Wstęp
Transkrypt
Wstęp
Adam Felkner Wykorzystanie niskoorbitalnych systemów satelitarnych Wstęp Praca jest monografią poświęconą wykorzystaniu niskoorbitalnych systemów satelitarnych. Są to systemy zbudowane w oparciu o satelity krążące wokół Ziemi na wysokościach od 500 do 2000 km i zwane w skrócie LEO. Stanowią nowy rodzaj systemów radiokomunikacyjnych z kilku istotnych powodów. Przede wszystkim są jedynymi systemami bezprzewodowymi, które mogą obsługiwać ruchomych abonentów niezależnie od tego gdzie się znajdują na Ziemi. Jest to największa zaleta tych systemów i zarazem ich unikalna cecha. Abonenci ruchomi mają obecnie do dyspozycji wiele innych systemów radiokomunikacji ruchomej, oferujących różnego typu usługi i stanowiących rozszerzenie stacjonarnych sieci telekomunikacyjnych. Dlaczego abonenci mieliby być zainteresowani systemami satelitarnymi? Ponieważ tylko one oferują swe usługi, gdzie inne systemy naziemne są niedostępne. Podstawową wadą naziemnych systemów jest ich stosunkowo niewielki zasięg i brak wzajemnej kompatybilności na poziomie terytorialnym (często kraje mają odmienne systemy) i sprzętowym (każdy system wymaga innego terminala). Dopiero wprowadzenie systemu GSM przełamuje te granice. Jednakże GSM nie jest systemem ogólnoświatowym. Tylko około 5% powierzchni Ziemi pokrytej jest jego zasięgiem. Dodatkowo trzeba mieć świadomość, że nigdy nie obejmie swym zasięgiem całej kuli ziemskiej z powodów technicznych i ekonomicznych (pustynie, Antarktyda, oceany). Z drugiej strony systemy satelitarne nie są niczym nowym. Pierwszy satelita został wyniesiony już 1957 roku i był to satelita na niskiej orbicie. A już od 1962 roku zaczęto wynosić satelity na orbitę geostacjonarną GEO, której wysokość wynosi 35786 km nad równikiem. W ciągu kilkudziesięciu lat zyskały dużą popularność. Z tego względu w pracy znalazło się wiele porównań niskoorbitalnych systemów LEO z GEO. Satelity na orbicie GEO znajdują obecnie zastosowanie przede wszystkim do rozsiewczej retransmisji programów telewizyjnych, międzykontynentalnych rozmów telefonicznych, regionalnych systemów telekomunikacyjnych oraz transmisji danych VSAT. Jednak dlaczego ostatnio równolegle powstaje sporo kosztownych projektów systemów LEO? W pracy starałem się odpowiedzieć na to pytanie porównując zalety i wady systemów LEO i GEO, które wynikają z rodzajów orbit. Podstawowe wady systemów GEO to tłumienie i opóźnienia sygnałów oraz brak możliwości pokrycia całej Ziemi. Zaletami są stacjonarność satelitów i niewielka ich liczba do pokrycia dużego obszaru globu. O tych aspektach systemów satelitarnych poświęcony jest rozdział pierwszy pracy. Znalazły się w nim również opisy wspólne dla wszystkich systemów satelitarnych, nie tylko niskoorbitalnych, takie jak: historia pierwszych satelitów, prawa rządzące ruchem satelitów, ich wynoszenie i stabilizacja, czy istniejące rodzaje orbit. Systemy LEO przede wszystkim pozwalają na łączność ruchomą za pomocą ręcznych terminali na całym świecie, a w przyszłości na szybką transmisję danych i rozwój łączności na obszarach bez infrastruktury telekomunikacyjnej. Niskoorbitalne systemy satelitarne są wiele bardziej skomplikowane niż systemy GEO. Wynika to z tego, że mamy do czynienia z wieloma satelitami, które tworzą konstelacje i mogą mieć między sobą połączenia ISL (zależnie od systemu). Na pokładzie takich satelitów musi zachodzić komutacja połączeń i przetwarzanie sygnałów. Czas widoczności konkretnego satelity przez terminal naziemny jest krótki, rzędu kilku do kilkunastu minut. Może to powodować konieczność przekazania połączenia innemu satelicie. W systemach LEO stosuje się różne metody wielodostępu, przeważnie jednak CDMA, która pozwala na płynne przekazywanie połączeń. Technika CDMA i stosowany odbiornik RAKE pozwala też na eliminację skutków propagacji wielodrogowej oraz na jednoczesną łączność z dwoma satelitami. ____________________________________________________________________________________ Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy 3 Adam Felkner Wykorzystanie niskoorbitalnych systemów satelitarnych Innym problemem pojawiającym się z powodu ciągłego ruchu satelitów jest efekt Dopplera, tzn. zmiana częstotliwości sygnałów odbieranych. Stosowane na satelitach LEO anteny są przeważnie wykonywane jako wielowiązkowe w celu zwiększenia pojemności systemu oraz sterowalne by zmniejszyć liczbę procedur handover. Powyższa tematyka ujęta jest w drugim rozdziale. W dalszej części pracy opisane są konkretne projekty systemów LEO oraz porównawczo GEO i MEO. Głównym celem pracy jest omówienie istniejących i projektowanych niskoorbitalnych systemów satelitarnych, sposobu wyboru orbit, używanych zakresów częstotliwości i protokołów. Najważniejszym powodem napisania tej pracy jest nowatorstwo i bardzo szybki rozwój tej dyscypliny telekomunikacji przy jednoczesnym braku publikacji monografii z tej dziedziny nauki. W polskiej literaturze obecnie pojawiają się najczęściej tylko krótkie artykuły na temat konkretnych systemów bez szczegółów technicznych. Również przyszli i obecni operatorzy nie ujawniają zbyt wielu szczegółowych rozwiązań. Wiadomości czerpałem także z zaleceń ETSI i ITU (jednakże zawierają one tylko podstawowe wymagania stawiane systemom niskoorbitalnym a dostęp do nich jest ograniczony) oraz z internetu - publikowane artykuły naukowe i strony organizacji niekomercyjnych. Część zależności i wzorów wyprowadzałem osobiście opierając się na zależnościach geometrycznych orbit. Na zakończenie tego wstępu chciałbym podziękować panu mgr inż. Janowi Kołodziejowi i innym pracownikom naukowym ATR za cenne wskazówki, które miały wpływ na ostateczny kształt pracy. Adam Felkner ____________________________________________________________________________________ Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy 4