogni) PCM koder PCM koder . . . PCM 64 kbps PCM 64 kbps QPSK predajnik QPSK predajnik QPSK signal QPSK signal . . . Moguća konfiguracija QPSK SCPC predajnika DAMA – FDMA – prod. S1 S2 S3 . . . PA S49 PA S1 t 1 ms 128 bitova 1 frame = 50 ms = 6400 bitova TDMA CSC format okvira Dodela kapaciteta - vremenska raspodela I pored toga što se FDM tehnike standardno koriste kod satelitskog prenosa, u zadnje vreme, TDM tehnike nalaze sve veću primenu. Prenos kod TDM-a se svodi na slanje repetitivnih sekvenci okvira (frames), pri čemu je svaki okvir podeljen na veći broj vremenskih delova (slotova). Položaj (mesto položaja) svakog slota u sekvenci okvira je namenjen za pojedini predajnik. Period okvira se nalazi u opsegu od 100 µs do 2 ms i čine je od 3 do 100 vremenskih slotova. Format okvira Obično okvir počinje sa dva referentna paketa (burst) koji definišu početak okvira. Dva paketa se šalju od strane dve zemaljske različite stanice, i obezbedjuju da sistem radi korektno čak i kada jedna od referentnih stanica bude u kvaru. Svaki referentni paket počinje nosiocem i sinhronizirajućom sekvencom (bit timing recovery pattern) koja je jedinstvena i koja obezbedjuje da se sve stanice sinhroniziraju na glavni takt. Svakoj od N stanica dodeljen je po jedan ili veći broj vremenskih slotova u okviru okvira. Preambula sadrži upravljačku i vremensku informaciju plus identifikaciju odredišne stanice Period okvira Stanica 1 nosioc i sinhronizirajuća sekvenca Stanica 2 Stanica 3 N-1 Zaštitni vremenski period podaci o koordinaciji Referentni burst Paket podataka stanice Preambula nosioc i sinhronizirajuća sekvenca jedinstvena Identifikacija reč stanice Informacija Mrežno upravljanje, zahtevi N FAMA-TDMA Pojedine zemaljske satelitske stanice koriste uplink kanal i predaju podatke o paketu u definisanim vremenskim jedinicama. Satelit na principu repetitora šalje ka Zemlji sve dolazeće pakete i predaje ih svim zemaljskim stanicama. Na ovaj način sve zemaljske stanice znaju ne samo vremenski trenutak (slot) koji im je dodeljen za prenos nego i koji vremenski trenutak da koriste za prijem. Satelit, takodje, predaje i referentni paket kojim se vrši sinhronizacija svih zemaljskih stanica. Medju-paketno zaštitno vreme Format okvira Prenos paketnog slota Paketni podslot Stanica 1 Stanica 2 Stanica 3 FAMA-TDMA-prod. Prenos iz stanice 1 Prenos iz stanice 3 Prenos iz stanice 2 Prenos iz stanice 1 Stanica 1 Stanica 2 Stanica 3