INTRODUCERE
Sateliții sunt corpuri cerești care se rote sc in jurul altui corp ceresc, însoțindu -l în cursul mișcării sale de revoluț ie. După originea lor, ei se î mpart in doua mari categorii: naturali și artificiali. În astronomie, sateliț ii naturali se definesc ca fiind corpuri cerești secundare care executa o mișcare de rotație în jurul unei planete sau stele. Cel mai cunoscut satelit este cel al Terrei, – deși cele doua sunt destul de apropiate ca mă rime pentru a fi considerate un sistem. Luna – deș Mișcarea majorității sateliților este directa, de la vest la est si pe aceeași direcție ca planete în jurul cărora orbitează. orbitează. Doar câțiva sateliți ai marilor planete se rotesc în sens invers; probabil ca aceștia au fost captați î n câmpul lor gravitațional după o anumită perioada de la formarea sistemului solar. De exemplu, Pluto, care se rotește î n jurul Soarelui pe o orbita independenta se crede a fi un satelit deviat a lui Neptun. Recent s-a descoperit ca, la rândul lui, si Pluto are un satelit. Sateliții artificiali sunt obiecte plasate cu un scop bine definit pe o orbita în jurul unei planete. De la lansarea primului pri mului satelit art ificial in 1957, mii de astfel de “luni create de om” au fost trimise pe orbita Pămâ ntului. În zilele noastre, ei joaca un rol important in industria comunicațiilor , in strategia militara si in studiile științifice ale Terrei si Universului. Satelitul reprezintă orice obiect care parcurge o traiectorie circulară (care poartă numele de orbită) în jurul altui obiect. Sateliții Pământului pot fi naturali (Luna) sau artificiali (construiți de om, apoi lansați pe orbită). Exista mai multe tipuri de sateliți artificiali, în funcție de obiectivele pe care le au de atins: sateliți astronomici – folosiți – folosiți pentru cercetare astronomică; sateliți de telecomunicații – folosiți – folosiți pentru a facilita comunicațiile la distanță; sateliți de recunoaștere – folosiți – folosiți mai mult în scopuri militare milit are și de spionaj; sateliți de observare a Pământului – folosiți – folosiți pentru studii geografice; sateliți meteorologici – folosiți – folosiți pentru măsurări și prognoză meteorologică; meteorologică; stații spațiale - compuse din mai multe module; transportul materialelor și echipajelor către și de la stația spațială este efectuat de alte navete spațiale.
De asemenea, există mai multe tipuri de orbite, după care se clasifică sateliții artificiali. Dacă sateliții sunt clasificați în funcție de altitudine atunci vom avea: Orbita geostaționară ( GEO – Geostationary Earth Orbit) = orbita unui satelit sincron care se rotește pe o orbită circulară în sensul de rotație al Pământului în planul ecuatorial al acestuia la altitudinea de 35800 km; folosesc banda Ka; perioada de revoluție a unui satelit geostaționar este de 24 ore iar viteza sa de 3,7 km/s; sateliții aflați pe orbite geostaționare trebuie să fie foarte mari pentru a putea recepționa puteri foarte scăzute și a emite cu puteri mari; din cauza distanței foarte mari între sol și satelit apar întârzieri importante ale semnalului (270ms) care pot fi extrem de supărătoare în cazul transmisiunilor în timp real (convorbiri telefonice); nu pot acoperi zonele polare (peste 80 grade latitudine); Nu prezintă comutație comutație între sateliți. Orbita la înălțime mică ( LEO - Low Earth Orbit ) = grup de sateliți cu orbite circulare de altitudini joase (500 km – 1500 km); Frecvența de 800MHz, benzile L,S;
1
operează pe orbite multiple; întârziere de 5 - 15ms; durata mai mică de viață (5ani față de 15 pentru GEO); vizibil până la 20 minute; exemplu: Iridium Orbita la înălțime medie (MEO - Medium Earth Orbit; ICO – Intermediate Circular Orbit) = grup de sateliți cu orbite circulare de altitudini medii (5000 km – 12000 km altitudine); perioada orbitală: 6 ore; În cazul acestor sisteme atenuările de propagare și întârzierea semnalului au valori mici; Întârzieri de zeci ms (50ms); vizibil câteva ore; exemplu: GPS Orbita la înălțime mare (HEO - Highly Inclined Elliptical Orbit) = Sateliții se găsesc pe orbite eliptice în jurul Pământului, orbite care prezintă un apogeu și un perigeu. Dezavantajul acestor sisteme constă în faptul că atunci când satelitul se află în apropierea apogeului distanța Pământ - satelit este foarte mare (40000 km).
SATELIȚII DE TELECOMUNICAȚII Privire generală Sateliții de telecomunicații, după cum spune și numele, au fost creați pentru a face posibilă realizarea unor canale de telecomunicații. În limbajul de specialitate se folosește abrevierea ComSat (de la Communications Satellite). Sateliții de telecomunicații activi sunt echipați cu aparatură electronică de recepție și emisie, efectuând anumite modificări semnalului primit. Sateliții de telecomunicații pasivi retransmit semnalele primite în urma reflexiei acestora de suprafața lor. Pentru serviciile fixe, sateliții de telecomunicații contribuie cu o tehnologie complementară la comunicațiile prin cablu submarin cu fibra optică. Sateliții sunt foarte importanți pentru aplicații mobile, cum ar fi comunicațiile către vase sau avioane. Unul din avantajele majore este acoperirea globală pe care o au majoritatea sateliților. Sateliții de telecomunicații sunt întrebuințați în aproape toate domeniile comunicațiilor: televiziune, radio, telefonie, transmisii de date, videoconferințe, învățământ la distanță, internet. Avantajele majore sunt date de: Lipsa obstacolelor în calea undelor primite sau transmise. Acoperirea mare, chiar globală, a serviciilor. Pentru a asigura o acoperire și o promptitudine cât mai mare a serviciilor, companiile lansează pe orbită nu un satelit, ci "rețele de sateliți". Astfel, în orice moment există un satelit care să răspundă unui pachet de date trimis de pe Pământ. Sistemele de comunicații prin satelit, prin însăși natura lor, acoperă arii imense și asigură orice tip de conectivitate fără comutare – din acest punct de vedere, avantajul este formidabil. De asemenea, Sistemele de comunicaţii prin satelit sunt sisteme de radiocomunicaţii care lucrează la frecvențe foarte înalte, formate din staţii finale şi o singură staţie intermediară amplasată pe satelit. Staţiile finale sunt amplasate pe Pământ şi se numesc staţii de sol , reprezentând segmentul de sol ; satelitul reprezintă segmentul spaţial . În cazul 2
comunicaţiilor spaţiale, intervalul dintre o staţie de sol şi satelit se numeşte traiect (link ) – există un traiect ascendent (uplink ) pentru transmisii de la sol la satelit şi un traiect descendent (downlink ) pentru transmisiile de la satelit la sol.
Exemplu: semnalele de televiziune, (video, sunet, teletext, etc) specifice transmisiei prin intermediul sateliților artificiali ai pământului, parcurg peste 70000 km, pe traseul: studioul tv, stația de emisie-recepție terestră, traseul ascendent, satelit, traseul descendent, receptorul de semnal tv transmis prin satelit și în final televizorul. Înainte de a fi emis în spațiu de către stația de emisie terestră, semnalul tv provenit din studioul tv modulează în frecvență, o “purtătoare” de frecvență foarte înaltă, de ordinal gigaherților. Aceasta purtătoare transportă semnalul tv pe traseul ascendent.
EVOLUȚIA COMUNICATIILOR PRIN SATELIT Generația I
de la mijlocul anilor ’60 până la mijlocul anilor ‘70 sateliţii erau de dimensiuni mici şi puterea pe care o transmiteau spre Pământ era redusă. dimensiunile antenelor staţiilor terestre trebuiau să fie foarte mari (în jur de 30 m diametrul) pentru a obţine câştiguri suficient de bune. Este lesne de înţeles faptul că aceste antene trebuiau fixate pe sol. primul satelit INTELSAT (cunoscut sub numele “Early Bird” şi lansat în 1965) cântărea 40 de kilograme pe o orbită geostaţionară.
Generația II
anii ’80 până în prezent dimensiunile sateliţilor şi ale antenelor cu care aceştia erau echipaţi au crescut, ceea ce le-a permis să lucreze cu puteri mai mari. diametrele antenelor staţiilor de sol s -au micşorat, ajungând la valori de ordinul metrilor. VSAT (very small aperture terminals).
Sateliţii de la INTELSAT-VII cântăresc 1500 de kilograme pe orbită, iar diametrul antenei terestre este mai mic de 2 metri. 3
aceste antene erau, totuşi, prea mari pentru a putea fi instalate pe mobile cum sunt avioanele sau automobilele.
Programe de cercetare şi dezvoltare: MSAT-X în Statele Unite, MSAT în Canada, PRO-SAT în Europa ETS-V în Japonia.
1982, The International Maritime Satellite Organization (INMARSAT) a demarat o serie de servicii de comunicaţii prin satelit în domeniul marinei comerciale în oceanele Atlantic, P acific şi Indian. Ulterior aceste servicii au fost extinse şi în domeniul aviaţiei şi al transporturilor terestre.
Generația III
în secolul 21 → sistemele personale de comunicaţii prin satelit: fiecare individ va putea accesa direct satelitul pentru a stabili un canal de comunicaţie cu ajutorul unui terminal de mână. se preconizează utilizarea benzilor de frecvenţe foarte înalte (banda Ka - 30/20GHz, 47/44GHz şi unde milimetrice). Programe tipice în acest sens: Advanced Communication Technology Satellite (ACTS) în Statele Unite Communication And Broadcasting Engieneering Test Satellite (COMETS) în Japonia .
Sateliții artificiali de comunicații pot fi clasificați după tipul orbitei pe care o au în jurul Pământului în 3 mari categorii: sateliți artificiali cu orbita joasa – LEO – low earth orbit; sateliți artificiali cu orbita medie – MEO – medium earth orbit; sateliți artificiali cu orbita geostaționar ă – GEO – geostationary earth orbit.
4
Fig. 1 - Sateliti de comunicatii (LEO, MEO, GEO)
Sateliți artificiali cu orbita joasă – LEO
Orbitează deasupra Pământului la distanțe cuprinse între 150 și 2000 Km. O rotație completă în jurul Pământului este efectuată în 90 de minute. Timpul î n care un punct aflat pe Pământ are vizibilitate directă cu satelitul este de 15 minute. Din acest motiv, pentru asigurarea continuitații transmisiei, sunt necesari mai mulți sateliț i artificiali dispuși într -o rețea de orbite. Întârzierea ș i atenuarea semnalelor transmise prin acest tip de sateliț i artificiali, sunt reduse. Costurile de plas are a acestor sateliti pe orbită sunt reduse. Timpul de viață se limitează la cateva luni, maxim un an. La momentul actual pe orbita Pământului se afla 470 sateliți cu orbită joasă.
Fig. 2 - Sat eliți artificiali cu orbita joasă – LEO
5
Sateliți artificiali cu orbită medie – MEO
Orbitează deasupra Pământului pe orbite eliptice dispuse deasupra polilor sau deasupra Ecuatorului la distanțe cuprinse î ntre 10.000 si 20.000 Km. Timpul în care un punct aflat pe Pământ are vizibilitate directă cu satelitul este cuprins î ntre 120 si 360 de minute. Din acest motiv, pentru asigurarea continuitaț ii transmisiei, sunt necesari mai mulți sateliți artificiali dispuși într -o rețea de orbite. Întârzierea ș i atenuarea semnalelor transmise prin acest tip de sateliț i artificiali, sunt destul de mari. Costur ile de plasare a acestor sateliț i pe orbită sunt medii. Sunt utilizati în mod tradițional în retelele GPS și pentru comunicații de voce și date. La momentul actual pe orbita Pământului se afla 69 sateliți cu orbită medie.
Fig. 3 - Sateliți artificiali cu orbită medie – MEO
Sateliți artificiali cu orbită geostaționară - GEO Sateliții geostaționari sunt plasaț i pe orbite situate deasupra Ecuatorului la distanta fixa de 35786 Km. Se rotesc cu aceeași viteză și în acelaș i sens cu P ământul, astfel încât nu își modifica poziția în timp față de suprafața acestuia. Un satelit geostați onar poate acoperi în orice moment 42,2% din suprafața planetei. Timpul in care un punct aflat pe P ământ are vizibilitate directa cu satelitul este de 24 de ore. întârzierea și atenuarea semnalelor transmise prin acest tip de sateliți artificiali, sunt foarte mari. Costurile de plasare a acestor sateli ți pe orbita sunt de asemenea foarte mari. Sunt utilizaț i în mod tradițional pentru comunicaț ii de orice tip. La momentul actual pe orbita P ământului se afla 423 sateliți cu orbita geostaționară. Inginerii au proiectat multe tipuri de sateliți, fiecare realizat pentru a servi unui anumit scop sau misiune. De exem plu, telecomunicațiile și industria teleradiodifuziunii folosesc sateliții de comunicații pentru a transporta undele radio, tv și semnalele telefonice pe distanțe mari fără a fi necesare cabluri sau relee de microunde. Sateliții pentru navigații arată locația obiectelor de pe Terra, în timp ce sateliții meteorologici ajută la realizarea buletinelor meteo. Guvernul SUA foloseste sateliți de supraveghere pentru a monitoriza activit ățile militare. Sateliții științifici servesc ca platforme cu baza în spațiu pentru observarea P ământului, Lunii și altor planete, comete, galaxii, oferind o gamă variată de aplicaț ii.
6
Fig 4 - Sateliți artificiali cu orbită geostaționară - GEO 1. Sateliti de comunicatii
Majoritatea primilor sateliți includeau un oarecare echipament de comunicație. NASA a lansat primii sateliți de telefonie si televiziune, AT&T’s Telastar 1, in 1962. Departamentul de Apărare al SUA a lansat Syncom 3 in 1964. Acesta a fost primul satelit care a avut o orbita geostaționara. Din 1957 au fost lansați peste 300 sateliți de comunicaț ii. Cei din prezent oferă servicii de comunicare audio-video și de transmitere a datelor. 2. Satelitii de navigare
Sateliții de navigare ajută la poziț ionarea navelor si chiar a automobilelor echipate cu receptori radio speciali. Un asemenea satelit emite continuu semnale radio către Pământ, care conțin informații pe care un recep tor radio de la sol le convertește în informații despre poziția satelitului. Receptorul analizează mai departe semnalul pentru a afla directia și viteza satelitului. Marina SUA a lansat primul satelit de navigare, Transit 1 B, in 1960. Air Force-ul american operează cu un sistem numit NAVSTAR GPS (Global Positioning System) care consta intr-un ansamblu de 24 de sateliți. In funcț ie de receptor si metoda folosita GPS poate furniza informații despre poziționare cu o acuratețe de la 100 m la mai puț in de 1 cm. 3. Sateliți meteorologici
Sateliții meteorologici poartă camere video și alte instrumente îndreptate către atmosfera terestră. Aceștia pot furniza avertismente în legatură cu instabilitatea vremii și contribuie foarte mult la prognoza meteorologica. NASA a lansat primul satelit TIROS 1, în 1960, care transmitea aproximativ 23000 de fotografii ale Terrei și ale atmosferei. Administrartia Nationala a Oceanelor și Atmosferei (NOAA) operează cu trei sateliț i care colectează date pentru prognoza vremii pe termen lung. Acești trei sateliț i nu au o orbita geostationară; mai degrabă, orbitele îi duc pe deasupra polilo r la o altitudine relativ redusă .
7
4.
Sateliți militari
Mulți dintre sateliții militari sunt similari celor comerciali, dar ei transmit date codificate pe care numai un receptor sp ecial le poate descifra. Sateliții de urmărire fotografiază la fel ca și ceilalți sateliți dar camerele acestora au o rezoluți e mai mare. Armata SUA operează cu o varietate de sisteme de sateliți. Sistemul de Apărare prin Sateliț i de Comunicație este alc ătuit din cinci aeronave în orbita geostaționară care transmit date audio și video între locaț iile militare. 5. Satelitii stiintifici
Sateliții care orbitează în jurul Pământului pot furniza date privind harta Terrei, mărimea ș i forma sa și pot studia dinamica oceanelor și a atmosferei. Savanții utilizează de asemenea sateliții pentru a cerceta Soarele, Lun a, alte planete, comete, stele și galaxii. Telescopul spațial Hubble este un observator gene ral lansat in 1990. Unii sateliț i științifici orbitează în jurul altor corpuri cerești decât Pământul. Celulele de energie solară montate pe panouri mari, atașate satelitului furnizează energie pentru recepție și transmitere.
Sateliți artificiali cu ORBITĂ GEOSTAȚIONARĂ (GEO – Geostationary Earth Orbit) Sateliții geostaționari sunt plasați pe orbite situate deasupra Ecuatorului la distanța fixă de 35.786 Km. Se rotesc cu aceeași viteză și în același sens cu Pământul. Un satelit geostaționar poate acoperi în orice moment 42,2% din suprafața planetei. Timpul în care un punct aflat pe Pământ are vizibilitate directă cu satelitul este de 24 de ore. Întârzierea și atenuarea semnalelor transmise, sunt foarte mari, iar costurile de plasare a acestor sateliți pe orbită sunt de asemenea foarte mari. Sunt utilizați în general pentru comunicații de orice tip, supravegherea militară sau meteorologică. Pe orbita Pământului se afla 423 sateliți cu orbita geostaționară. Din cauza distanţei foarte mare între sol şi satelit apar întârzieri importante ale semnalului care pot fi extrem de supărătoare în cazul transmisiunilor în timp real (convorbiri telefonice). Nu pot acoperi zonele polare ( peste 80 grade latitudine). În ultimii ani au fost propuse soluţii pentru folosirea sateliţilor non-geostaţionari.
Noile soluții sunt cunoscute sub denumirile: LEO – Low Earth Orbit – grup de sateliți cu orbite circulare de alttudini joase (500km – 1500km); MEO – Medium Earth Orbit - grup de sateliți cu orbite circulare de alttudini joa se (5000km – 12000km).
8
Tabel 1 - Principalele caracteristici ale sistemelor de tip GEO, LEO si MEO
GEO
LEO
MEO
Banda Ka, unde milimetrice regională sau globală exceptând zonele polare Circulară 1 Mic Nu
800MHz, banda L, banda S globală incluzând zonele polare
800MHz, banda L, banda S globală incluzând zonele polare
Circulară Multiple Mare Da
Circulară Multiple Mare Da
270 milisecunde
5-15 milisecunde
20 - 80 milisecunde
35800 km >1500 kg 10-30 metri Mare Necesara 24ore 24 ore 12 – 15 ani
500 – 1500 km < 800 kg < 5 metri Micî Sofisticată Ore Zeci de minute 5 – 8 ani
5000 - 12000 km < 1000 kg < 10 metri Medie Sofisticată Ore zeci de minute -ore până la 12 ani
De mână (Handheld) omnidirecţională
De mână (Handheld) omnidirecţională
SISTEM
Frecvența Acoperire Tipul orbitei Număr de orbite Număr de sateliţi Comutaţie între sateliţi Timp de întârziere SATELIT
Altitudine Greutate Antena EIRP Procesare la bord Perioadă de revoluţie Timp de vizibilitate Durată de viaţă TERMINAL MOBIL
Volum Antenă
Protecție Doppler
la
Portabil (Handy) Direcţională, cu urmărire a satelitului efectul Da (frecvenţe mari)
Da (sateliţi în mişcare)
Da (sateliţi în mişcare)
Implementarea unui sistem de comunicaţii mobile prin satelit, care operează cu sateliţi de tip LEO, MEO sau GEO, necesită trimiterea către ITU-R (International Telecommunication Union-Radiocommunication Department) cu cel puţin cinci ani înainte de introducerea sistemului, a unor informaţii cu privire la: - banda de frecvenţă ce urmează a fi folosită; -tipul de modulaţie al semnalului; -tipurile de antene, sateliţi şi staţii terestre folosite.
În cadrul unor comitete internaţionale se stabilesc toate detaliile şi se trimit apoi către aprobare, autorizare şi înregistrare a sistemului la Registrul Internaţional MIFR (Master International Freqency R egister ). Se adoptă reglementări internaţionale f oarte stricte asupra acestor sisteme.
9
Tabel 2 - Reglementări ITU-R pentru servicii prin satelit REGLEMENTARE
TIPUL SERVICIULUI
S5.208-RR599A evita interferentele cu stațiile serviciilor mobile S5.219-RR608A limitarea nivelului la granițele statale
Comunicaţii în serviciile spaţiale fixe comunicații in serviciile spațiale mobile
S5.219-RR608A limitarea nivelului la granițele statale
comunicații in serviciile spațiale mobile/fixe
STAȚIE
ZONA DE
EMISIE
RECEPȚIE
NIVEL LIMITA IMPUS
SATELIT din stațiile terestre cadrul ale serviciilor serviciilor fixe SATELIT din stațiile terestre cadrul ale serviciilor serviciilor mobile din mobile state vecine stațiile terestre stațiile terestre ale ale serviciilor serviciilor mobile/fixe din mobile/fixe state vecine
-140dB (W/m2/4KHz) -150dB (W/m2/4KHz) -150dB (W/m2/4KHz)
Tabel 3 - Benzile de frecvenţe alocate serviciilor mobile şi fixe prin sateliţi
SERVICII MOBILE CIVILE SERVICII MOBILE AERONAUTICE SERVICII MOBILE MARITIME COMUNICATII FIXE PRIN SATELIT RADIOASTRONO MIE OBSERVATII
BANDA ALOCATĂ 1555MHZ1559MHZ
1530MHZ1544MHZ
1626.5MHZ1645,5MHZ
1656,5MHZ1660,5MHZ
1550MHZ 1555MHZ 1533MHZ 1544MHZ
1634,5MHZ 1645,5MHZ 1610MHZ 1660,5MHZ
1550MHZ 1555MHZ
PARTAJ
PARTAJ
1610,6MHZ 1613,5MHZ PARTAJ
PARTAJ
PARTAJ
Pentru sateliţii geostaţionari (GEO) întârzierea este 260ms, dar sunt conectaţi abonaţii direct în aria de localizare a satelitului. Pentru sateliţii de orbită medie (MEO) întârzierea se reduce cu aproximativ 100ms. Pentru sateliţii de orbită joasă (LEO) întârzierea este de numai 10ms. Pe ansamblu întârzierea la LEOS este de 160ms în care intră: -compresia, -procesarea -propagarea semnalului La acestea se mai adaugă încă 100ms întârziere datorată transferului între sateliţi în cazul convorbirilor în părţi opuse ale globului, deci în total 260ms. Timpul de întârziere maxim acceptabil este de 400ms. 10
Sisteme care folosesc sateliții geostaționari
INMARSAT
Este prima generaţie de S.C.M.S; INMARSAT – International Maritime Sattelite Organization fondată în 1979 cu scopul de a asigura comunicaţii mobile prin satelit pentru utilizatori maritimi. Servicii ca: voce, date, telex la cerere între vase maritime şi reţele de telecomunicaţii internaţionale prin intermediul unei Staţii Terestre de Coastă (CES). În prima fază au fost închiriaţi sateliţi de la COMSAT (trei sateliţi MARISAT) şi de la ESA (doi sateliţi MARECS), iar mai târziu trei sateliţi INTERSAT V. Comunicaţia sateliţi – utilizatori în banda L 1,6 (1,5) GHz iar comunicaţia cu staţia de sol în banda C 6 (4) GHz . 1988 – au inclus şi servicii pentru aeronave; 1989 – se adaugă şi servicii mobile terestre; 1994 INMARSAT devine Internaţional Mobile Sattelite Organization. In 1994 existau 31.628 terminale (maritime) 20506 (terestre) 981 (aero). Pentru a răspunde solicitărilor de servicii este dezvoltată propria generaţie de sateliţi: - INMARSAT 2 (4 sateliţi – 1990-1992) - INMARSAT 3 (5 sateliţi – 1996 …) INMARSAT 3 foloseşte sateliţi cu putere de 8 ori mai mare decât INMARSAT 2 – deci terminale de abonat sunt mai mici, mai uşoare, mai ieftine. INMARSAT 3 are un fascicul global şi cinci fascicule mici între care puterea şi banda de frecvenţă pot fi realocate dinamic funcţie de trafic. Gama de terminale maritime, terestre este foarte variată. Evoluţia terminalelor şi serviciilor a condus la existenţa a 6 variante: • INMARSAT – A • INMARSAT – B • INMARSAT – C • INMARSAT – M • INMARSAT – Aero • INMARSAT – P INMARSAT – A - varianta analogică pentru serviciul
INMARSAT
Oferă: •Servicii telefonice cu formarea directă a numărului, • date, • telex • fax şi • poştă electronică Folosesc antene parabolice cu diametrul de cca 1m; Pot fi folosite pentru a asigura servicii de monitorizare a flotei, videoreferinţă (64Kbps), schimburi de date pentru a trimite documentele în avans la autorităţile portuare. Terminalele montate în containere de dimensiunea unei valize cu antenă ce se poate împacheta pot servi pentru comunicaţi i mobile terestre. In acest caz se pot realiza şi transmisiuni de date cu ajutorul unor modemuri în banda vocală cu viteze de până la 9,6 Kbp. Pot asigura şi transmisiuni de date de viteză mare care poate servi la schimburi de fişiere mari, difuzare audio de calitate şi transfer video lucrând în regim simplu sau duplex. INMARSAT – B – este varianta digitală pentru INMARSAT-A 11
Servicii oferite: • Comunicaţii telefonice de bună calitate; • Telex • Date de viteză medie şi mare • Fax Lucrează cu consum mai mic decât INMARSAT A. INMARSAT – C
Terminale care pot asigura: • Mesaje memorate şi transmise mai departe; • Fax • E-mail Preţul unui terminal: 5000 $ - 8000 $. Preţ trafic: 1 $ pe minut. Pot fi utilizate pe vase mici sau pe ţărm sub forma unor valize mici; Poate servi şi pentru transmisiuni de date de localizare, viteză, dirijare, rezervă de combustibil, consum de combus tibil etc. Poate fi incluse în reţelele de siguranţă (Safety NET) pentru analiza vremii, avertismente şi predicţii. Aceste terminale sunt adecvate şi pentru achiziţia de date de supraveghere, control (SCADA – Aplicaţii tipice – monitorizarea nivelului râurilor, colectare date despre vreme supraveghere conducte petroliere. INMARSAT – M - Terminale compacte ( ca o valiză mică) care pot asigura:
• Transmisii vocale la 6,4 Kbps. • Date la 2,4 kbps • Fax Preţ de cost (3…6) $ pe minut. Recomandabile în locuri izolate sau rurale pentru a se realiza un sistem de comunicaţie fără fir. INMARSAT – AERO -
Terminale care asigură servicii de interconectare între nave aeriene şi reţeaua telefonică publică comutată. • Voce la 9,6 kbps. • Antene directive cu câştig de 1 2dB; Există şi un sistem cu antene omnidirecţionale pentru date de viteză redusă (600bps). Din 1994 – marile companii au echipamente de comunicaţii INMARSAT. Ulterior acestea au fost diversificate prezentând patru subvariante (C,H,I,L). Pentru a ilustra evolu ţia utilizatorilor sistemului să arătăm că în luna martie 1996 existau: • INMARSAT – A: 25611 terminale standard (17948 – maritime) I-A • INMARSAT – B: 1947 (902) • INMARSAT – C: 22.520 (14751) • INMARSAT – AERO: 797. • Creşte numărul de terminale tip B res pectiv M în dauna celor de tip A. INMARSAT – P (ICO) - 1995 – se
înfiinţează compania ICO – Global Communications Ltd. În 1996 au început studiile privind posibilitatea realizării unor terminale de mână. Proiectul prevede folosirea a 12 sateliţi MEO (ICO) la 10335 km: două plane orbitale înclinate la 45° faţă de ecuator. Servicii ce se vor oferi: • Transmisiuni vocale de bună calitate cu mod de lucru dual (celular – satelit); • Date în regim duplex la rate 2,4 kbps sau mai mari; • Fax • Paging global 12
• Servicii de radionavigaţie Pentru a nu fi necesare rezerve mari în proiectarea sistemului atunci când sunt necesare transmisiuni în clădiri se prevede existenţa unui sistem de avertizare şi paging foarte performant. Terminalele sunt mici (300cm3) şi costă sub 1500 USD. Putere medie transmisă de cca 0,25W la o medie pe durata a 6 minute.
Frecvenţe folosite: • pentru recepţie: banda L - 1,610 – 1,626Khz • pentru emisie: banda S – 2,48 – 2500GHz. AVANTAJELE SISTEMELOR DE COMUNICATII PRIN SATELIT
Sistem dual: Utilizatorii serviciilor convenţionale terestre mobile vor putea
comuta pe serviciul de satelit când se află în afara ariei de acoperire a reţelei clasice. Legătura prin intermediul satelitului poate furniza rute pentru apeluri blocate în reţeaua terestră datorită unor posibile umbriri de către diverse structuri geografice. Utilizatorii vor putea să emită şi să recepţioneze apeluri ori pe calea celulelor terestre ori, în absenţa acestora, direct prin satelit.
Sistem global multifuncţional: Interfeţe între toate sistemele terestre mobile existente: GSM, AMPS, NMT, DCS, IS-95. În acest moment nu există interfeţe între nici unele dintre aceste sisteme. Cartele inteligente cu care utilizatorii reţelei prin satelit să se poată introduce şi în sis temele locale celulare. În afara comunicaţiilor vocale se vor putea realiza comunicaţii de date, paging, fax prin implementarea unor porturi de date externe şi buffere interne de memorie. Tabel 4 - Parametrii sateliţilor din sistemele de comunicaţii mobile TIPUL DE SATELIT
GREUTATE
TIPUL ANTENEI
PUTERE DE EMISIE
ACCESUL MULTIPLU
NUMAR DE CANALE VOCALE
IRIDIUM (LEO)
600 kg
nu se precizează
TDMA/TDD/ FDMA
1100 CONVORBIRI SIMULTANE
GLOBALSTAR (LEO)
450 kg
1,1KW
CDMA
nu se precizeaza
ELLIPSO (LEO/MEO)
650 kg
3 antene dispuse in structura triunghiulara; o antena având dimensiunile 4,5m pe 1m; 3-4 antene trapezoidale de 5,5m-6m nu se precizeaz ă
1KW-4,5KW
nu se precizează
ICO (MEO)
2750 kg
nu se precizează
5,1KW
TDMA
ACeS
4500 kg
doua antene cu
12,5KW
nu se
3000 CONVORBIRI SIMULTANE 4500 CONVORBIRI SIMULTANE 10,000 13
(GARUDA-1) (GEO) THURAYA (GEO)
4500 kg
forma de umbrela o antena circulara cu diametrul de aproximativ 12,5m
precizează 12KW
TDMA
CONVORBIRI SIMULTANE 13,750 CONVORBIRI SIMULTANE
Arhitectura unei rețele de comunicații de banda largă prin satelit O rețea de comunicații prin satelit are la baza grupuri de sateliț i (clusters) al căror număr depinde de tipul de orbit ă (geostationara sau non-geosincrona), de un anumit num ăr de Land Earth Stations (LES), care depinde de parametrii constelatiei, si de legaturile intersatelit (Inter-Satellite Links - ISLs), esențiale pentru semnalizări intre stații în cazul în care nu exista infrastructura terestra. De exemplu, majoritatea sistemelor GEO (Geosynchronous Orbit) necesita interconectatea cu stații de la sol prin le gături terestre doar pentru a gestiona traficul între regiuni diferite de pe glob, în timp ce în majoritatea constelaț iilor non-GEO legaturile intersatelit (ISL) sunt esențiale pentru reducerea num ărului de LES. Alte componente prezente într- un sistem tipic de comunicaț ii de banda larga prin satelit, sunt: (UT): într-o rețea de comunicaț ii prin satelit exist ă de obicei un set de diverse tipuri de terminale, cu o varietate de opțiuni ș i capacități de transmisie. Începand de la rate minime de transfer de 16 kbps sau chiar mai mici, aceste terminale pot oferi rate maxime de 144 sau 384 kbps, chiar 2048 kbps sau mai mult pentru terminale fixe cu antene mai mari. Terminalele utilizator suportă ur mătoarele protocoalele : interfața ATM utilizatorrețea (User Network Interface ATM-UNI), Frame Relay UNI (FR-UNI), Narrowband Integrated Services Digital Network (N-ISDN), Basic Rate Interface (BRI), NISDN Primary Rate Interfaces (PRI), Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). Terminalele sunt conectate la unitatea de adaptare (Satellite Adaptation Unit - SAU) prin una dintre interfețele standard. - Terminalele utilizator
- Unitatea de adaptare (Satellite Adaptation Unit - SAU): r ăspunde de asigurarea accesului la rețeaua de comunicaț ii prin satelit prin realizarea tuturor adaptă rilor necesare la nivel de protocol între terminal și platforma de comunicați i prin satelit. Aceasta unitate include toate functțile stratului fizic cum ar fi codarea canalului, modulare/demodulare, partea de radio frecventa si antena. - Payload (P/L): în cazul regener ării semnalului unitățile de procesare de la bordul satelitului realizează operaț iile de multiplexare/demultiplexare, codare/decodar e și comutaț ie tip ATM utilizand o configurație multispot. Comutatorul de la bordul satelitului include doar o parte din funcțiile pe care le efectuează un comutator ATM de la sol. - Statiile gateway (Gateway stations - GTW): acestea sunt LES-urile interconectate cu rețelele externe cum ar fi B-ISDN, Frame Relay, N-ISDN, PSTN si Internet, prin unitățile de interconectare adecvate. In cazul sistemelor GEO sunt necesare mai multe staț ii gateway in zonele geografice unde cererea de trafic este mare; in cazul sistemelor non-GEO numarul si amplasarea stațiilor gateway depinde de caracteristici de proiectare suplimentare cum ar fi: 14
proiectul constelației, utilizarea sau nu a legăturilor inter-satelit (ISL) și constrângerile legate de întârzierile globale. - Stația de control al reț elei (Network Control Station - NCS): o entitate centrala utilizata in sistemele GEO care asigura co ntrolul global al resurselor rețelei și al operaț iilor cum ar fi alocarea resurselor radio staț iilor LES si GTW, gestionarea apelu rilor si funcții de gestionare a mobilității, autentificare, înregistrare și tarifare. Operaț iile sunt in general executate distribuit utilizând mai mult decât o sta ție de la sol.
In ceea ce priveș te stiva de protocoale se pot imagina doua scenarii principale: Primul utilizează încapsularea la nivel de protocol, aceasta fiind o abordare simpla dat fiind ca platforma de protocoale pentru comunica ții prin satelit este proiectata pentru a suporta in mod transparent diferite standarde pentru terminalul utilizator (de exemplu ATM sau TCP/IP) printr-o interfața specifica pentru comunica țiile prin satelit. Aceasta abordare permite utilizarea unei multitudini de tipuri de terminale, cu o varietate de standarde, dar poate deveni ineficienta din cauza încărcă rii suplimentare la nivel de pachet. Totodată , utilizarea de componente standard reprezintă o abordare simpla si ar trebui sa reduca timpul de pregătire pentru lansarea pe pia ță a sistemului ca întreg. Standardul DVB-S (Digital Video Broadcasting-Satellite) poate fi considerat ca prim exemplu in acest grup. De fapt, permi țand atat încapsulare ATM cat si IP pe stream de transport MPEG-2, standardul DVB-S poate fi utilizat pe legătură directă pentru transportul de date către terminalele utilizator in timp ce prin legătura PSTN (Pubic Switched Telephone Network) se obține aspectul interactiv. Standardul DVB-RCS (DVB Return Channel System via Satellite) specifica un terminal de comunicații prin satelit (uneori cunoscut sub numele de terminal interactiv de comuni cații prin satelit - Satellite Interactive Terminal - SIT) sau un terminal RCST (Return Channel Satellite Terminal) care suporta o legatura bidirectionala DVB de comunicaț ii prin satelit. In cazul abordării DVB-RCS terminalul utilizator recepționează un stream standard DVB-S de la satelit. Totodată, standardul DVB-RCS asigura posibilitatea de transmisie de la stați a utilizator la satelit prin intermediul aceleași antene.
Pentru partajarea capacitaț ii de transmisie disponibile, de către diferiț i utilizatori, a fostadoptata schema de acces multiplu MF-TDMA (Multi-Frequency Time Division Multiple Access). Canalul de retur este codat convoluț ional FEC la rata ½ si Reed Solomon. Standardul DVB-RCS este proiectat pentru a fi independent de banda sau benzile de frecventa – nu specifica ce banda sau benzi sa fie utilizate – permitand astfel construirea unei largi varietăți de sisteme. La ora actuala se tinde spre folosirea benzii Ka pentru leg ătura ascendenta. Standardul DVBRCS include de asemenea un num ăr de mecanisme de securitate. A doua abordare din perspectiva stivei de protocoale este bazata pe pe o solutie integrata cu stiva de protocoale ATM. In acest caz, exista un strat S-ATM, in locul stratului standard ATM, care introduce modifică rile necesar e pentru abordarea si soluț ionarea aspectelor specifice ale segmentului spatial, in antetul celulei cat si in functiile sale. Sub stratul S-ATM se afla stratul MAC (Medium Access Control) care poate avea la baza MF-TDMA sau CDMA (Code Division Multiple Access), un protocol DAMA (Demand Assignment Multiple Access) si stratul fizic radio.
15
BIBLIOGRAFIE - Curs “Sisteme de comunicații prin satelit” – Prof. Dr. Ing. Simona Halunga - http://www.descopera.org/satelitii-artificiali/ - https://ro.wikipedia.org/wiki/Satelit_artificial - http://space.skyrocket.de/doc_sdat/echostar-23.htm - http://ucsi.uv.ro/4/4c/4c.1.html - https://en.wikipedia.org/wiki/Inmarsat - http://www.astronomy.ro/satelitii-artificiali-ai-pamantului_698.html - https://arstechnica.com/science/2013/07/how-nasa-steers-the-international-spacestation-around-space-junk/2/
16
