1 / 27

J. Pawelec B.Grochowina M. Bykowski K. Strzelczyk

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE DOST Ę PU, MODULACJI I MULTIPLEKSACJI W SYSTEMACH SATELITARNYCH TENDENCJE ROZWOJOWE. J. Pawelec B.Grochowina M. Bykowski K. Strzelczyk. Satelity Loral Space & Communications (TOTAL GEO ~1000). Satelity cywilne w strefie 20-40 E. Główny obszar pokrycia XTAR.

halia
Download Presentation

J. Pawelec B.Grochowina M. Bykowski K. Strzelczyk

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. NOWOCZESNE TECHNOLOGIE DOSTĘPU, MODULACJII MULTIPLEKSACJI WSYSTEMACH SATELITARNYCHTENDENCJE ROZWOJOWE J. Pawelec B.Grochowina M.Bykowski K. Strzelczyk

  2. Satelity Loral Space & Communications (TOTAL GEO ~1000)

  3. Satelity cywilne w strefie 20-40 E

  4. Główny obszar pokrycia XTAR

  5. Pojęcia podstawowe Orbita geostacjonarna H36.000 km. GEO i LEO Tłumienie wolnej przestrzeniL=(/4r)2200 dB Współczynnik szumów Temperatura (systemowa) szumówT=Ta+(F-1)290 Eb/No=EIRP(dBW)–L(dB)+G/T(dB/K)–k(dB/HzK)-R(dBb/s) Pi=EIRP-L=70-200= -130dBW; T=300+(13-1)29036dB; G=36dB G/T=36-36=0dB; No=kT=-228.6+36 -192dB; Pw=Pi+G-94 dB Pw/No= -94+192= 98dBHz; Eb/No=Pw/No-R(100Mb/s)= 18 dBc

  6. Parametry łączy Pasma: Ogólnie 1 – 300 GHz (UHF, SHF, EHF) L 1-2,S 2-4, C 4-8, X 8-12, Ku 12-18, K 18-27, Ka 27-40, W 40-100 GHz Radiokomunikacja ruchoma (np. morska) – pasmo L, ok. 1,5 GHz Radiokomunikacja stała, pasmo C, łącze satelita-ziemia: 3,7- 4,2 GHz (500 MHz) łącze do satelity 5,925 - 6,425 GHz pasmo Ku,łącze doziemne: 10,95-11,2 oraz 11,45-11,7 GHz łącze do satelity: 14 - 14,5 GHz Sondy kosmiczne, wojsko, służby specjalne - pasmo X, ~8 GHz Kanały częstotliwości: 4 kHz, 45 kHz,1 MHz, 36 MHz, 72 MHz Modulacje: Przeważnie o stałej obwiedni, BPSK, QPSK w połączeniu z DS i FH, także /4DQPSK i QAM Polaryzacje: Przeważnie kołowe RHCP i LHCP Moce Transpondery – dziesiątki watów, EIRP – dziesiątki dBW Dopuszczalne gęstości mocy na jednostkę powierzchni przy Ziemi - setki (ujemne) dBW/m2 w zależności od kąta padania fali i częstotliwości. Moce Moce transponderów – dziesiątki watów EIRP – dziesiątki dB Dopuszczalne gęstości mocy na jednostkę powierzchni przy Ziemi - setki (ujemne) dBW/m2 w zależności od kąta padania fali i częstotliwości.

  7. Systemy małejmocy Jedna duża antena umożliwia komunikację z dziesiątkami małych. System typowo asymetryczny, protokoły TCP/IP, dostęp DAMA. Parametry:EIRP < 57 dBW w paśmie 40 kHz (12,5 W/Hz), zysk anteny <52 dBi, szybkość transmisji < 2 Mb/s. Tysiace stacji VSAT – Very Small Aperture Terminal; SNG– Satellite NewsGathering; TES – Transportable Earth Station; SIT – Satellite Interactive Terminal

  8. Polscy operatorzy satelitarni • Centrum Uslug Satelitarnych, Psary ’74, Inmarsat C (POLPAK) • TTcomm (Technology Transfer Com.)’96. Udział kapitału USA i Holandii. Bandwidth on Demand (BOD) • Pagi S.A., Głównie VSAT, dostępność 99,5% • TP SAT, głównie VSAT, połączenia z sieciami INMARSAT i in. • TELEBANK S.A. ’92, VSAT i in.,Skystar, DAMA • Data Trans. Spzoo ‘97, Sieci transmisji danych, GTECH Corp. • Polish Phone Sat. Spzoo ’94, Dwukierunkowy Internet • iSAT Spzoo, FTDMA, Skyadvantage • VSAT System S.C., ’96, Radiodyfuzja, wielopunkt • Kempa Satellite Networks Spzoo, Internet (IP File) • AWAKS Spzoo, Obsługa sektorów siłowych (tajność) • SILTEC Spzoo, Obsługa sektorów siłowych • Plus GSM, Roaming satelitarny via Eutelsat 3A - Thuraya

  9. Systemy dużej mocy Podstawowym kryterium podziału systemów jest przeznaczenie, np. nawigacja, ratownictwo, telekomunikacja, rozpoznanie, wywiad, dowodzenie. Wyróżnikiem jest również zakres wykorzystywanych częstotliwości Kolejnym kryterium podziału jest sposób dostępu do medium transmisyjnego:FDMA, TDMA, FTDMA, CDMA (SDMA, PDMA) Największe firmy: INTELSAT (1964, ok. setki sat., tys. stacji naz.) INMARSAT, EUTELSAT, ASTRASAT, HUGHES, INTERSPUTNIK Przykłady Early Bird (‘65) – pierwszy satelita, łącze USA- UK, 240 kanałów INMARSAT, A, B, C, F, M, P – gównie komunikacja morska GLOBSTAR – radiokomunikacja ruchoma, ratownictwo DSCS I-IV, MILSTAR – armia USA SYRACUSE – armia francuska XTAR-EUR – armia hiszpańska (dzierżawa pasm przez Danię, Słowację, Łotwę, Polskę)

  10. DSCS III - XTAR DSCS. 6 satelitów (2 zapasowe) Częstotliwość – UHF 225 - 512 MHz (konwertery) X 7,9– 8,4 GHz (do satelity) oraz 7,25 – 7,75 GHz (od), Ka~30 GHz Kanały 60 i 85 MHz. Liczba kanałów telefonicznych 2x1300 Transmisja danych 100 Mb/s Kodowanie mowy – VSDM. Modulacja -Frequency Hopping Moce EIRP 25-45 dBW. Zyski anten 17 – 33 dBi Obszar pokrycia jednej wiązki 3x3 tys. km. Całkowity obszar - glob  XTAR: Jeden satelita 290 E, pasmo X Moc 20 dBW, G/T=–74, EIRP 38-49 dBW Anteny stacji naziemnych 1,7  6,3 m, liczba kanałów 12/72 MHz Pokrycie – Europa-Azja-Afryka, stałe i zmienne strefy Wariant polski: Afganistan 1,7m 128 kb/s, Bośnia 2,4m, 256 kb/s Wzgórza Golan 1,7m, 64 kb/s, Irak ? Stacja matka 6,3m, 7.56 MHz $700.000/rok, sprzęt $10 mln.

  11. Rodzaje dostępu Dostęp losowy Pr. wystąpienia K zgłoszeń w czasie  przy intensywności  wynosi Dla K=0 (brak kolizji) otrzymujemy Jednocześnie P(0) możemy przedstawić jako stosunek zaakceptowanych zgłoszeń do ogólnej liczby zgłoszeń, P(0)= a/. Stąd porównując oba równania otrzymamy Po wymnożeniu gęstości zgłoszeń przez  otrzymamy gdzie =- przepływność (throughput), a G – ruch [b/s]

  12. Dostęp na żądanie - DAMA DAMA – Demand Assignment Multiple Access SPADE – Single channel-per-carrier PCM multiple Access Demand assignmentEquipment

  13. Dostęp na żądanie (2) Podział medium - FDMA, tylko kanał sterujący CSC – TDMA Kanały głosowe przetworzone metodą PCM na strumienie 64 kb/s Nałożenie - metodą QPSK, indywidualne nośne, pasma 45 kHz Każdy z transponderów ma pasmo 36 MHz, obsługuje 800 kanałów Kanały są dynamicznie przydzielane na żądanie (DAMA) Służy do tego celu specjalny kanał Common Signaling Ch. (BPSK) Stacje znają aktualne obciążenie spektrum (kanały wolne)

  14. Dostęp TDMA Wady FDMA: intermodulacje, straty mocy na podnośne, mała elastyczność - wymagane konwertery, utrudniona komunikacja między wiązkami, różne standardy PCM dla Europy i Ameryki. TDMA: All stations transmit and receive on same frequency No intermodulation High throughput for high access rate

  15. Dostęp SS-TDMA SS-TDMA- Satellite SwitchedTDMA Zaleta: nie jest wymagana precyzyjna synchronizacja, taniość

  16. SS-TDMA (2) Stacje A, B, C wysyłają w ramach swych wiązek skierowanych do satelity (u – up) ramki złożone ze szczelin T1, T2, T3 odpowiadających różnym użytkownikom. Załóżmy, że zawartości szczelin oznaczonych kropkami mają być przesłane do stacji C w ramach wiązki d (d- down), szczelin oznaczonych kreskami – do Bd, a nieoznaczonych – do Ad. Selekcji tej dokonuje specjalna stacja Switching dish. W okresie szczeliny T1 połączenia w matrycy wejście-wyjście są tak ustawione, że przekazują zawartość szczeliny Au do Cd, Bu do Bd, a Cu do Cd. W okresie następnych szczelin połączenia te ulegają odpowiedniej zmianie tak, że w efekcie wszystkie szczeliny kropkowane (użytkownika N) trafiają - zgodnie z przeznaczeniem - do stacji Cd, kreskowane – do Bd, a nieoznaczone – do Ad. Oczywiście możliwy jest dowolny inny podział.

  17. SS-TDMA - multipleksacja Multiplexing is a transmission future, while access is a traffic future

  18. SS-TDMA multipleksacja (2) W ramach szybkości grupowej 120 Mb/s ramki abonenckie 2 ms sąścieśniane ~80 razy i tworzą paczki (bursts). 80 takich paczek zajmuje łącznie też 2 ms. Realizację procesu kojarzenia ramek umożliwiają bufory B1, B2. Stacja naziemna wprowadza dane w sposób ciągły (z szybkością 1,544 lub 2,048 Mb/s!) do jednego z buforów B1 lub B2 (który wolny). Kiedy np. bufor B1 się zapełni, bufor B2 wyrzuca swą zawartość z szybkością 120,832 Mb/s. W następnym cyklu ich role się zamieniają miejscami. Dołączone zegary kontrolują precyzyjnie szybkości transmisji i momenty emisji ramek. Po stronie odbiorczej następuje demultipleksacja, tzn. paczki są rozdzielane na ramki zgodnie z odpowiednimi adresami i ulegają spowolnieniu do prędkości 1,54 Mb/s.

  19. Systemy AA/TDMA, DA/TDMA • Dostęp AA/TDMA (advanced – wspólny kanał dostępu dla wielu abonentów) • Firma: TTcomm S.A. • Satelita Intelsat 1.1 W • Psamo Ku • Topologia sieci – gwiaździsta • Protokoły: X25, TCP/IP, SNA/SDLC, X3PAD • Szybkość transmisji 9.6 –64 kb/s • Interfejsy RS-232C, LAN 802.3 • Anteny 1,2 1,8 2,4m • Moce wejście/ wyjście 200/20W (VSAT) • DA/TDMA – Demand Assignment TDMA

  20. System BGAN(global point-to-point) • Broadband Global Area Network • Firma: Inmarsat, Thuraya (R-BGAN), EADSC • Satelita i pasmo – Eurostar E3000, Ka • Prędkość podstawowa 432 kb/s (kompat. z 3G) • Terminal abonencki: Antena 1 • Kompas 2 • Karta SIM • Bateria 4 • Zasil.zew. • USB 6 • Wskaźnik • Ethernet

  21. XTAR -pokrycie makro i polskie stacje Bośnia -W-wa -Bośnia TX 2,4m 256k/0,42MHz RX 2,4m 256k/2,56MHz Afganistan- W-wa-Afganistan TX 1,7m 128 kb/s-0,19 MHz RX 1,7m 128 kb/s-2,28 MHz Irak -W-wa- Irak ~2 MHz?

  22. XTAR – niektóre dane Joint Venture - Loral Space Com.USA i HISDESAT Hiszpania, $137 mln/5 Siedziby: Rockwille Md, Arlington Va, Palo Alto Ca, Madrid. Specjalizacja: Comsat rządowy i militarny w paśmie X Pierwszy satelita - XTAR-EUR 2005, XTAR–IO 2006 Dane z ćwiczeń w Niemczech Ogólna ocena (wytwórcy) – osiągi lepsze niż DSCS IV Większa moc transponderów, ulepszenia terminali (AN/TSC-85C) i anten (LHGXA oraz taktyczne 2.4m) Nowy modem Advantech AMT (Phoenix Az) Nowe fidery Dorvala i Harrisa – 25 lat, RHSP+ LHSP W modemach modulacja 16QAM oraz kody Reeda-Solomona ¾ Uzyskano szybkości transmisji 105 Mb/s dla anteny 5m i 75 Mb/s 2.4 Próbowano również prędkości powyżej 8.448 Mb/s.

  23. Dane modemów Modulacja 16QAM Przekształca 4-bitowe bloki danych w falę sinusoidalną o 4 poziomach amplitudy (1,±3) i odpowiednich fazach (rys.) Kody Reeda-Solomona Kody blokowe, wyróżniają się stałą odległością Hamminga d=n-k W XTAR zastosowano kod o sprawności ¾, np. 192/255 Kod taki jest w stanie poprawić do 31 błędów w bloku

  24. Modulacja DQPSK Wyróżnia się dużą odpornością na zaniki selekty-wne i nie wymaga koherentnego układu detekcji Pozwala na znaczne zwiększenie szybkości trans-misji przy niewielkiej komplikacji układowej, HDTV

  25. Wątpliwości do XTAR • Kodowanie R-S o sprawności ¾ oraz modulacja 16QAM powinny przynieść lepsze współczynniki wykorzystania pasma, tymczasem mamy np.256kb/s z 420kHz? Ponadto, gdzie te 105 Mb/s (jest 64- 256)? Modulacja QAM (niestała obwiednia) wywołuje zakłócenia! • Nie wiadomo dokładnie, jakie wprowadzono nowości do modemu, poza 16QAM (equalizatory, antyjamming, turbo)? • Jakie faktyczne szybkości osiąga się z pasma 7MHz? • Nie wyjaśniono wykorzystania asymetrii łączy, np. 190/2280kHz • Nie wiadomo, ile zajmuje kanał telefoniczny (4,8 kb/s?) • Nie znany jest dokładnie system dostępu (jaki TDMA?) • Satelita pracuje w paśmie X. Brak pasma UHF i Ka (jak DSCS) • Kompletna terra incognita w zakresie utajnianie. Mówi się ogólnie, że system jest discreet, protected (jedynie TT&C - encrypted) • Nie wiadomo, jakie zastosowano rodzaje interfejsów i protokołów • Niska niezawodność operacyjna - tylko jeden satelita! • Wysokie koszty eksploatacji (>2 mln/rok).

  26. Wnioski • Increased mobility, a wider range of personalized and inter-active services, broadband services, more equal access to all services • Technika satelitarna skupia, jak w soczewce najnowsze i największe osiągnięcia naukowe i technologiczne. Technika ta stała się obecnie opłacalna i przynosi duże dochody (USA, sat- commerce - $100 mld). Stąd sięgają po nią także mniejsze bądź biedniejsze państwa, jak Brazylia, Holandia, ostatnio Hiszpania • Wciąż drogie jest pasmo, stąd opłacalne stają się wszelkie techniki optymalizacyjne: mody, kody, equalizatory, detektory • Przyszłośćnależy widzieć w podboju wyższychczęstotliwości widma (~100 GHz) i wykorzystaniu łączy optycznych (także w komunikacji doziemnej, np. łodzie podwodne) • Należy przewidywać dalsze obniżanie kosztów, rozszerzanie usług, także wzrost udziału LEO oraz dynamiczny rozwój VSAT • Poważnym problemem staną się interferencje między poszczególnymi systemami satelitarnymi • Rola Instytutu? Włączanie się w umiarkowanym zakresie w badania i przyswajanie nowej wiedzy i technologii, także niszowy biznes, np. VSAT, pi/4DQPSK+turbokody, detekcja, EMK,...

  27. Literatura1. B. Sklar, Digital Communications, Prentice Hall 20022. Fourth United Nations Conference: Space com.,Wiena 19993. XTAR-EUR System, Hisdesat 20054. R. Zieliński,”KEM w komunikacji satelitarnej” ITA 19995. G. Maral, VSAT Networks, Wiley 19956. J. Pawelec, Radiosterowanie i łączność kosmiczna, WKŁ’917. K. Strzelczyk i inni, „Współpraca mobilnych obiektów łączności poprzez łącza satelitarne...” WIŁ 20048. Artykuły IEEE Transactions, serie COM, SAC, VCT, 2004 9. Internet 2004/5

More Related