Download - Comunicatii in General
-
7/29/2019 Comunicatii in General
1/41
Comunicatii prin satelit
Prezentare generala
-
7/29/2019 Comunicatii in General
2/41
Semnificaia termenului comunicaii mobile satelitare
sunt sisteme de radiocomunicaii concepute pentru: vehicule terestre avioane nave
terminale portabile
Constau, n esen, din unul sau mai muli satelii, una sau mai multe staii de sol fixe (gateway Earth station)
staii mobile deservesc fie ntreaga suprafa a Pmntului (globale), fie anumite zonegeografice (zonale).
-
7/29/2019 Comunicatii in General
3/41
Cele mai cunoscute sisteme satelitare
Statia Spatiala InternationalaGPS - Global Positioning SystemSateliti sincroni..Luna ?!
-
7/29/2019 Comunicatii in General
4/41
24 sateliti; 6 din ei sunt deasupra orizontului tot timpul (6 planuri orbitale,4 sateliti in fiecare plan)
Cei 6 sunt utilizati de utilizator GPS pentru a determina locatia sa
Perioada de rotatie de 12 ore, situati la 12000 mile deasupra
Global Positioning Satellites (GPS)
-
7/29/2019 Comunicatii in General
5/41
Termeni utilizai- legtura de comunicaii de la Pmnt la satelit se numete traiect ascendent(uplink),- de la satelit la Pmnt : traiect descendent (downlink),- legtura satelit-staie de sol fix (gateway): feeder-link.Comunicaiile sunt de tip bidirecional
Transponder sistemele electronice montate pe satelit pentru conversiasemnalelor de pe uplink in semnale transmise pe downlink
Radiodeterminarea este un sistem bidirecional care permite mobilului sicunoasc poziia geografic. De asemenea, poziia este cunoscut i de alte
staii (de exemplu staiile fixe de sol). Radionavigaia este un sistem unidirecional de la mobil la satelit sau inverscare i permite mobilului s stabileasc drumul optim pn la destinaie.Mobilul este singurul care i cunoate poziia.
-
7/29/2019 Comunicatii in General
6/41
EVOLUIA COMUNICAIILOR PRIN SATELIT
Generaia I: de la mijlocul anilor 60 pn la mijlocul anilor 70 sateliii erau de dimensiuni mici i puterea pe care o transmiteau spre Pmntera redus. dimensiunile antenelor staiilor terestre trebuiau s fie foarte mari (n jur de 30
m diametrul) pentru a obine ctiguri suficient de bune; antene trebuiau fixate pesol. primul satelit INTELSAT (cunoscut sub numele Early Bird i lansat n 1965)cntrea 40 de kilograme pe o orbit geostaionar.
Generaia II: anii 80 dimensiunile sateliilor i ale antenelor cu care acetia erau echipai au crescut,ceea ce le-a permis s lucreze cu puteri mai mari. diametrele antenelor staiilor de sol s-au micorat, ajungnd la valori de ordinul
metrilor. VSAT (very small aperture terminals). Sateliii de la INTELSAT-VII cntresc 1500 de kilograme pe orbit, iardiametrul antenei terestre este mai mic de 2 metri. aceste antene erau, totui, prea mari pentru a putea fi instalate pe mobile cum
sunt avioanele sau automobilele.
-
7/29/2019 Comunicatii in General
7/41
- 1982, The International Maritime Satellite Organization (INMARSAT) a demarat oserie de servicii de comunicaii prin satelit n domeniul marinei comerciale noceanele Atlantic, Pacific i Indian. Ulterior aceste servicii au fost extinse i n domeniul aviaiei i al transporturilorterestre.
Generaia III: n secolul 21: sistemele personale de comunicaii prin satelit: fiecare individacceseaza direct satelitul pentru a stabili un canal de comunicaie cu ajutorul unuiterminal de mn. utilizarea benzilor de frecvene foarte nalte (banda Ka - 30/20GHz, 47/44GHzi unde milimetrice).n cazul comunicaiilor personale prin satelit, terminalele handheld opereaz cuputeri de emisie mici, iar antenele lor au ctiguri reduse
Programe tipice n acest sens: Advanced Communication Technology Satellite (ACTS) n Statele Unite Communication And Broadcasting Engieneering Test Satellite (COMETS)
n Japonia.
-
7/29/2019 Comunicatii in General
8/41
Clasificarea orbitelor
Circulare sau eliptice
Circulara cu centru in centrul pamantului
Eliptica cu un centru de focalizarea in centrul pamantului
Orbita in jurul pamantului in diferite plane
- Orbita ecuatoriala
- Orbita polara- Orbite inclinate
Altitudinea satelitilor
Orbita geostationara (GEO) Orbita la inaltime medie (MEO)
Orbita la inaltime mica (LEO)
-
7/29/2019 Comunicatii in General
9/41
Termeni
Unghiul elevatiei (Elevation angle) unghiul de laorizontala la punctul central al antenei, cand antenaeste focalizata pe satelit ( )
Exista definit un unghi minim de elevatie, afectat deobstacole pe linia vederii (line of sight), atenuareadatorita conditiilor atmosferice (mai importantapentru unghiuri mici), zgomotul termic care afecteazareceptia
Unghiul de acoperire (Coverage angle) masoaraportiunea terestra acoperita de satelit
-
7/29/2019 Comunicatii in General
10/41
GEO Geostationary Earth Orbit
- orbit geostaionar = orbita unui satelit sincron care se rotete pe o orbit circularn sensul de rotaie al Pmntului n planul ecuatorial al acestuia la altitudineade 35800 km; folosesc banda Ka- perioada de revoluie a unui satelit geostaionar este de 24 ore iar viteza sa de 3,7
km/s;- sateliii aflai pe orbite geostaionare trebuie s fie foarte mari pentru a putearecepiona puteri foarte sczute i a emite cu puteri mari;-din cauza distanei foarte mare ntre sol i satelit apar ntrzieri importante alesemnalului (270ms) care pot fi extrem de
suprtoare n cazul transmisiunilor n timp real(convorbiri telefonice).-nu pot acoperi zonele polare ( peste 80 gradelatitudine)-Nu prezinta comutatie intre sateliti
-
7/29/2019 Comunicatii in General
11/41
Exemple Sateliti sincroni
-
7/29/2019 Comunicatii in General
12/41
Noile soluii sunt cunoscute sub denumirile:
LEO - Low Earth Orbit grup de satelii cu orbite circulare de altitudini joase (500 km 1500 km)- Frecventa de 800MHz, benzile L,S- opereaza pe orbite multiple- intarziere de 5- 15ms- durata mai mica de viata (5ani fata de 15 pentru GEO)- vizibil pana la 20 minute-- exemplu: Iridium
-
7/29/2019 Comunicatii in General
13/41
MEO - Medium Earth Orbit (ICO Intermediate Circular Orbit). grup de satelii cu orbite circulare de altitudini medii (5000 km 12000 kmaltitudine); perioada orbitala: 6 ore n cazul acestor sisteme atenurile de propagare i ntrzierea semnalului auvalori mici-Intarzieri de zeci ms (50ms)-- vizibil cateva ore-- exemplu: GPS
-
7/29/2019 Comunicatii in General
14/41
HEO - Highly Inclined Elliptical Orbit. sateliii se gsesc pe orbite eliptice n jurul Pmntului, orbite care prezint un
apogeu i un perigeu. dezavantajul acestor sisteme const n faptul c atunci cnd satelitul se afl napropierea apogeului distana Pmnt- satelit este foarte mare (40000 km).
Tipuri deconexiuni:
-
7/29/2019 Comunicatii in General
15/41
-
7/29/2019 Comunicatii in General
16/41
-
7/29/2019 Comunicatii in General
17/41
Benzile de frecvente disponibile pentru comunicatiile satelitare
FSS refera servicii satelit utilizand statii terestre fixe (ex.: TV prin satelit)MSS refera servicii satelit pentru statii terestre mobile (ex.: telefonia)
-
7/29/2019 Comunicatii in General
18/41
Performanta legaturii satelitare, functie
de orbita si frecventa
Atenuarea datorata absorbtiei atmosferic
-
7/29/2019 Comunicatii in General
19/41
Proceduri de reglementare folosite n implementarea sistemelor de comunicaiimobile prin intermediul sateliilor
Implementarea unui sistem de comunicaii mobile prin satelit, care opereaz cu sateliide tip LEO, MEO sau GEO, necesit trimiterea ctre ITU-R (InternationalTelecommunication Union- Radiocommunication Department) cu cel puin cinciani nainte de introducerea sistemului, a unor informaii cu privire la:
-banda de frecven ce urmeaz a fi folosit;-tipul de modulaie al semnalului;-tipurile de antene, satelii i staii terestre folosite. n cadrul unor comitete internaionale se stabilesc toate detaliile i se trimit apoictre aprobare, autorizare i nregistrare a sistemului la Registrul internaional MIFR
(Master International Freqency Register). Se adopt reglementri internaionale foarte stricte asupra acestor sisteme:
- evita interferentele cu statiile serviciilor mobile- limitarea nivelului la granitele statale
Reglementrile sunt necesare datorit alocrii unor subdomenii n cadrul acelorai
benzi att pentru serviciile mobile ct i pentru cele fixe:SERVICII MOBILE CIVILE: 1530MHZ-1544MHZ; 1555MHZ-1559MHZ;
1626.5MHZ-1645,5MHZ; 1656,5MHZ-1660,5MHZSERVICII MOBILE MARITIME: 1533MHZ-1544MHZ; 1634,5MHZ-1645,5MHZCOMUNICATII FIXE PRIN SATELIT: 1550MHZ-1555MHZ; 1610MHZ- 1660,5MHZ
RADIOASTRONOMIE: 1610,6MHZ-1613,5MHZ
-
7/29/2019 Comunicatii in General
20/41
Alimentarea satelitilor:Celulele fotovoltaice cu siliciu au fost nlocuite cu celule fotovoltaice
cu Galiu-Arsen(Ga-As) a cror eficien este mai mare cu 30%-40%
CUTAREA/TAXAREA ABONATULUI, AJUSTAREA POZIIEI SATELITULUI:Prin GPS (Global Positioning System) se realizeaz o poziionare exact a oricruiabonat i astfel se rezolv problema cutrii i taxriiabonailor.
Satelitul i poate ajusta poziia, tot prin GPS, automat sau prin comenzi venite dela o staie terestr care controleaz ntreg sistemul
-
7/29/2019 Comunicatii in General
21/41
Metode de acces (strategii de alocare a capacitatii de transmisie)
Frequency division multiple access (FDMA) Time division multiple access (TDMA)
Code division multiple access (CDMA)
-
7/29/2019 Comunicatii in General
22/41
Ex: Galaxy satellites
(PanAmSat)
500 MHz total latime banda
24 canale a 40 MHz
Reutilizare frecvente prin
polarizare (2 unde polarizate
ortogonal)
Folosire alternativa a canalelorpentru legaturi punct la punct
1200 voice-frequency (VF) voice
channels
One 50-Mbps data stream
16 channels of 1.544 Mbps each
400 channels of 64 kbps each
600 channels of 40 kbps each
One analog video signal
Six to nine digital video signals
Frequency-Division Multiplexing
-
7/29/2019 Comunicatii in General
23/41
Forme de FDMA
Fixed-assignment multiple access (FAMA-FDMA)Asignarea benzilor este distribuita in maniera fixa intre statiiConexiunea logica are valori preasignateCererea poate varia
Utilizare neoptima
Demand-assignment multiple access (DAMA-FDMA)Asignarea capacitatii de transmisie este schimbata in functie de
cerintele fiecarei statii
-
7/29/2019 Comunicatii in General
24/41
FAMA-FDMA - Exemplu
-
7/29/2019 Comunicatii in General
25/41
Single channel per carrier (SCPC) latimea de banda impartita incanale de voce (VF) individuale
Atractiv pentru zone cu numar mic de utilizatori
DAMA un set de subcanale intr-un canal este tratat ca rezervade legaturi disponibile
Pentru legaturi full-duplex intre statii terestre, o pereche de
subcanale este asignata dinamic la cerere Asignarea la cerere este realizata in mod distribuit de catre
statia terestra utilizand CSC (common signaling channel)
DAMA-FDMA
-
7/29/2019 Comunicatii in General
26/41
DAMA-FDMA- exemplu
-
7/29/2019 Comunicatii in General
27/41
Transmisia ca o secventa repetitiva de cadre
Fiecare cadru contine un numar de sloturi de timp
Fiecare slot de timp dedicat unui transmitator
Fiecare statie foloseste canalul de uplink
Transmite numai in slotul de timp asignat
Satelitul repeta transmisiile receptate si le trimite latoate statiile pe downlink
Statiile trebuie sa cunoasca slotul de timp asignat atat
la transmisie cat si la receptie
FAMA-TDMA - operare
-
7/29/2019 Comunicatii in General
28/41
FAMA-TDMA Frame Format
-
7/29/2019 Comunicatii in General
29/41
FAMA-TDMA Example
-
7/29/2019 Comunicatii in General
30/41
DAMA-TDMA Example
-
7/29/2019 Comunicatii in General
31/41
SISTEME DE COMUNICAII MOBILE PRIN SATELITINMARSAT
prima generaie de S.C.M.S; INMARSAT International Maritime Sattelite Organization fondat n1979 cu scopul de a asigura comunicaii mobile prin satelit pentru utilizatori maritimi. Servicii ca: voce, date, telex la cerere ntre vase maritime i reele detelecomunicaii internaionale prin intermediul unei Staii Terestre de Coast (CES). In prima faz au fost nchiriai satelii de la COMSAT (trei satelii MARISAT) i dela ESA (doi satelii MARECS) iar mai trziu trei satelii INTERSAT V. Comunicaia satelii utilizatori n banda L 1,6 (1,5) GHz iar comunicaia custaia de sol n banda C 6 (4) GHz 1988 au inclus i servicii pentru aeronave; 1989 se adaugi servicii mobile terestre; 1994 INMARSAT devine Internaional Mobile Sattelite Organization. In 1994 existau 31.628 terminale (maritime) 20506 (terestre) 981 (aero). Pentru a rspunde solicitrilor de servicii este dezvoltat propria generaie desatelii:
- INMARSAT 2 (4 satelii 1990-1992)- INMARSAT 3 (5 satelii 1996 )
-
7/29/2019 Comunicatii in General
32/41
INMARSAT 3 folosete satelii cu putere de 8 ori mai mare dect INMARSAT 2 deci
terminale de abonat sunt mai mici, mai uoare, mai ieftineINMARSAT 3 are un fascicul global i cinci fascicule mici ntre care puterea i banda defrecven pot fi realocate dinamic funcie de trafic. Gama de terminale maritime, terestre este foarte variat.
Evoluia terminalelor i serviciilor a condus la existena a 6 variante: INMARSAT A INMARSAT B INMARSAT C INMARSAT M
INMARSAT Aero INMARSAT P
INMARSAT A
-
7/29/2019 Comunicatii in General
33/41
INMARSAT A varianta analogic pentru serviciul INMARSAT Ofer:
Servicii telefonice cu formarea direct a numrului, date, telex fax i pot electronic Folosesc antene parabolice cu diametrul de cca 1m; Pot fi folosite pentru a asigura servicii de monitorizare a flotei, videoreferin(64Kbps), schimburi de date pentru a trimite documentele n avans la autoritileportuare.
Terminalele montate n containere de dimensiunea unei valize cu anten ce sepoate mpacheta pot servi pentru comunicaii mobile terestre. In acest caz se pot realizai transmisiuni de date cu ajutorul unor modemuri n banda vocal cu viteze de pn la9,6 Kbp. Pot asigura i transmisiuni de date de vitez mare care poate servi la schimburi de
fiiere mari, difuzare audio de calitate i transfer video lucrnd n regim simplu sauduplex.
INMARSAT - B Varianta digital pentru INMARSAT-A
Servicii oferite: Comunicaii telefonice de bun calitate; Telex Date de vitez medie i mare Fax
Preul variaz ntre 3 i 7 $ pe minut Lucreaz cu consum mai mic dect INMARSAT A.
-
7/29/2019 Comunicatii in General
34/41
INMARSAT C Terminale care pot asigura: Mesaje memorate i transmise mai departe; Fax, E-mail Preul unui terminal: 5000 $ - 8000 $ Pre trafic: 1 $ pe minut. Pot fi utilizate pe vase mici sau pe rm sub forma unor valize mici; Poate servi i pentru transmisiuni de date de localizare, vitez, dirijare, rezerv decombustibil, consum de combustibil etc. Poate fi incluse n reelele de siguran (Safety NET) pentru analiza vremii,avertismente i predicii. Aceste terminale sunt adecvate i pentru achiziia de date de supraveghere,control (SCADA Aplicaii tipice monitorizarea nivelului rurilor, colectare datedespre vreme supraveghere conducte petroliere).
INMARSAT - M Terminale compacte ( ca o valiz mic) care pot asigura: Transmisii vocale la 6,4 Kbps. Date la 2,4 kbps Fax Prede cost (36) $ pe minut Recomandabile n locuri izolate sau rurale pentru a se realiza un sistemde comunicaie fr fir.
INMARSAT AERO
-
7/29/2019 Comunicatii in General
35/41
INMARSAT AERO Terminale care asigur servicii de interconectare ntre nave aeriene i reeauatelefonic public comutat.
Voce la 9,6 kbps. Antene directive cu ctig de 12dB; Existi un sistem cu antene omnidirecionale pentru date de vitez redus (600bps) Din 1994 marile companii au echipamente de comunicaii INMARSAT. Ulterior acestea au fost diversificate prezentnd patru subvariante (C,H,I,L)
-
7/29/2019 Comunicatii in General
36/41
INMARSAT P (ICO) 1995 se nfiineaz compania ICO Global Communications Ltd.
1996 au nceput studiile privind posibilitatea realizrii unor terminale de mn; proiectul prevede folosirea a 12 satelii MEO (ICO) la 10335 km: dou plane orbitalenclinate la 45fa de ecuator. Asigurarea serviciilor va ncepe n jurul anului 2000; Servicii ce se vor oferi:
Transmisiuni vocale de bun calitate cu mod de lucru dual(celular satelit); Date n regim duplex la rate 2,4 kbps sau mai mari; Fax Paging global
Servicii de radionavigaie Pentru a nu fi necesare rezerve mari n proiectarea sistemului atunci cnd suntnecesare transmisiuni n cldiri se prevede existena unui sistem de avertizare i pagingfoarte performant; Terminalele sunt mici (300cm3) i cost sub 1500 USD.
Putere medie transmis de cca 0,25W la o medie pe durata a 6 minute; Frecvene folosite: pentru recepie: banda L - 1,610 1,626Khz pentru emisie: banda S 2,48 2500GHz.
-
7/29/2019 Comunicatii in General
37/41
SISTEME CARE FOLOSESC SATELII LEO
IRIDIUM Sistemul IRIDIUM a fost propus i dezvoltat de consoriul Motorola; Este finanat de o asociaie internaional de companii industriale i detelecomunicaii care au cumprat drepturile de la Motorola . Operaional din 1998; viabil pana in 2014
Const initial ntr-o constelaie de 66 satelii la o nlime de 785 km, cu 6planuri orbitale nclinate la 86,4; se asigura redundanta Pentru orice terminal de pe suprafaa globului un satelit este permanentvizibil la cel puin 8deasupra orizontului; Fiecare satelit folosete trei antene pentru a acoperi solul cu 48 de
fascicule, diametrul fiecrui fascicul fiind de 600km. Cei 66 de satelii asigur 3168 celule dintre care numai 2150 trebuie sfie active pentru a acoperi suprafaa globului; Cnd satelitul se mic utilizatorul ntlnete fascicule adiacenteaproximativ o dat pe minut; Banda de frecvene alocat pentru trafic: L- 16101626,5MHz Fasciculele vecine folosesc frecvene diferite; Frecvenele sunt refolosite n fascicule neadiacente.
-
7/29/2019 Comunicatii in General
38/41
Banda alocat este divizat n 12 subbenzi i fiecare subband este reutilizat depatru ori pe fiecare satelit.
Fiecare fascicul poate asigura 80 de canale deci n total 2150x80=172000canale Accesul multiplu: TDMA/FDMA cu viteza de 50kbps; Se pot asigura transmisiuni duplex: Voce, la 4800bps
Date, la 2900bps Duplexarea se face tot cu diviziune n timp (TAD)
Legturile ntre satelii i ntre satelii i staia de control de la sol respectiv custaiile poart, sunt realizate n banda Ka.
Se lucreaz cu viteze mari putndu-se asiguratransmisiunile asociate iniierii apelurilor, transferuluii controlului comunicaiei. Exist mai multe staii poart pentru conectarea lareeaua public: acestea folosesc antene parabolice
cu ctig mare pentru a urmri sateliii. Terminalele de abonat sunt terminale de mnsau terminale de pager de buzunar. Fiecare satelit poate asigura 100 de ci telefonice Prelucrarea apelurilor are la baz standardul GSM
Constelatia IRIDIUM
-
7/29/2019 Comunicatii in General
39/41
One Commercial Gateway Provides GlobalConnectivity
Tempe, Arizona
DoD Gateway in Hawaii Supports US
Government Traffic Satellite Constellation
66 Fully Operational Satellites
13 In-Orbit Spares Constellation Life to 2013/2014
Satellite Operations Main Facility in Leesburg, VA Back-up Facility in Chandler, AZ
All Gateways Support Voice and DataServices
Dial-up
Direct Internet Access
Short Message Service
Short Burst Messaging Paging
RUDICS
36 Months of Continuous Growth
-
7/29/2019 Comunicatii in General
40/41
VSAT (Very Small Aperture Terminal)
Sistem satelitar pentru utilizatori home sau businessFunctie de latimea de banda necesara, sistemele VSAT sunt putin voluminoase(antene de 1-2 metri diametru) si usor de instalat. Prin conectarea terminalelor VSATla un hub terestru poate fi realizata cu costuri reduse o retea care sa asigurecomunicatii doar prin intermediul acestui hub (configuratie de retea STAR)
Aplicatii potentiale ale ale retelor VSAT:
Asigura conectivitate LANPot functiona ca retele VPNPermit VoIPAsigura acces INTERNETTeleconferinte videoComunicatii de voceSolutii de backup
-
7/29/2019 Comunicatii in General
41/41
Avantajele utilizarii transmisiilor satelitare
Sistem dual: Utilizatorii serviciilor convenionale terestre mobile vor putea comutape serviciul de satelit cnd se afl n afara ariei de acoperire a reelei clasice. Legtura prin intermediul satelitului poate furniza rute pentru apeluri
blocate n reeaua terestr datorit unor posible umbriri de ctre diverse structurigeografice. Utilizatorii vor putea s emiti s recepioneze apeluri ori pe calea
celulelor terestre ori, n absena acestora, direct prin satelit. Sistem global multifuncional: Interfee ntre toate sistemele terestre
mobile existente: GSM, AMPS, NMT, DCS, IS-95. n afara comunicaiilor vocale se realizeaza comunicaii de date,paging, fax prin implementarea unor porturi de date externe i buffereinterne de memorie. Sistem global care s cuprindi accesul la Internet, videoconferine i
multimedia