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