25.07.2013 Views

13. Satelitske komunikacije 13.1. Satelitska orbita

13. Satelitske komunikacije 13.1. Satelitska orbita

13. Satelitske komunikacije 13.1. Satelitska orbita

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

<strong>13.</strong> <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

<strong>Satelitske</strong> mreže predstavljaju kombinaciju čvorova, kod koje su neki čvorovi sateliti. Čvorovi<br />

omogućavaju da se ostvari komunikacija između jedne i druge tačke na planeti Zemlji. Čvor u mreži može<br />

biti satelit, zemaljska stanica, terminal krajnjeg korisnika ili telefon. U principu, Mesec kao prirodni satelit<br />

planete Zemlje može da se koristi kao relejna stanica (čvor) u mreži, ali ipak poželjnije je koristiti veštačke<br />

satelite jer se na njima može instalirati elektronska operma čiji je osnovni zadatak da regeneriše signal čija je<br />

energija opala (signal oslabio) duž prenosnog puta. Drugo ograničenje koje se odnosi na prirodne satelite,<br />

kakav je Mesec, predstavlja njihovo rastojanje od Zemlje, što za posledicu ima dugo komunikaciono<br />

kašnjenje.<br />

<strong>Satelitske</strong> mreže predstavljaju celularne (ćelijske) mreže po tome što dele planetu na ćelije. Sateliti<br />

omogućavaju da se ostvari prenos od bilo koje lokacije na Zemlji, zavisno od toga koliko su dva korisnika,<br />

koja međusobno komuniciraju, udaljena. Pri tome, ne zahteva se velika novčana investicija u infrastrukturi<br />

na strani Zemlje.<br />

Prenos signala od zemaljske stanice ka satelitu se naziva uplink, dok prenos od satelita ka zemaljskoj<br />

stanici je poznat kao downlink. Elektroniku u satelitu koja prihvata uplink signal, a konvertuje ga u downlink,<br />

naziva se transponder. Sistemi koji se nalaze na Zemlji ili blizu Zemlje nazivaju se zemaljske stanice<br />

(Earth Stations). Postoje brojne ralike izmedju satelitsko- i zemaljsko-baziranih komunikacija, a one se mogu<br />

iskazati kroz sledeća zapažanja:<br />

a) oblast pokrivanja satelitskog sistema daleko premašuje zemaljski sistem. Tako na primer, za slučaj<br />

geostacionarnog satelita, sa jednom antenom vidi se skoro četvrtina Zemljine kugle.<br />

b) cena prenosa kod satelitskih komunikacija je skoro nezavisna od rastojanja (odnosi se na oblast<br />

pokrivanja satelita).<br />

c) kod satelitske <strong>komunikacije</strong> prenosni kanali su veoma širokog propusnog opsega, a prenos podataka<br />

se ostvaruje pri velikim brzinama.<br />

d) satelitske veze su često puta podložne kratkotrajnim smetnjama i degradacijama, ali i pored toga<br />

kvalitet prenosa je dosta visok.<br />

e) kod geostacionarnih satelita postoji propagaciono kašnjenje Zemlja-Satelit-Zemlja od 1/4s.<br />

<strong>13.</strong>1. <strong>Satelitska</strong> <strong>orbita</strong><br />

Put satelita oko Zemlje naziva se <strong>orbita</strong>. <strong>Satelitske</strong> orbite je moguće klasifikovati na veći broj načina:<br />

1) <strong>orbita</strong> je kružna pri čemu je centar Zemlje centar kruga, ili eliptična pri čemu je centar Zemlje jedan<br />

od dva fokusa elipse.<br />

2) Orbita može biti ekvatorijalna, da ima nagib (inclined), ili da bude polarna (vidi sliku <strong>13.</strong>1).<br />

Slika <strong>13.</strong>1. Orbita satelita<br />

296


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

3) shodno visini u odnosu na Zemlju sateliti se mogu nalaziti u geostacionarnoj orbiti (GEO- Geo Earth<br />

Orbit), srednjoj zemaljskoj orbiti (MEO - Medium Earth Orbit), ili u niskoj zemaljskoj orbiti (LEO - Low<br />

Earth Orbit) – vidi sliku <strong>13.</strong>2.<br />

Slika <strong>13.</strong>2. Tipovi <strong>orbita</strong> shodno visini satelita<br />

<strong>13.</strong>2. Rastojanje<br />

Na slici <strong>13.</strong>3 prikazana je geometrija kojom se odredjuje pokrivenost satelita. Ključni faktor je ugao<br />

elevacije zemaljske stanice, , (tangenta na površinu Zemlje na lokaciji antene, tj. horizontalna linija<br />

usmerena ka glavnom snopu antene, obično elevacija glavnog snopa je <br />

0 ). Ugao pokrivanja, , je mera<br />

koja ukazuje na deo površine Zemlje vidljiv od strane satelita ( obično definiše krug na površini Zemlje<br />

centriran u tački direktno ispod satelita).<br />

Sledeće jednačine su važeće:<br />

<br />

<br />

sin <br />

<br />

R sin 2<br />

cos <br />

<br />

<br />

<br />

R h cos sin <br />

sin <br />

<br />

2 2 <br />

gde je:<br />

R - radijus Zemlje, 6370 km<br />

h - visina orbite (visina od tačke na Zemlji direktno ispod satelita)<br />

- ugao pokrivanja<br />

- minimalni ugao elevacije<br />

297


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

R<br />

<br />

<br />

90<br />

Satelit<br />

<br />

<br />

h<br />

R<br />

Zemlja<br />

Slika <strong>13.</strong>3. Uglovi pokrivanja i elevacija<br />

Rastojanje od satelita do najudaljenije tačke pokrivanja se izračunava kao<br />

<br />

d sin<br />

<br />

<br />

R h <br />

sin <br />

<br />

2 <br />

R h<br />

sin<br />

cos<br />

<br />

sin R sin <br />

d <br />

<br />

cos sin <br />

dok se propagaciono kašnjenje signala odredjuje kao<br />

2h 2 <br />

t <br />

c<br />

8<br />

gde je c 3<br />

10 m s , brzina prostiranja svetlosti.<br />

R h<br />

sin<br />

c cos <br />

<br />

298


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

<strong>13.</strong>3. Perioda satelita<br />

Perioda satelita predstavlja vreme potrebno da satelit obiđe Zemlju. Perioda je određena Kepler-ovim<br />

zakonom kojim se perioda definiše kao funkcija rastojanja satelita od centra Zemlje.<br />

Primer 1<br />

Koliko iznosi perioda Meseca, na osnovu Kepler-ovog zakona?<br />

Keplerov zakon glasi:<br />

Perioda = C * rastojanje 1.5<br />

gde je C konstanta aproksimativno jednaka 1/100. Perioda je u sekundama, a rastojanje u kilometrima.<br />

Odgovor:<br />

Mesec je približno udaljen od Zemlje 384 000 km. Radius Zemlje je 6378 km. Primenjujući formula<br />

dobijamo:<br />

Primer 2<br />

Perioda = (1/100) * (384 000 + 6378) 1.5 = 2 439 090 s = 1 mesec<br />

Na osnovu Kepler-ovog zakona, odrediti periodu satelita koji je lociran na orbiti koja je aproksimativno 35<br />

786 km iznad Zemlje.<br />

Odgovor:<br />

Primenjujući formulu imamo:<br />

Perioda = (1/100) * (35 786 + 6378) 1.5 = 86 579 s = 24 h<br />

To znači da satelit koji je lociran 35 786 km iznad Zemlje ima period od 24h, što odgovara periodu rotacije<br />

Zemlje. Za ovakav satelit kažemo da je stacionarni u odnosu na Zemlju, a njegova <strong>orbita</strong> se naziva<br />

geostacionarna <strong>orbita</strong>.<br />

<strong>13.</strong>4. Oblast pokrivanja<br />

Sateliti predaju/primaju mikrotalasne signale koristeći bidirekcione antene (signal na strani Zemlje je<br />

moguće primati samo do granice vidljivosti - line-of-sight). Signalom koji se zrači sa satelita prema Zemlji<br />

pokriva se samo određena (ograničena) oblast koja se naziva footprint (otisak). Snaga signala u centru<br />

footprint-a je maksimalna. Granica footprint-a je lokacija gde nivo signala ima unapred predefinisani prag<br />

(recimo -120 dBm).<br />

299


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

<strong>13.</strong>5. Tri kategorije satelita<br />

Na osnovu lokacija orbite u odnosu na površinu zemlje, sateliti se mogu podeliti u tri kategorije:<br />

a) Geostacionarni (Geostationary Earth Orbit- GEO)<br />

b) Medium Earth Orbit (MEO)<br />

c) Low Earth Orbit (LEO)<br />

Na slici <strong>13.</strong>4 prikazane su visine satelita u odnosu na površinu Zemlje.<br />

Postoji samo jedna <strong>orbita</strong>, na visini od 35 786 km za GEO satelite. MEO sateliti su locirani na visinama<br />

između 5 000 – 15 000 km. LEO sateliti su na visini ispod 2 000 km.<br />

Razlog za korišćenje različitih <strong>orbita</strong> predstavlja postojanje Van Allen-ovih pojaseva (belts). Van Allenov<br />

pojas je nivo koji sadrži naelektrisane čestice. Satelit koji kruži u jednom od ovih pojaseva biće u<br />

potpunosti oštećen energetskim tovarom ovih čestica. MEO <strong>orbita</strong> se nalazi između gornjeg i donjeg Van<br />

Allen-ovog pojasa.<br />

Slika <strong>13.</strong>4. Visina satelitskih <strong>orbita</strong><br />

<strong>13.</strong>6. Frekventni opsezi komunikacionih satelita<br />

Frekvencije rezervisane za mikrotalasne satelitske <strong>komunikacije</strong> pripadaju gigahercnom (GHz)<br />

opsegu. Svaki satelit predaje i prima signale preko dva različita opsega. Prenos od Zemlje ka satelitu se<br />

naziva uplink (veza naviše), a od satelita ka Zemlji downlink (veza na niže). U tabeli 1. prikazana je lista<br />

frekventnih opsega koji su dostupni za satelitske <strong>komunikacije</strong>. Uočimo da propusni opseg raste sa porastom<br />

frekvencije. Ali, na žalost, sa porastom frekvencije i efekat transmisionog slabljenja postaje sve izraženiji.<br />

Tabela 1. Frekventni opsezi kod satelitskih komunikacija<br />

Band Frekverntni opseg Totalni propusni<br />

opseg<br />

Opšte aplikacije<br />

L 1 do 2 GHz 1 GHz Mobile satellite service (MSS)<br />

S 2 do 4 GHz 2 GHz MSS. NASA. deep space research<br />

C 4 do 8 GHz 4 GHz Fixed satellite service (FSS)<br />

300


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

X 8 do 12.5 GHz 4.5 GHz FSS military. terrestrial earth<br />

exploration. and meteorological<br />

satellites<br />

Ku 12.5 do 18 GHz 5.5 GHz FSS. broadcast satellite sarvice<br />

(BSS)<br />

K 18 do 26.5 GHz 8.5 GHz BSS. FSS<br />

Ka 26.5 do 40 GHz <strong>13.</strong>5 GHz FSS<br />

<strong>13.</strong>7. Geostacionarni sateliti<br />

Kod line-of-sight dometa signala zahteva se da predajna i prijemna antena budu, celo vreme,<br />

usmerene jedna prema drugoj (jedna antena mora da ima drugu antenu na vidiku). Zbog ovoga, satelit koji<br />

rotira brže ili sporije u odnosu na rotaciju Zemlje je vidljiv za samo neki kraći vremenski period. Da bi se<br />

obezbedila neprekidna (konstantna) komunikacija, satelit treba da se kreće istom brzinom kao i Zemlja, pa da<br />

tako izgleda kao da ostaje u istu tačku. Ovakvi sateliti se nazivaju geostacionarni.<br />

S obzirom da se <strong>orbita</strong>lna brzina određuje na osnovu rastojanja od Zemlje, samo jedna <strong>orbita</strong> može<br />

biti geostacionarna. Orbita se nalazi na ekvatorijalnoj ravni približno 38 000 km od površine Zemlje. Jednim<br />

geostacionarnim satelitom nije moguće pokriti celu teritoriju Zemlje. Jedan satelit u orbiti ima line-of-sight<br />

kontakt sa velikim brojem zemaljskih stanica, ali zakrivljenost Zemlje čini da taj satelit bude nevidljiv za<br />

veliku teritoriju plane Zemlje. U suštini, minimalno je potrebno 3 GEO satelita koji se međusobno nalaze na<br />

ekvivalentnim rastojanjima da bi se pokrila cela teritorija Zemlje. Na slici <strong>13.</strong>5 prikazana su tri satelita, svaki<br />

za 120 0 u odnosu na druge koji se nalaze u geosinhronim <strong>orbita</strong>ma iznad ekvatora (pogled je sa strane<br />

Severnog Pola – North Pole).<br />

GEO sateliti se koriste za prenos medijskih (radio i TV) signala.<br />

Slika <strong>13.</strong>5. Sateliti u geostacionarnoj orbiti<br />

Na Slici <strong>13.</strong>6 prikazani su položaji GEO satelita u odnosu na Zemlju.<br />

301


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

Orbita : 35.863 km<br />

u ravni ekvatora<br />

= satelit<br />

Slika <strong>13.</strong>6. Položaji satelita u geostacionarnoj orbiti<br />

Prednosti GEO <strong>orbita</strong> su sledeće:<br />

a) s obzirom da je pozicija satelita, relativno u odnosu na Zemlju, stacionarna ne postoje problemi sa<br />

Doppler-ovim efektom.<br />

b) praćenje satelita sa zemaljske stanice je pojednostavljeno.<br />

c) na visini od 36853 km satelit može da komunicira sa četvrtinom zemaljske kugle, a sa tri satelita,<br />

0<br />

razdvojenih za 120 moguće je komunicirati sa celom Zemljom, isključujući severni i južni pol.<br />

d) GEO sateliti su danas najčešći tipovi korišćenih komunikacionih satelita.<br />

Nedostaci GEO <strong>orbita</strong> su sledeći:<br />

a) snaga signala na prijemu je mala nakon prolaska 35000 km.<br />

b) polarni regioni oko severnog i južnog pola su slabo pokriveni GEO satelitima.<br />

c) i pored velike brzine svetlosti postoji kašnjenje signala, koje za dve lokacije direktno ispod satelita<br />

iznosi 2 35863<br />

300000 0.<br />

24 s , što je značajno vreme.<br />

Da bi se rešio problem kašnjenja koriste se LEO i MEO sateliti.<br />

<strong>13.</strong>8. MEO sateliti<br />

MEO sateliti su locirani između dva Van Allen-ova pojaseva. Satelit koji se nalazi u ovoj orbiti rotira<br />

oko Zemlje za otprilike 6 do 8 časova.<br />

Primer MEO satelitskog sistema je Global Positioning System (GPS). Sateliti ovog sistema se nalaze<br />

na visini od 18 000 km iznad Zemlje. Sistem se sastoji od 24 satelita i koristi se za navigaciju na Zemlji,<br />

302


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

moru, i u vazduhu, jer obezbeđuje informaciju o vremenu i lokaciji koje koriste (pokretna) vozila i brodovi.<br />

GPS koristi 24 satelita u šest <strong>orbita</strong> (vidi sliku <strong>13.</strong>7.). Orbite i lokacije satelita u svakoj orbiti izvedene<br />

(realizovane) su tako da su u svakom trenutku, po četiri satelita vidljiva sa bilo koje tačke na Zemlji. GPS<br />

prijemnik ima almanah koji ukazuje na tekuću poziciju satelita.<br />

Slika <strong>13.</strong>7. Orbite GPS satelita<br />

Osnovne karakteristike MEO satelita (vidi Sliku <strong>13.</strong>8b)) su:<br />

1) kružna <strong>orbita</strong> na visini od 5000-12000 km<br />

2) perioda orbite je 6 časova<br />

3) dijametar pokrivanja je od 10000-15000 km<br />

4) round-trip propagaciono kašnjenje je manje od 50 ms<br />

5) maksimalno vreme za koje je satelit vidljiv sa fiksne tačke na Zemlji (iznad radio horizonta) iznosi<br />

nekoliko časova.<br />

MEO sateliti imaju manji broj handoff-a u odnosu na LEO satelite.<br />

a) b)<br />

Slika <strong>13.</strong>8. LEO i MEO orbite<br />

303


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

<strong>13.</strong>9. LEO sateliti<br />

LEO sateliti imaju polarne orbite (vidi sliku <strong>13.</strong>8a)). Oni su locirani na visinama između 500 i 2000<br />

km, a imaju periodu rotacije od 90 do 120 minuta. Brzina satelita je od 20 000 do 25 000 km/h. LEO sistem<br />

se obično karakteriše celularnim tipom pristupa, sličan onom koji se koristi kod celularne telefonije.<br />

Footprint na Zemlji ima dijametar od 8 000 km. Pošto su LEO sateliti bliži Zemlji round-trip propagaciono<br />

kašnjenje je manje od 20 ms, što je prihvatljivo za audio komuniciranja.<br />

LEO sistem čini konstelacija (sazvežđe) satelita koji su organizovani u mreži, pri čemu se satelit<br />

ponaša kao komutator (switch kod klasičnih računarsakih mreža). Sateliti koji su međusobno bliži jedan<br />

drugome povezuju se preko inter-satelitskih veza (intersatellite links – ISL). Mobilni sistem komunicira sa<br />

satelitom preko mobilne veze korisnika (user mobile link – UML). Satelit može da komunicira i sa<br />

zemaljskom stanicom (gateway) preko gateway veze (gateway link – GWL). Na slici <strong>13.</strong>9 prikazana je<br />

tipična LEO satelitska mreža.<br />

Slika <strong>13.</strong>9. LEO satelitski sistem<br />

Osnovne karakteristike LEO satelita (vidi Sliku <strong>13.</strong>8a)) su:<br />

a) kružna ili slabo naglašena eliptična <strong>orbita</strong> na visini od 2000 km.<br />

b) period orbite je od 1 . 5 do 2 časa.<br />

c) dijametar pokrivanja je 8000 km.<br />

d) propagaciono kašnjenje (Zemlja-satelit-Zemlja - round-trip-propagation signal) je manje od 20 ms.<br />

e) maksimalno vreme za koje je satelit vidljiv sa fiksne tačke na Zemlji je do 20 minuta.<br />

f) s obzirom da se satelit kreće u odnosu na fiksnu tačku na Zemlji jako je izražen efekat Doppler-a.<br />

Praktično korišćenje sistema LEO satelita iziskuje korišćenje većeg broja <strong>orbita</strong>lnih ravni, svaka sa<br />

većim brojem satelita u orbiti. Komunikacija izmedju dve zemaljske stanice obično podrazumeva handing-off<br />

signala sa jednog satelita na drugi.<br />

LEO sateliti se mogu podeliti u tri kategorije:<br />

a) Little LEO - je operativan ispod 1 GHz. Ovi sateliti se uglavnom koriste za prenos poruka malih<br />

bitskih brzina. Koriste propusni opseg ne veći od 5 MHz, a podržavaju brzine prenosa podataka do 10<br />

kbps. Namenjeni su za praćenje i slanje poruka sa malim bitskim brzinama prenosa.<br />

b) Big LEO - je operativan između 1 i 3 GHz. Goldstar je tipičan big LEO satelitski sistem, koji se<br />

sastoji od 48 satelita, u šest polarnih <strong>orbita</strong>, svaka <strong>orbita</strong> sa po osam satelita. Orbite se nalaze na visini<br />

od 1 400 km. Iridium sistem je drugi primer big LEO. Ovaj sistem čini 66 satelita podeljenih u šest<br />

304


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

<strong>orbita</strong> sap o 11 satelita po svakoj orbiti. Orbite su na visini od 750 km, a svaki satelit je razdvojen od<br />

drugog za aproksimativno 32 0 . Podržavaju brzine prenosa podataka do nekoliko Mbps. Podržavaju<br />

sve servise tipa LEO kao i prenos govora.<br />

c) Broadband LEO - obezbeđuje da se ostvari komunikacija slična onoj kao kod optičkih (fiber optic)<br />

mreža. Prvi broadband LEO sistem je bio Teledesic. Teledesic je sistem satelita koji obezbeđuje fiberoptic-like<br />

<strong>komunikacije</strong> (širokopojasne kanale, mali procenat greške u prenosu ( low error rate), i<br />

malo kašnjenje kod propagacije signala). Glavna namena ovog sistema je da obezbedi brzi Internet<br />

pristup svim korisnicima lociranim svuda po svetu. Najčešće ovaj sistem se naziva “nebeski Internet”<br />

(Internet in the sky).<br />

<strong>13.</strong>10. <strong>Satelitske</strong> mrežne konfiguracije<br />

Na Slici <strong>13.</strong>10 prikazane su dve standardne konfiguracije kod satelitskih komunikacija.<br />

Zemaljska<br />

stanica<br />

više prijemnika<br />

a) Veza tačka-ka-tački<br />

<strong>Satelitska</strong><br />

antena<br />

<strong>Satelitska</strong><br />

antena<br />

predajnik<br />

b) Veza bradcast<br />

Slika <strong>13.</strong>10. Konfiguracije kod satelitskih komunikacija<br />

više prijemnika<br />

Kod prve, satelit se koristi da obezbedi vezu tipa tačka ka tački izmedju dve različite zemaljske<br />

antene. Kod druge, satelit obezbedjuje komunikaciju izmedju jednog predajnika na Zemlji i većeg broja<br />

305


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

Zemaljskih prijemnika. Varijanta druge konfiguracije koja se koristi za dvosmernu komunikaciju izmedju<br />

dve Zemaljske stanice prikazana je na Slici <strong>13.</strong>11.<br />

PC<br />

Server<br />

Hub<br />

Ku -band<br />

satelit<br />

Udaljeni<br />

položaj<br />

Napomena: VSAT - very small aperture terminal system<br />

Udaljeni<br />

položaj<br />

Slika <strong>13.</strong>11. Tipična VSAT konfiguracija<br />

<strong>13.</strong>11. Dodela kapaciteta - frekventna raspodela<br />

Udaljeni<br />

položaj<br />

Obično, GEO satelit koji koristi širok propusni opseg od 500 MHz deli ovaj opseg na veći broj<br />

manjih kanala širine 40 MHz.<br />

Strategije koje se odnose na dodelu kapaciteta propusnog opsega se mogu svrstati u sledeće tri<br />

kategorije:<br />

1) FDMA (frequency division multiple access)<br />

2) TDMA (time division multiple access)<br />

3) CDMA (code division multiple access)<br />

O CDMA dodeli govorili smo u delu Prenos signala u proširenom spektru, zbog toga u daljoj<br />

diskusiji ograničićemo se na dodele (alokacije) tipa FDMA i TDMA.<br />

306


<strong>13.</strong>11.1. FDM (Frequency Division Multiplexing)<br />

Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

Kao što smo naglasili ukupni kapacitet komunikacionog satelita se deli na veći broj kanala. Na Slici<br />

<strong>13.</strong>12 prikazana je jedna FDM šema, tipična za GEO komunikacione satelite. Konkretnije, ova šema se<br />

koristi od strane satelita Galaxy. Sateliti koriste frekvencije C-opsega (propusni opseg od 500 MHz) podeljen<br />

na 24 kanala, svaki širine 40 MHz. Svaka frekvencija se prenosi od strane dva nosioca sa ortogonalnom<br />

polarizacijom. Razmak izmedju kanala (guardband) je 4 MHz, što znači da je širina kanala 36 MHz.<br />

C1<br />

3720<br />

3700<br />

3700<br />

C2<br />

3740<br />

C3 C5 C7 C9 C11 C13 C15 C17 C19 C21 C23<br />

3760<br />

36<br />

MHz<br />

4 MHz<br />

zaštitni opseg<br />

C4 C6 C8 C10 C12 C14 C16 C18 C20 C22 C24<br />

3780<br />

3800<br />

3820<br />

3840<br />

3860<br />

500 MHz propusni opseg<br />

3880<br />

3900<br />

3920<br />

3940<br />

3960<br />

3980<br />

4000<br />

a) Horizontalna polarizacija<br />

4020<br />

a) Vertikalna polarizacija<br />

4040<br />

4060<br />

4080<br />

4100<br />

4120<br />

4140<br />

4160<br />

4180<br />

4200<br />

4200<br />

Slika <strong>13.</strong>12. Frekventni plan transpondera za downlink kanale<br />

Napomena: Za uplink plan dodati 225 MHz na zadate brojne vrednosti<br />

Svaki od kanala se može koristiti za brojne namene, a neke od tipičnih su:<br />

1200 govornih kanala<br />

jedan kanal kapaciteta 50 Mbps<br />

16 kanala, svaki kapaciteta 1.544 Mbps<br />

400 kanala, svaki širine 64 kbps<br />

jedan analogni video signal<br />

6 do 9 digitalnih video signala<br />

Na osnovu prethodnih sagledavanja uočili smo da se satelit koristi kao posrednik kod veza tipa tačka<br />

ka tački izmedju dve radio stanice. Takodje smo napomenuli da se frekventni opseg može ponovo koristiti<br />

ako se upotebe antene koje zrače signale na istoj frekvenciji (kokanale) u ortogonalnim ravnima<br />

(horizontalna i vertikalna).<br />

U praksi se koriste sledeće dve forme FDMA tehnika:<br />

1. FAMA (Fixed Assignement Multiple Access)<br />

2. DAMA (Demand Assignement Multiple Access)<br />

f (MHz)<br />

f (MHz)<br />

307


<strong>13.</strong>11.2. FAMA - FDMA<br />

Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

Na Slici <strong>13.</strong>13a) prikazan je primer FAMA-FDMA dodele, kod koje sedam zemaljskih stanica deli<br />

uplink kapacitet od 36 MHz. (Slična dodela važi i za downlink smer prenosa.) Kao što se vidi sa Slike <strong>13.</strong>8,<br />

stanici A je dodeljen propusni opseg od 5 MHz (od 6237.5 do 6242.5 MHz) u kome se mogu prenositi 60 VF<br />

kanala koristeći FDM-FM (FDM se koristi za prenos 60 kanala, a FM (Frequency Modulation) za<br />

modulaciju kanala na nosećoj frekvenciji 6240 MHz). Kao što se vidi sa Slike <strong>13.</strong>13b) saobraćaj izmedju<br />

stanica A i B se ostvaruje po 24 kanala, izmedju A i D takodje po 24 kanala, a izmedju A i E po 12 kanala.<br />

Ostali spektar do 36 MHz izmedju ostalih zemaljskih stanica deli se prema potrebama saobraćaja.<br />

6220<br />

6222<br />

ka<br />

stanici<br />

B<br />

ka<br />

stanici<br />

D<br />

Stanica B<br />

ka<br />

stanici<br />

B<br />

132 VF<br />

36 MHz propusni opseg<br />

Predati spektar<br />

za stanicu A<br />

Stanica C<br />

Supergrupni<br />

multiplekser sa<br />

frekevntnom<br />

raspodelom<br />

60 VF 60 VF<br />

Stanica D<br />

6237.5 6242.5<br />

Mb f <br />

ka<br />

B<br />

a)<br />

FDM signal<br />

60 VF kanala<br />

t<br />

m b<br />

<br />

240 kHz<br />

ka<br />

B<br />

ka<br />

D<br />

ka<br />

D<br />

96 VF<br />

ka<br />

E<br />

12 kHz 252 kHz<br />

Stanica G<br />

Stanica F<br />

Stanica E<br />

24<br />

VF<br />

FM predajnik<br />

fC 6.<br />

24 GHz<br />

24<br />

VF<br />

24<br />

VF<br />

t FDM / FM<br />

s <br />

6260 f MHz 6258<br />

ka satelitu<br />

ka stanici<br />

f kHz 6240 f MHz E 6237.5 6242.5<br />

<strong>13.</strong>11.3. DAMA - FDMA<br />

b)<br />

Slika <strong>13.</strong><strong>13.</strong> Fiksna dodela FDMA formata kod satelitske <strong>komunikacije</strong><br />

Prvi komercijalno dostupan DAMA-SCPC (Single Channel Per Carrier) sistem (vidi Sliku <strong>13.</strong>14) bio<br />

je SPADE (Single Channel Per Carrier, Pulse Code Modulation Multiple Access Demand Assignement)<br />

uveden na satelitima INTELSAT. Svaki podkanal prenosi 64 kbps QPSQ (Quadrature Phase Shift Keying)<br />

signal, koji zauzima opseg od 38 kHz, plus 7 kHz za razdvajanje. Obično signal se koristi za prenos PCM<br />

kodiranog govornog signala. Ukupno je dostupno 794 podkanala. Ovi kanali se uparuju tako da dva kanala<br />

S t<br />

308


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

udaljena medjusobno za 18.045 MHz mogu da se uvek koriste za vezu tipa potpuni dupleks (full duplex), tj.<br />

uparuju se 3 i 404, 4 i 405, ..., 399 i 800. Pored toga, postoji i zajednički kanal za potrebe signalizacije (CSC<br />

- Common Signaling Channel) širine 164 kHz po kome se prenose PSK (Phase Shift Keying) signali brzinom<br />

128 kbps.<br />

Zajednički kanal<br />

za sinhronizaciju<br />

Telefonski VF signal<br />

(0 – 4 kHz, analogni)<br />

Telefonski VF signal<br />

(0 – 4 kHz, analogni)<br />

QPSK<br />

signali<br />

3 4 5 6<br />

Propusni opseg<br />

38 kHz<br />

PCM<br />

koder<br />

PCM<br />

koder<br />

.<br />

.<br />

.<br />

. . .<br />

36 MHz propusni opseg<br />

400 - 403<br />

(neiskorišćeni)<br />

399 404<br />

Zaštitni opseg<br />

7 kHz<br />

a) frekventna alokacija<br />

PCM<br />

64 kbps<br />

PCM<br />

64 kbps<br />

QPSK<br />

predajnik<br />

QPSK<br />

predajnik<br />

QPSK<br />

signal<br />

QPSK<br />

signal<br />

b) Moguća konfiguracija QPSK SCPC predajnika<br />

PA PA<br />

S1<br />

S2<br />

1 ms<br />

128 bitova<br />

S3<br />

1 frame = 50 ms = 6400 bitova<br />

.<br />

.<br />

.<br />

.<br />

.<br />

.<br />

S49<br />

c) TDMA CSC format okvira<br />

S1<br />

. . .<br />

Slika <strong>13.</strong>14. SPADE satelitski komunikacioni sistem za komutirane SCPC servise<br />

<br />

t<br />

309<br />

800<br />

ka satelitu<br />

f


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

<strong>13.</strong>12. Dodela kapaciteta - vremenska raspodela<br />

I pored toga što se FDM tehnike standardno koriste kod satelitskog prenosa, u zadnje vreme, TDM<br />

tehnike nalaze sve veću primenu.<br />

Prenos kod TDM-a se svodi na slanje repetitivnih sekvenci okvira (frames), pri čemu je svaki okvir<br />

podeljen na veći broj vremenskih delova (slotova). Položaj (mesto položaja) svakog slota u sekvenci okvira<br />

je namenjen za pojedini predajnik. Period okvira se nalazi u opsegu od 100 s do 2 ms i čine je od 3 do 100<br />

vremenskih slotova.<br />

Na Slici <strong>13.</strong>15 prikazan je tipičan format okvira. Obično okvir počinje sa dva referentna paketa<br />

(burst) koji definišu početak okvira. Dva paketa se šalju od strane dve zemaljske različite stanice, i<br />

obezbedjuju da sistem radi korektno čak i kada jedna od referentnih stanica bude u kvaru. Svaki referentni<br />

paket počinje nosiocem i sinhronizirajućom sekvencom (bit timing recovery pattern) koja je jedinstvena i<br />

koja obezbedjuje da se sve stanice sinhroniziraju na glavni takt. Svakoj od N stanica dodeljen je po jedan ili<br />

veći broj vremenskih slotova u okviru okvira. Preambula sadrži upravljačku i vremensku informaciju plus<br />

identifikaciju odredišne stanice.<br />

nosioc i<br />

sinhronizirajuća<br />

sekvenca<br />

podaci o<br />

koordinaciji<br />

Referentni burst<br />

Stanica 1 Stanica 2 Stanica 3 N-1<br />

N<br />

Preambula Informacija<br />

nosioc i<br />

sinhronizirajuća<br />

sekvenca<br />

Period okvira<br />

jedinstvena<br />

reč<br />

Paket podataka stanice<br />

Identifikacija<br />

stanice<br />

Mrežno upravljanje, zahtevi<br />

Slika <strong>13.</strong>15. Jedan tipičan format TDMA okvira<br />

Zaštitni vremenski<br />

period<br />

Na Slici <strong>13.</strong>16 opisan je rad FAMA-TDMA. Pojedine zemaljske satelitske stanice koriste uplink kanal<br />

i predaju podatke o paketu u definisanim vremenskim jedinicama. Satelit na principu repetitora šalje ka<br />

Zemlji sve dolazeće pakete i predaje ih svim zemaljskim stanicama. Na ovaj način sve zemaljske stanice<br />

znaju ne samo vremenski trenutak (slot) koji im je dodeljen za prenos nego i koji vremenski trenutak da<br />

koriste za prijem. Satelit, takodje, predaje i referentni paket kojim se vrši sinhronizacija svih zemaljskih<br />

stanica.<br />

310


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

Medju-paketno<br />

zaštitno vreme<br />

Prenos<br />

paketnog<br />

slota<br />

Paketni<br />

podslot<br />

Format<br />

okvira<br />

Stanica 1 Stanica 2 Stanica 3<br />

a) Uplink<br />

Stanica 1 Stanica 2 Stanica 3<br />

b) Downlink<br />

Prenos iz<br />

stanice 1<br />

Prenos iz<br />

stanice 3<br />

Slika <strong>13.</strong>1. Princip rada FAMA-TDMA<br />

Prenos iz<br />

stanice 2<br />

Prenos iz<br />

stanice 1<br />

311


Prenos podataka – <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong><br />

<strong>13.</strong> <strong>Satelitske</strong> <strong>komunikacije</strong> .................................................................................................................. 296<br />

<strong>13.</strong>1. <strong>Satelitska</strong> <strong>orbita</strong>.............................................................................................................................. 296<br />

<strong>13.</strong>2. Rastojanje....................................................................................................................................... 297<br />

<strong>13.</strong>3. Geostacionarni sateliti.................................................................................................................... 301<br />

<strong>13.</strong>4. LEO sateliti .................................................................................................................................... 304<br />

<strong>13.</strong>5. MEO sateliti ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.<br />

<strong>13.</strong>6. Frekventni opsezi ............................................................................. Error! Bookmark not defined.<br />

<strong>13.</strong>7. <strong>Satelitske</strong> mrežne konfiguracije ..................................................................................................... 305<br />

<strong>13.</strong>8. Dodela kapaciteta - frekventna raspodela ...................................................................................... 306<br />

<strong>13.</strong>8.1. FDM (Frequency Division Multiplexing)................................................................................... 307<br />

<strong>13.</strong>8.2. FAMA - FDMA.......................................................................................................................... 308<br />

<strong>13.</strong>8.3. DAMA - FDMA ......................................................................................................................... 308<br />

<strong>13.</strong>9. Dodela kapaciteta - vremenska raspodela...................................................................................... 310<br />

312

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!