Dr Radojka Praštalo

SATELITSKE TELEKOMUNIKACIJE

Banjaluka2006

Saradnici na izradi ovog teksta bili su studenti ETF-a V godine škol. god 2006/7:

1. Slavko Kojić2. Aleksej Avramović3. Nikola Džudželija4. Goran Radević5. Duško Antunović6. Dejan Cvijanović

S obzirom da su taj posao uradili izuzetno kvalitetno i profesionalno, najiskrenije im se zahvaljujem i želim im da budu uspješni i dalje.

Dr Radojka Praštalo

2

Sadržaj

PREDGOVORUVOD1. ZEMLJINI SATELITI

1.1. Što drži objekt u orbiti1.2. Prirodni i umjetni sateliti1.3. Vrste umjetnih satelita

2. SATELITI ZA TELEKOMUNIKACIJE2.1. Nisko-orbitni sateliti ( LOW)2.2. Srednje-orbitni sateliti ( MOLNIA)2.3. Visoko-orbitni sateliti ( GEOSINHRONI)

3. RAZNE PRIMJENE TELEKOMUNIKACIONIH SATELITA3.1. Primjena u telefoniji3.2. Primjena u radio-televiziji3.3. Primjena u mobilnim tehnologijama3.4. Primjena u multimedijalnim širokopojasnim

telekomunikacijama3.5. Primjena u GPSu

4. SATELITSKI PRENOSNI SISTEMI4.1.Sastavni dijelovi satelitskih sistema4.2. Izbor frekvencijskog opsega4.3. Napajanje4.4. Transponder4.5. Zemaljska stanica

5. SATELITSKI SIGNALI5.1. Dionice na satelitskoj vezi5.2. Slabljenje na satelitskoj vezi5.3. Pojačanje signala5.4. Odnos signal/šum5.5. Interferencija signala5.6. Ugaoni razmak između satelita5.7. Međupolarizaciona diskriminacija5.8. Odnos signl/interferencija5.9. Vjerovatnoća greške

3

6. VIŠESTRUKI PRISTUP SATELITU6.1 Pristup na bazi frekvencijske raspodjele6.2.Pristup na bazi vremenske raspodjele6.3. Organizcija TDMA sistema

6.4. Sinhronizacija u TDMA mreži

7. REGENERACIJA IMPULSA NA SATELITU7.1. Primjer SS/TDMA regenerativnog transpondera

8. PRIMJERI SATELITA I SATELITSKIH SISTEMA8.1. Satelitski sistem ASTRA8.2.ACTS- satelitski sistem budućnosti

9. SATELITSKI OTPAD

10. ZAKLJUČAK

LITERATURA

4

PREDGOVOR

Tek je prošlo nešto više od stoljeća i pol od kad je stavljen u komercijalnu upotrebu prvi sistem za prenos pisanih poruka- telegraf, a telekomunikacije su se razvile do neslućenih razmjera. Taj dan, 24. maj 1844. godine se smatra rođendanom električnih telekomunikacija. Jedna od osnovnih potreba čovjeka, pored hrane, energije i krova nad glavom, zasigurno je i potreba za komunikacijom.Upravo zbog toga je razvoj telekomunikacija bio tako intenzivan i one su postale sastavni dio života svakog čovjeka, jer imaju direktan uticaj na ekonomiju i na razvoj društva u cjelini. Upravo zbog toga postoji direktna proporcionalnost između nacionalnog dohotka neke države i broja telefonskih priključaka. Danas već možemo reći da se sve ono što se prije desetak godina smatralo futurizmom, u telekomunikacijama već ostvarilo. Pri tom se misli na doprinos telekomunikacija sveopštoj globalizaciji, a time i realnim mogućnostima da se više ne mora putovati na konferencije već se na njima može učestovati i od kuće; da se i razne kupovine mogu obavljati od kuće; da su mnoga radna mjesta otvorena u vlastitim stanovima i kućama itd. U skladu sa daljim tendencijama razvoja, očekuje se da će daljnji napredak u tehnologijama doprinijeti usavršavanjima u svim oblastima telekomunikacija i to u oblasti transmisije, komutacija, mobilnog radija, satelita, elektronskog prenosa poruka, u oblasti širokopojasnih telekomunikacija, itd. Transmisioni sistemi predstavljaju najvažniji resurs telekomunikacija pri čemu su svi njegovi segmenti od velike važnosti i sa dobrom perspektivom daljeg razvoja. U ovom trenutku bi se moglo reći da je svojevrstan hit u telekomunikacijama mobilni radio-sistem i to ne samo sa stanovišta mobilnosti korisnika već i kao komplement ili čak i supstitucija za lokalne linije u ruralnim područjima. Danas su već mnoge zemlje uvele Globalni Sistem Mobilnih telekomunikcija (GSM), koji je vjerovatno najrafiniranija stvar u telekomunikacijama. Sa GSM dolazi nova era, era personalnih komunikacija koje omogućavaju čovjeku da ne bude zavisan o fiksnom telefonskom terminlu, već može sa bilo kog mjesta na svijetu stupiti u vezu sa kim god želi, a što mu omogućuje njegov “handset” aparat koji stane u džep! Ovo je naročito pogodno za zemlje koje nemaju razvijenu javnu telefonsku mrežu. Djelomičnu globalizaciju moguće je ostvariti i sa dosadašnjim resursima ( radio-relejne veze, podoceanski kablovi i dr.), ali potpunu globalizciju ipak omogućuju tek SATELITI! Zbog toga, već danas, a pogotovo u vremenu koje dolazi, specijalno mjesto u telekomunikacijama pripada satelitskim telekomunikacijama. Upravo su sateliti ono sredstvo

5

koje će omogućiti da korisnici ručnih bežičnih telefona međusobno komuniciraju izmedju bilo koje dvije tačke na globusu. I ne samo to! Satelitske telekomunikacije omogućuju istu takvu globalizaciju i za druge telekomunikacione servise kao što su: prenos poruka putem faksa, komunikacije medju kompjuterima ( INTERNET i sl.), te širokopojasne telekomunikacije koje objedinjuju prenos govornog, video, kompjuterskog i drigih signala, a što je danas poznato pod nazivom multimedijalnih informacija. Znači, sateliti prenose informacije i poruke preko okeana i to do predjela u kojima infrastruktura ne raspolaže zemaljskim vezama, emituju programe milionima gledalaca, obezbjeđuju veze personalnim računarima oslobađajući ih ograničenja koje nameće telefonska mreža, a mogu ponuditi i mogućnost dvosmjernog interaktivnog servisa. Upravo od tuda im i toliki značaj.

6

UVOD

Realizacija ideje o uključivanju svih tačaka na površini Zemlje u jedinstvenu telekomunikacionu mrežu smatrala se nezamislivom prije pojave vještačkih satelita, premda su želje za realizacijom ideje o proširenju zemaljskih mikrotalasnih radio- relejnih veza u kosmos, sa namjerom da se one iskoriste za omogućavanje komunikacije između bilo koje dvije tačke na Zemlji, itekako postojale. To bi bilo omogućilo da se multipleksna telefonija i telegrafija, faksimil, televizija i razni podaci zaista mogu prenijeti do svake tačke na Zemlji, pa se zbog toga na tome tako intenzivno radilo. Uloga koju su sateliti odigrali u telekomunikacijama je zaista revolucionarna, jer do 1956. god. tj. do polaganja prvog podmorskog telefonskog kabla, govorne komunikacije između Evrope i Amerike mogle su se obavljati samo radio-vezama na kratkim talasima. Nakon deset godina uspostavljene su preko INTELSAT I satelita veoma kvalitetne veze uz kapacitet pet puta veći od onog kod podmorskog kabla. Kasnije su lansirani još neki sateliti ( INTELSAT III, IV, INTELSPUTNIK) koji su omogućili prenos i drugih vrsta signala osim telefonskih. Superiornost prekookeanskog optičkog kabla je na ekonomskom planu i u pogledu performansi, posebno malog kašnjenja, trenutno potisnula satelite iz internacionalne i mobilne telefonije. Medjutim, zemaljske mreže nikad neće dostići pokrivanje i mogućnost “šetanja” korisnika kao što to omogućuju sistemi bazirani na primjeni satelita. Takodjer je važno pomenuti da, za razliku od žičanih telefonskih servisa, cijena satelitskih servisa ne zavisi od rastojanja. Sateliti su jedinstven način da se obezbjede mobilni telefonski servisi za brodove, avione i velika teretna vozila, a veliki im je i značaj u omogućavanju komunikacija sa predjelima gdje ne postoji ili je zastarjela telefonska infrastruktura. Također, u slučaju elementarnih nepogoda i prirodnih katastrofa, sateliti mogu brzo povratiti sistem komunikacija, a sa porastom broja zahtjeva za raznim kompjuterskim servisima značaj satelitskih komunikacija raste. Zahvaljujući uključivanju vještačkih telekomunikacionih satelita u telekomunikacije, pozivi će ići ka ljudima, a ne kao mjestima, pa mjesto priključka u zidu više neće određivati odakle možemo telefonirati, poslati faks, pročitati svoju elektronsku poštu ili pokrenuti aplikacioni program u novom svijetu personalnih i mobilnih računarskih komunikacija. U današnjim komunikacijama postoji potreba za globalnim prenosom podataka i govora u realnom vremenu.

7

U periodu koji slijedi, zaista je posebno mjesto rezervisano za globalne personalne satelitske komunikacione sisteme, što je sasvim opravdano s obzirom na njihov značaj.

8

1. ZEMLJINI SATELITI

1.1. Što drži objekte u orbiti Što je uopšte satelit? To je neko tijelo koje se obrće izvjesnom brzinom oko nekog drugog tijela, po nekoj određenoj putanji. Pri tom ono prvo tijelo također može da se okreće i oko svoje ose, a može imati i tijelo koje se okreće oko njega, tj. svoj satelit ili više njih. Da ne bismo išli dalje od našeg planetarnog sistema, posmatrajmo MJESEC kao ZEMLJIN PRIRODNI SATELIT. Ako pođemo od Njutnovog zakona gravitacije koji kaže da se dva tijela koja imaju izvjesnu masu međusobno privlače tzv. gravitacionom silom koja je propoircionalna veličini tih masa, a obrmuto proporcionalna kvadratu njihovog medjusobnog rastojanja, ne možemo a da se ne zapitamo: Kako je onda moguće da manja masa ne “padne” na tu veću, s obzirom da je ova veća masa privlači k sebi? Odgovor je začudjujući: Tijela manje mase KONTINUALNO “PADAJU” na tijelo veće mase ( Zemlja, Mars, Venera, Jupiter, i Saturn na Sunce, a Mjesec kontinualno “pada” na Zemlju!), ali nas od eventualne katastrofe spašava činjenica da se ta tijela istovremeno kreću “na stranu” sa dovoljno velikom brzinom da izbjegnu pad i udar o Sunce, odnosno o Zemlju! To se dešava konstantno zahvaljujući kretanju tih planate po putanjama oko centralnog tijela, čime se izbjegava taj “pad”. Za svako drugo tijelo koje bi se našlo u svemiru, koje se ne bi kretalo po nekoj putanji i ne bi imalo tu neophodnu tzv. UGAONU BRZINU, palo bi na Sunce ( ili Zemlju) i tamo bi ili sagorjelo ili se stopilo sa tim tijelom. Zato možemo reći da je upravo kretanje po toj kružnoj ili eliptičnoj putanji, odgovarajućom ugaonom brzinom, faktor koji i našu planetu spašava od “pada” na Sunce! U slučaju kad bi u nekom trenutku prestalo dejstvo gravitacione sile, tijelo koje orbitira oko nekog drugog tijela, izletjelo bi sa orbite i pravolinijski odletjelo, pa slobodno možemo reći da upravo gravitaciona sila i drži tijelo na orbiti. To je slično kao kad neko zarotira kamen privezan na kraj konopca, a onda iznenada konopac pukne. Također, do trenutka dok se konopac čvrsto drži u ruci i rotira, kamen neće pasti na vašu glavu, ali ako rotacija prestane, kamen će pasti! Na pitanje: Zašto se to sve tako događa?, neki smatraju da nauka još nije tačno odgovorila, već je dobijen samo odgovor na pitanje: Kako se to događa? Međutim, za praktično korištenje tih činjenica, dovoljno je i to. Evo zašto.

9

1.2. Prirodni i umjetni sateliti Kao što znamo, u svemiru postoji mnogo zvijezda od kojih je jedna i Sunce. Pretpostavlja se da one sve imaju oko sebe neke svoje prirodne satelite, kao što ih ima i Sunce. Medju njima je i naša Zemlja. Takodjer, sasvim je moguće da i ti njihovi sateliti imaju neke svoje satelite kao što Zemlja ima Mjesec. Uskoro nakon što je Njutn objavio svoj zakon gravitacije, ljudi su shvatili da bi se mogao lansirati i neki umjetni satelit koji bi orbitirao oko Zemlje, kao što to radi Mjesec. Naučnici su vrlo ubrzo izračunali da bi takav umjetni satelit, koji bi orbitirao ne tako daleko od površine Zemlje ( 4000 milja) morao imati ugaonu brzinu od oko 17 000 milja/sat ( 5 milja /s), da ne bi pao nazad na Zemlju. Nažalost, dugo vremena je postizanje takve brzine bilo nezamislivo, pa su umjetni sateliti stoljećima nakon otkrića Njutnovig zakona ostali samo pusti san! Tek otkrićem i usavršavanjem raketne tehnike, takvo nešto je postalo moguće, pa je konačno 1957. lansiran prvi umjetni satelit SPUTNIK od strane Sovjeta, što je izazvalo pravu paniku među Amerikancima. Naime, oni su se bojali da bi Sovjeti iz takvog satelita mogli bacati bombe na njih! Medjutim, strah je bio bezrazložan, jer takva bomba, koja bi se pokušala “ ispustiti” sa Sputnika, imala bi istu takvu ugaonu brzinu kao i on, pa bi i ona orbitirala i na taj način “ izbjegavala” pad, odnosno sudar sa Zemljom kao i sami sateliti, bilo umjetni ili onaj prirodni- Mjesec. Nakon Sputnika, nekoliko godina kasnije USA je lansirala svoj satelit, a Sovjeti su nakon toga lansirali satelit sa Jurijem Gagarinom, čovjekom koji je prvi orbitirao oko Zemlje. Nakon toga Amerikanci su poslali Džona Glena u orbitu itd. Visina na koju su slali te kosmonaute bila je reda nekoliko stotina milja, pa je “izlet” oko Zemlje trajao samo 90 minuta.

1.3. Vrste umjetnih satelita

Još 1945. godine pisac naučne fantastike Artur Klark, koga inače smatraju utemeljiteljem satelitskih telekomunikacija, “Odiseja u svemiru”, “Misteriozni svijet Artura Klarka”) objavio je tekst u komje tvrdio da bi satelit, koji bi orbitirao na visini od 22.300 milja ( 36 000 km) visine, zahtijevao 24 sata vremena za jedan obilazak oko Zemlje, tj. upravo toliko koliko i Zemlji treba da se okrene oko svoje ose. Takav satelit bi bio u sinhronizmu sa okretanjem Zemlje, pa je orbita kojom bi se on kretao nazvana GEOSINHRONOM ili GEOSTACIONARNOM. Uz to, ako bi orbitirao u orbiti koja je iznad ekvatora, posmatraču na Zemlji bi izgledalo kao da satelit stalno stoji na jednom mjestu. Ali, s

10

obzirom da lansiranje satelita na toliku visinu zahtijeva mnogo veću snagu rakete, to nije bilo moguće ostvariti sve do 1963. god. Od samih početaka satelitske tehnologije vidjelo se da će njen najveći značaj biti u oblasti telekomunikacija, pa nije čudo što se već prvim satelitima nastojala prikačiti ta funkcija. Tako je već prvi sovjetski satelit SPUTNIK I lansiran 1957 god. bio opremljen i sa radio-predajnikom. Također i prvi američki satelit SCORE, koji je lansiran 1958 godine, imao je magnetofon sa snimljenim porukama koje su u stvari bile božićne čestitke predsjedniku Eisenhoweru. NASA je 1960. lansirala ECHO satelit koji je trebao da igra ulogu pasivnog reflektora za radio- komunikacije. Odmah nakon njega, iste 1960 godine, lansiran je i COURIER 1B koji je bio prvi aktivni repetitorski komunikacioni satelit u svijetu. TELESTAR je bio prvi aktivni direktno komunikacioni i međunarodni satelit koji je pripadao NASI, BELL LABORATORIES, BRITISH POST OFFICE, FRANCE NATINAL PTT i dr.

Sateliti se mogu razvrstati po više različitih kriterija, ali je najuobičajenije razvrstati ih prema udaljenosti njihove orbite od površine zemlje. Po tom kriteriju postoje:

1. LEO- nisko orbitni2. MEO- srednje orbitni3. GEO- visoko orbitni

Iz ovih naziva se odmah može zaključiti kolika je udaljenost orbite satelita od Zemlje, koliko mu je kašnjenje i kolika je potrebna snaga i predajnika i rakete za lansiranje.

GEO sateliti orbitiraju na visinama od oko 30 000 km i više, a prednost im je u tome što je za pokrivanje čitave površine Zemlje potrebno samo nekoliko takvih satelita. Osim toga, tehnologija njihove izrade je potpuno apsolvirana. Medjutim, imaju jednu manu koja u nekim primjenama stvara velike teškoće, a radi se o velikom kašnjenju ( 0. 24 sek) i ograničen je broj raspoloživih mjesta u orbitama na tim visinama. Osim toga znatno su skuplji nego da se problem riješi sistemom radio-relejnih veza. MEO sateliti orbitiraju na visinama od 10 000 do 21000 km, a prednost u odnosu na GEO im je u manjem kašnjenju ( 0.06-0.14 sek) jer su bliži Zemlji. Za pokrivanje čitave Zemljine površine potrebno ih je desetak. Mana im je što im je odnos izmedju kašnjenja i broja satelita ispod optimuma i troše dio svojih resursa i na pokrivanje nenaseljenih površina ( npr. okeana). Položaj ovih satelita se mijenja u odnosu na tačku na Zemlji. Danas nema mnogo takvih satelita u orbiti.

11

LEO sateliti obećavaju veliku propusnu moć i malo kašnjenje jer orbitiraju na visinama od 800 – 2400 km. Imaju prednost u odnosu na prethodne po pitanju kašnjenja ( 0.03 sek), ali im je mana što ih je potreban velik broj da bi pokrili čitavu površinu Zemlje ( desetine i stotine!). Također troše dio svojih resursa na pokrivanje nenaseljenih prostora. Postoji nekoliko vrsta LEO satelita sa različitim propusnim moćima. Mali služe za slanje poruka, a veliki za razne druge primjene. Tu spadaju GLOBSTAR i IRIDIUM.

U orbitama je već sad velika gužva, a kakva će tek biti! Postoje još i platforme HALE na velikoj visini. To su neke letilice koje lebde na visini od 21000 km iznad nepomične tačke na Zemlji. O njima se ne govori često, a za sada se zna da su im misije istraživačke, mada nije isključeno da su i špijunske. Takva letilica je SKYSTATION.

Osim klasifikacije satelita prema visini orbite od površine zemlje, ponekad se radije koristi klasifikacija s obzirom na njihovo relativno kretanje u odnosu na zemlju. Po toj klasifikaciji sateliti mogu biti: sinhroni, subsinhroni i stacionarni. Sinhroni satelit je takav satelit čiji je period obrtanja oko Zemlje jednak srednjoj zvjezdanoj periodi obrtanja Zemlje oko njene ose ( 23 sata i 56 min). Ravan njegove orbite može da ima, u principu, bilo kakvu inklinaciju, tj. nagib ravni putanje prema ekvatorijalnoj ravni Zemlje. Subsinhroni satelit je takav satelit kod koga je srednja zvjezdana perioda obrtanja Zemlje oko sopstvene ose jednaka cijelom multiplu srednje zvjezdane periode obrtanja satelita oko Zemlje. Tako sateliti iz konstelacije MOLNIA imaju period obrtanja oko Zemlje 12 sati. Stacionarni satelit je sinhroni satelit čija inklinacija orbite je jednaka nuli, a orbita mu je kružna sa centrom u centru Zemlje. Ovog tipa je satelit INTELSAT I, koji se nalazi na visini od 36 000 km iznad zemlje, a ravan orbite mu se poklapa sa ekvatorijalnom ravni Zemlje. Postoji i klasifikacija prema oblasti primjene. Tako možemo reći da postoje:

- telekomunikacioni sateliti koji služe za protok informacija,- radiodifuzni koji služe za emitovanjr radio i TV programa- metorološki sateliti za prikupljane podataka o promjenama u

atmosferi- vojni i špijunski sateliti koji služe u svrhu prikupljana podataka za

obranu ( ili ratovanje!)- sateliti koji služe u naučne svrhe i - mješoviti.

12

Satelit se sa Zemlje lansira u svoju orbitu pomoću rakete. Orbita je trajektorija koju satelit opisuje u prostoru pod uticajem prirodnih sila kao što su gravitacija prema Zemlji i drugim tijelima. Tijelo koje u glavnini utiče na kretanje satelita naziva se glavnim tijelom, što je u našem slučaju Zemlja. Vektor položaja satelita u odnosu na centar glavnog tijela i vektor njegove brzine obrazuju ravan orbite. Ugao nagiba ove ravni prema referentnoj ravni naziva se inklinacija orbite. Referentnu ravan obično predstavlja ekvatorijalna ravan glavnog tijela, tj Zemlje. Apogej predstavlja tačku orbite koja je najviše udaljena od centra Zemlje, a perigej njenu tačku čije rastojanje od centra je najmanje. Visina apogeja i perigeja mjere se od površine Zemlje. Prvi lansirani sateliti imali su malu snagu od svega nekoliko W pa do najviše 10 W. Danas se lansiraju sateliti snage i do 150 W. Što je veća snaga emitovanja potrebna je manja antena za prijem signla. Na nebu se nalazi oko 8700 satelita ( ako se uopšte može i znati taj broj), od kojih je samo dio aktivan, a njihova vidljivost je najbolja rano ujutro ili rano uveče, kada se oko zalaska sunca ili izlaska sunca naša lokacija nalazi još u mraku, a objekti na nebu su tada osvijetljeni.

2. SATELITI ZA TELEKOMUNIKACIJE

Prvi pokušaj da se za telekomunikacione svrhe iskoristi satelit je bio onaj kad se kao reflektor-repetitor pokušao iskoristiti Mjesec. Taj eksperiment je uspio i Mjesec je uspješno odigrao ulogu reflektora, ali od praktične primjene nije bilo ništa. Zbog toga je u orbitu 1960. lansiran ECHO koji se pokazao boljim od Mjeseca jer je, s obzirom na materijal od kog je bio načinjen, bolje reflektovao signal koji je poslan sa Zemlje i tako ponovo vraćen na Zemlju gdje su ga mogle primiti sve stanice u vidnom polju satelita. Medjutim, ni ovaj pasivni satelit nije zadovoljio, s obzirom da je signal koji je stigao sa njega bio veoma slab, a pokrivenost Zemlje signalom je bila veoma ograničena i kratkog vremena trajanja. Iz tih eksperimenata se zaključilo da se sateliti neće moći uključiti u sistem telekomunikacija ako ostanu pasivni, pa im je zbog toga trebalo dodati primo-predajni sistem koji bi signal dodatno obrađivao kao što to rade repetitori na Zemlji, a dodatno je trebalo riješiti i pitanje kontinuitata “vidljivosti” satelita iz pojedinih tačaka na Zemlji. Svaki naredni pokušaj i svaki naredni satelit predstavljao je izvjestan napredak u svakom smislu, tako da su danas riješeni uglavnom svi problemi i satelit je postao neizostavni dio globalnih telekomunikacija. Ili bolje rečeno: krucijalni!

13

2.1. Nisko-orbitni sateliti za telekomunikacije

Nisko-orbitni sateliti obično kruže po kružnim orbitama koje su na oko 150 km iznad površine Zemlje, a vrijeme obilaska oko Zemlje mu je oko 90 minuta. Ako je satelit u niskoj orbiti, on će rotirati oko Zemlje vrlo kratko vrijeme. Ako je na višoj orbiti trebat će mu više vremena da obiđe Zemlju. Prvi sateliti su kružili po niskim eliptičnim orbitama. Lansiranjem u više orbite ta elipsa postepeno postaje kružnica, a vrijeme kruženja se postepeno povećava do 24 sata. Zbog male visine njihove orbite oni su vidljivi samo sa površine Zemlje radijusa od oko 1000 km od podsatelitske tačke. Uz to, ovi sateliti mijenjaju svoj položaj u odnosu na zemlju veoma brzo i mora ih biti mnogo tako da čine satelitske konstelacije koje sadrže od 66 satelita ( IRIDIUM) do 720 ( Microsoft Paul Allan). LEO satelitski sistemi imaju značajne prednosti u odnosu na geostacionarne satelitske sisteme kod pružanja mobilnih satelitskih usluga. Korisniku se omogućuje pokretljivost, upotreba mobilnih uredjaja malih dimenzija i male snage. Nekoliko kompanija je zaslužno za razvoj jednog vida ove tehnologije, korištenjem satelita u niskoj orbiti (LEO). Ove orbite su znatno bliže Zemlji nego one po kojima su kružili TELSTAR i RELAY početkom 60-tih. Ova konstelacija LEO satelita koji su postavljeni u orbitu na oko 650 km od strane MOTOROLE nosi naziv IRIDIJUM i sadrži 66 satelita ( iako je trebalo biti 77 zbog čega je i dobila ime po rednom broju iridijuma u periodskom sistemu) orbitira u 6 ravni koje su odvojene uglovima od 300, a u svakoj ima 11 satelita. Ovaj sistem obezbjeđuje usluge hand-held telefonima od 1998. GLOBALSTAR sistem je drugi važan sistem na LEO orbitama. On će omogućiti pouzdan rad i ukoliko poneki satelit u konstelaciji otkaže ( za razliku od geostacionarnog gdje se to gotovo nikad ne dešava). Vrijeme ophodnje mu je 113 minuta, pa 12.7 puta obiđe Zemlju za 24 sata. Ipak, to mijenjanje položaja satelita u odnosu na tačku na Zemlji neće uticati na kvalitet veze, jer će simultana upotreba do tri satelita omogućiti kvalitetnu vezu. Troškovi lansiranja nisu veliki pa GLOBALSTAR spada u jeftinije sisteme. Satelit neće direktno spajati korisnike nego nastoje iskoristiti postojeće javne telefonske mreže, analogni i digitalni celularni sistem, pa će se prebacivati poziv između korisnika i zemaljske stanice ( gateway) ili direktno sa satelita, ako je sagovornik korisnik GLOBALSTARA. Ovaj sistem se sastoji od 56 satelita, gdje je 48 aktivnih i 8 rezervnih. Sateliti su smješteni u 8 orbitalnih ravni sa po 6 satelita na visini od 1414 km pod uglom od 520. Glavni dio GLOBSTAR sistema je komunikacijski.

14

Osim velikih LEO sistema kao što su IRIDIJUM i GLOBALSTAR postoji i čitav niz manjih sistema, čiji vlasnici nude uskonamjenske usluge, uglavnom na polju prenosa podataka i radiodetekcije. Inače LEO sateliti su omiljeni za primjene u mobilnim sistemima, za razliku od geostacionarnih koje preferiraju za prenos TV signala i prenos podataka velikom brzinom. Značajna prednost LEO sistema je u niskim troškovima lansiranja i malom vremenu kašnjenja, ali imaju jednu veliku manu, a to je kratak vijek trajanja.

2.2. Srednje-orbitni sateliti za telekomunikacije

Srednje-orbitni ( MEO) sateliti su relativno malobrojni. I MEO su kao i LEO subsinhroni sateliti koji su tako lansirani da je srednja zvjezdana perioda obrtanja Zemlje oko svoje ose jednaka multiplu srednje zvjezdane periode obrtanja satelita oko Zemlje. Nalaze se na visinama od 9600 do 19 000 km ili čak do 21 000km, sa periodom obrtanja oko Zemlje od 2-12 sati. Prednosti su im umjereni troškovi lansiranja, a mane veće vrijeme kašnjenja nego LEO. U ovu grupu satelita spada i MOLNIA, koji je lansiran iz potrebe da se u SSSRu pokriju sjeverna područj zemlje koja nije mogao pokriti geostacionarni sistem. On doduše ima vrijeme obilaska 12 sati i nalazi se na visini od oko 21 000 km ( gornja granica MEO orbitiranja), za razliku od drugih MEO satelita koji su u znatno nižim orbitama i obilaze Zemlju za 2 -4 sata. Prvi satelit iz serije MOLNIA je lansiran 1965. i imao je zadatak da prenosi TV signal iz Moskve u Sibir i na Daleki Istok do Vladivostoka. Godine 1967. sovjetski inženjeri su konstruisali satelitski sistem nacionalne TV nazvan ORBITA koji se zasnivao na MOLNIA satelitima, i apsolutno je prilagođen potrebama ove zemlje kako bi sva područja u njoj imala neprekidnu TV i telefonsku mrežu, a koristi se i za mobilnu radio vezu i u neke druge svrhe, a što se postiže orbitama sa pogodnom inklinacijom i elevacijom. Jer, MOLNIA orbita je visoke inklinacije što garantuje dobru elevaciju preko odabrane teritorioje za vrijeme orbitiranja po sjevernom području. Elevacija je mjera satelitske pozicije iznad horizonta, pa satelit na horizontu ima nula elevaciju, a satelit iznad glave ima elevaciju od 900. Dalje, orbita MOLNIA satelita je tako dizajnirana da satelit troši najviše vremena iznad dalekih sjevernih predjela, a za to vrijeme njegova sjena se pomiče sporo. Njegov period je pola dana, tako da satelit je na raspolaganju za rad iznad ciljane oblasti 8 sati. U takvoj konstelaciji MOLNIA obezbjedjuje kontinualnu vezu.

15

2.3. Visoko-orbitni sateliti za telekomunikacije GEO sateliti se nalaze na visini od 36 000 km iznad Zemlje, gdje su ugaona brzina satelita i ugaona brzina okretanja Zemlje iste, pa je i period obrtanja isti, tj. 24 sata. Zbog toga se može smatrati da se satelit u odnosu na zemlju i ne kreće, mada postoji neko malo “klizanje” zbog uticaja drugih nebeskih tijela. Prednosti ovog sistema su što pokriva 42 % Zemljine površine i što ima konstantan položaj u odnosu na određenu tačku na Zemlji. Zbog toga su u sistemu potrebna 3 satelita da bi pokrila čitavo područje Zemljine površine ( osim polatrnih koja ova konstelacija nikad ne može pokriti) Geostacionarni satelit se okreće oko zemlje jednom dnevno, iznad ekvatora. Takojer je bitno što nema problema zbog Dopplerovog efekta ( promjena visine tona zbog kretanja izvora). Nedostaci su veliko vrijeme kašnjenja signala ( koje je bitno u telefoniji, ali nije u prenosu podataka i nekih drugih namjena), skupe zemaljske stanice i nepokrivenost polarnih područja .

Ovaj satelitski sistem je pogodan za primjenu u komunikacijama jer antene na Zemlji, koje moraju biti usmjerene ka satelitu, rade efikasno bez potrebe da imaju skupu opremu za traganje za satelitom. Ušteda je tolika da opravdava veća ulaganja za troškove lansiranja na tako veliku udaljenst od površine zemlje. Prvi geostacionarni komunikacioni satelit je bio ANIK 1, kanadski satelit lansiran 1972., dok su USA lansirale svoj prvi komunikacioni satelit WESTAR 1 1974., a odmah sljedeće godine i SATCOM 1. Danas u orbitama ima najviše geosinhronih komunikacionih satelita i to oko 2/3 od ukupnog broja.

3. PRIMJENA SATELITA U TELEKOMUNIKACIJAMA

Kao što smo vidjeli, sateliti su uvedeni prvenstveno iz potrebe za globalnim komunikacijama, mada su im kasnije dati i razni drugi zadaci. Ali, bez obzira na to, njihova primarna uloga je da obezbijede komunikaciju između bilo koje dvije tačke, ne samo na površini zemlje, već i ispod površine okeana, pa u izvjesnoj mjeri i u kosmosu.

3.1. Primjena u telefoniji

Prva, ali još uvijek najvažnija primjena komunikacionih satelita je u oblasti internacionalne telefonije. Sa fiksnog telefonskog aparata

16

pozivi se upućuju zemaljskoj stanici odakle se oni šalju geostacionarnom satelitu. Ovaj satelitski sistem je pogodan za primjenu u komunikacijama jer antene na Zemlji, koje moraju biti usmjerene ka satelitu, rade efikasno bez potrebe da imaju skupu opremu za traganje za satelitom, pa se zato i koristi u fiksnoj telefoniji.

Ručni celularni telefoni u urbanim sredinama ne koriste satelitske telekomunikacije.. Umjesto toga oni koriste pristup zemaljskim baznim stanicama, bez obzira da li se radi o prijemnim ili odašiljućim stanicama. Kod pružanja mobilnih satelitskih usluga LEO satelitski sistemi imaju značajne prednosti u odnosu na geostacionarne satelitske sisteme. Korisniku se omogućuje pokretljivost, upotreba mobilnih uredjaja malih dimenzija i male snage. U ovom slučaju LEO sateliti su primjer korištenja satelita od strane običnog čovjeka. Mobilna telefonija nam je donijela i novi tehnološki sistem- lični sistem za komunikaciju (PCS). U kompletno razvijenom PCSu osoba nosi samo telefon. Taj telefon je sposoban za prenos glasa ili podataka bilo gdje u svijetu. Nekoliko kompanija je zaslužno za razvoj jednog vida ove tehnologije, koristeći satelite u niskoj orbiti (LEO). Ovaj sistem obezbjeđuje usluge hand-held telefonima od 1998. Najpoznatiji satelitski sistemi za ovu namjenu su IRIDIJUM i GLOBALSTAR, oba na LEO orbitama, koji se koriste u mobilnoj telefoniji. Pri tom satelit neće direktno spajati korisnike nego nastoje iskoristiti postojeće javne telefonske mreže, analogni i digitalni celularni sistem, pa će se prebacivati poziv između korisnika i zemaljske stanice ( gateway) ili direktno sa satelita, ako je sagovornik korisnik GLOBALSTARA.

3.2. Primjena u radio-televiziji

Prijem TV programa može se obavljati posredstvom klasičnog sistema prenosa ili posredstvom satelitskih sistema komuniciranja. Kod klasične televizije predajnik se nalazi na zemlji, sa antenom koja je uzdignuta iznad površine zemlje, da bi se obezbijedio veći domet i potrebna jačina signala. Kod satelitske televizije predajnik se nalazi na vještačkom Zemljinom satelitu. Televizijski signali se emituju posredstvom elektromagnetskog talasa (EM) od Zemlje do satelita, a zatim se sa satelita vraćaju na zemlju. Tako, da bi TV signal stigao do nekog veoma udaljenog korisnika na globusu, potrebno je koristiti bar četiri antene: -antenu zemaljskog predajnika, -prijemnu antenu na satelitu,

17

-predajnu antenu na satelitu - prijemnu antenu na Zemlji.

Klasičan prenos TV signala ima vrlo ograničen domet zbog uslova prostiranja EM talasa. Pošto se EM talasi prostiru praktično pravolinijski, to je, zbog zakrivljenosti zemljine površine, njihov domet ograničen na oblast koja se direktno vidi sa mjesta predajne antene, i u principu je odredjena linijom horizonta. Povećanje visine predajne antene doprinosi povećanju dometa u klasičnoj televiziji. Da bi se domet klasičnog prenosa TV signala povećao i izvan dometa predajnika ( 60-150 km), grade se mreže repetitora na svakih 100 do 300 km jedan od drugoga, čime se postiže pokrivanje znatno veće teritorije. U tom slučaju televizijski signal se šalje posredstvom relejnih predajnika. Ovakvo rješenje nije baš efikasno u planinskim područjima, pa se poseglo za drugačijim rješavanjem ovog problema koje je omogućila satelitska tehnika. Ona je omogućila veliku teritorijalnu pokrivenost televizijskim signalom, kvalitet tona i slike je neuporedivo bolji, smetnje i ostale pojave prisutne kod zemaljske televizije praktično i ne postoje, a broj programa koji se mogu pratiti prelazi nekoliko hiljada u analognom ili digitalnom domenu. Satelitski prenos TV signala koristi predajnik i predajnu antenu na vještačkom Zemljinom satelitu. Predajnik nije snažan ( 50-100W) pa je zbog toga signal na mjestu prijema veoma slab ( 10 -17 W/m2) zbog čega mora da se koristi prijemna antena sa veikim gainom ( pojačanjem) od 35 do 50 dB i pojačavač u sklopu konvertora frekvencije koji ima pojačanje od 55-60 dB. Frekvencije koje se koriste za satelitsku televiziju su u okviru C opsega ( 3.7 do 4.2 GHz) i u okviru Q opsega 8 10.7 do 12.75 GHZ) sa tendencijom širenja na Ka opseg ( 20 GHz). Na satelitu se nalazi prijemna antena koja prima signal iz studija na Zemlji, koji on preko predajnika i predajne antene vraća na Zemlju, pokrivajući tim signalom znatno veću oblast nego što je to mogao sistem relejnih veza. Važno je istaći da kod satelitskog prenosa signala današnja tehnika omogućava da je povećanjem snage predajnika na satelitu moguće smanjenje dimenzija i prijemnih antena, tako da se danas neki satelitski programi mogu primati antenama prečnika od samo 40 cm. Emitovanje i prenos radio i televizijskog programa je samo jedan dio funkcije satelita od posebnog interesa. Tokom 90-tih godina u svijetu je postojalo preko 300 geostacionarnih satelita, pri čemu su neki od njih, pored ostalih telekomunikacionih servisa, koristili se i za emitovanje većeg broja TV programa.

U SADu postoje dva tipa satelita za upotrebu u radio-televiziji: - Direktni radio-satelit ( DBS), i - Fiksni satelitski servis (FSS).

18

Direktni radio-satelit je komunikacioni satelit koji šalje signal maloj DBS anteni prečnika od 18 do 24 inča. On radi obično u gornjem dijelu Ku opsega. DBS tehnologija se koristi za DTH ( Direct-to-Home) satelitski TV servise kao što su Direc TV, DISH Network, Sky Angel u USA, Express Vu u Kanadi i Sky Digital u UK. Fiksni satelitski servis koristi C opseg i donje dijelove Ku opsega, a najčešće se koristi za učenje na daljinu, video konferencije i općenito komercijalne telekomunikacije, ali i u neke druge svrhe. FSS satelite se bitno razlikuje od DBS satelita jer ima manju RF izlaznu snagu pa zahtjeva veći tanjur za prijem ( 3-8 stopa za Ku opseg i 12 stopa za C opsag), a koristi linearnu polarizaciju za svaki od RF ulaza i izlaza, dok DBS koristi kružnu polarizaciju. Definicija FSS i DBS satelita van Sjeverne Amerike, a posebno u Evropi je pomalo nejasna i zbunjujuća. Naime, većina satelita korištenih u DTH televiziji u Evropi imaju istu izlaznu snagu kao i DBS u Sjevernoj Americi, ali koriste linearnu polarizaciju kao FSS klasa satelita. Primjeri za to su ASTRA, EUTELSAT, HOTBIRD. Zbog toga, termini FSS i DBS se više koriste u USA, a u Evropi su neuobičajeni.

Televizijski programi se mogu svrstati u grupu onih koji se mogu slobodno gledati bez plaćanja pretplate i na grupu kodiranih koji se mogu pratiti samo preko sistema sa dekoderom, što podrazumijeva plaćanje. Plaćanje pretplate se realizuje posredstvom kupovine dekoder kartice koja se ubacuje u dekoder. Od poznatijih programa koji su kodirani spomenut ćemo MTV, DISCOVERY, TV1000 itd. Osim što ih možemo svrstati u ove dvije grupe, programe možemo razvrstati i po sadržaju i to na dječije, filmske, muzičke itd.

Kako se zemaljski televizijski satelitski sistem sastoji od antene, konvertora i satelitskog prijemnika, to će kvalitet slike i zvuka, ali i komfora, zavisiti od kvaliteta tih komponenata. Antena fokusira primljeni signal konvertoru koji će ga primiti i dalje obraditi. Od njegove preciznosti zavisi kvalitet signala. Ako je TV signal slabiji, potrebna je antena većeg prečnika. Također je bitna preciznost izrade antene, tj. ne smije biti mehanički deformisana jer je tada fokus nepravilan, pa njeni efekti ne odgovaraju nominalnima. Najčešće se koriste tzv. offset antene koje su kod nas prečnika 90 cm i one u potpunosti zadovoljavaju. Konvertor se postavlja u fokus antene i ima zadatak da primi signal, pojača ga, izdvoji odgovarajuću polarizaciju i prebaci signal sa desetak i više GHz u opseg od 0.7 do 2 GHz, kako bi se mogao prenijeti koaksijalnim kablom do satelitskog prijemnika koji se nalazi u stanu. Prijemnik, iz dolazećeg signala, izdvaja odabrani program i prosljedjuje ga TV aparatu.

19

Pored individualnih sistema namijenjenih pojedinačnim korisnicima, sl. 3.2.1, postoje i varijante za više korisnika, što se može izvesti na dva načina.

Slika 3.2.1. Osnovni sistem Slika 3.2.2. Sistem sa dva LNBa

Slika 3.2.3. Zajednički satelitski sistem

Upotrebom razdjelnika ( multiswitch) će u svakom stanu moći da se koristi satelitski prijemnik i gledaju programi sa nekoliko satelita. Takva antenska instalacija izvodi se tako da se koristi zajednički satelitski tanjir, jedan ili dva dvostruka LNBa ( konvertora), zavisno o tome koliko se želi pratiti satelita. Takav sistem, ako je na njega spojeno više zgrada, naziva se sistemom kablovske televizije. U kablovske sisteme je moguće

20

ugraditi razne dekodere za gledanje kodiranih programa ( koji se plaćaju). Pomoću kablovskih sistema obično se prati 15-20 satelitskih i 5-8 domaćih programa. Postoje i pokretni ( motorni) satelitski sistemi koji nam omogućuju praćenje programa sa svih satelita koji su nam optički vidljivi, a to su oni između 400 istočno i 400 zapadno. Sistem se obično sastoji od antene od 90 cm, konvertora, satelitskog prijemnika i motora sa ugrađenim potenciometrom. Njegova prava vrijednost se vidi tek ako ga opremimo i sa digitalnim prijemnikom i dekoderom, jer je većina dobrih programa prešla na digitalno emitovanje ili je kodirana. Ali, komfor i kvalitet imaju svoju cijenu, pa smo u jeftinijim varijantama uskraćeni u broju i kvalitetu programa. Digitalna TV je noviji i bolji način emitovanja programa pri čemu se otklanjaju mnogi problemi prisutni u emitovanju zemaljske televizije, a istovremeno se racionalnije koristi frekvencijski opseg određen za televiziju, pa se umjesto klasičnog analognog programa može emitovati desetak digitalnih TV i radio programa po istom transponderu. Da bismo to mogli, moramo nabaviti satelitsku antenu od 90 cm, univerzalni ( digitalni) konvertor LNB i digitalni prijemnik. Ako imamo analogni sistem sa univerzalnim LNB-om, dodaje se još digitalni prijemnik uz postojeći analogni.

3.3. Primjena u GPSu ( Globalni Pozicioni Sistem)

GPS je najprije zamišljen kao sistem za vojno i civilno pozicioniranje i navigaciju. Razvijen, kontrolisan i održavan od Ministarstva obrane SADa, GPS postaje moćan sistem za pozicioniranje na Zemlji, dostupan svima i svugdje. GPS signali su besplatni i pokrivaju čitavu Zemlju. On omogućuje korisnicimana moru, kopnu i u vazduhu odredjivanje 3D pozicije, brzine i tačnog vremena 24 sata dnevno, bez obzira na atmosferske prilike, sa tačnošću većom nego bilo koji radionavigacijski sistem do sada. Koristi satelite BLOCK I i II, a do 2009. bit će lansiran i BLOCK III. Što je GPS? GPS je mreža satelita koja kontinualno odašilje kodovane informacije pomoću kojih je omogućeno precizno određivanje položaja na Zemlji. Sateliti šalju vrlo slabe radiosignale omogućujući GPS prijemniku da odredi svoj položaj na zemlji. GPS ima raznovrsne primjene na kopnu, moru i u vazduhu, U suštini, GPS omogućuje da se zabilježe položaji tačaka na Zemlji i da se pomogne u navigaciji do tih tačaka. GPS se može koristiti svagdje osim na mjestima gdje ne može doprijeti signal, a to su mjesta unutar zgrada, u tunelima, spiljama, garažama i drugim podzemnim lokacijama, te ispod vode. Najčešća primjena u vazduhu obuhvata navigaciju u

21

vazduhoplovstvu, dok na moru GPS obično koriste za navigaciju rekreativni nautičari i entuzijasti ribolovci. Primjene na kopnu su raznovrsne. Naučnici često koriste GPS zbog njegove mogućnosti preciznog mjerenja vremena. Geodeti ga koriste da bi bili efikasniji u svom radu, jer im smanjuje vrijeme potrebno za njihova mjerenja. GPS se može koristiti u svim rekreativnim sportovima kao što su planinarenje, biciklizam, lovstvo itd. Vidjamo ih u kolima kao sisteme za navigaciju, zatim na brodovima i avionima. GPS sve više postaje uobičajeno pomagalo i u automobilu, npr. pozivanje pomoći na cesti, Sofisticiraniji sistemi mogu pokazati položaj vozila na elektronskoj karti dajući vozačima mogućnost da obilježe svoje položaje i potraže neku adresu, npr. ulicu, restoran, hotel ili nešto drugo. Neki čak mogu automatski kreirati rutu i davati uputstva za svako skretanje do traženog mjesta. GPS ima tri segmenta: svemirski, kontrolni i korisnički. Svemirski segment se sastoji od 24 satelita ( 21 aktivan i 3 za rezervu) koji su teški oko 900 kg, a snaga predajnika je 50 W. Oni su na relativno velikoj visini 20 000 km ( 12 sati za obilazak) što omogućuje da pokriju veće područje i da su kontinuirano dostupni GPS prijemniku. Kontrolni segment kontroliše GPS satelite i upravlja njima dajući im ispravljene orbitalne i vremenske informacije. Ima 5 kontrolnih stanica širom svijeta. Korisnički segment se sastoji od prijemnika svih oni koji koriste GPS. A to su pomorci, piloti, planinari, lovci, vojnici i bilo tko drugi tko želi znati gdje se nalazi, gdje je bio ili kuda ide. GSP-prijemniku moraju biti poznata dva podatka da bi odradio zadati posao. Kao prvo, mora znati GDJE su sateliti ( njihov položaj) i KOLIKO SU UDALJENI od njega, pa GSP primemnik od satelita pikuplja dvije vrste kodovanih informacija. Jedan tip informacija su one koje sadrže približan položaj satelita i one se pohranjuju u memoriju GPS-prijemnika. Budući da se sateliti pomjeraju, podaci iz tog tzv. almanaha se periodički ažuriraju. Za određivanje 2D koordinata, odnosno geografske širine i dužine, potrebna su tri satelita, a za određivanje treće dimenzije ( nadmorske visine), potrebna su najmanje četiri satelita. Kad se ovi podaci kombinuju sa vremenom može se izračunati brzina kretanja, pređeni put, brzina penjanja ili spuštanja, vrijeme potrebno da se stigne do cilja itd. GPS prijemnik to radi neprestano. On prima signale, pamti, uporedjuje, proračunava .. i daje nam rezultate. Kako se koristi GPS? Opišimo sferu čiji je poluprečnik udaljenost od satelita do tražene tačke. Ta tačka se nalazi negdje na površini sfere. Ako se zatim opiše i sfera oko drugog satelita, naš položaj biće sužen na

22

kružnicu nastalu kao presjek dve sfere. Presekom sfere opisane oko trećeg satelita, mogući položaj svodi se na samo dvije tačke. Jedna je obično u svemiru i to rješenje otpada, a druga je rješenje, tj. tačan položaj objekta.

Slika 3.3. Korištenje GPSa

Lista poslova koje može obaviti GPS je zaista duga. Spomenut ćemo samo neke:

- može da prikaže koordinate ( geografsku širinu i dužinu) na kojima se trenutno nalazimo.

- može na displeju da iscrta liniju koja predstavlja put kojim smo prošli,

- može da prikaže vrijednost brzine kojom se krećemo, prosječnu brzinu, maksimalnu brzinu i ukupni pređeni put,

- može da prikaže nadmorsku visinu tačke na kojoj se nalazimo.- Može da prikaže sve relevantne podatke kompasa( numerički) kao i

sam kompas ( grafički). Moguća je navigacija po azimutu, navigacija ka projektovanoj tački itd.,

- Da memoriše našu maršrutu sa svim podacima o geografskim koordinatama i nadmorskoj visini tačaka koje smo prošli,

- može da nas vodi po putu kojim nikad nismo prošli, dajući mu samo tačke kroz koje ćželimo proći, a on sklapa trasu,

- može nam dati kratkoroču prognozu vremena, vremena iulaska sunca, preporuku najboljeg vremena za pecanje ili lov itd. GPS je američki sistem, a Evropa će imati GALILEO koji treba da proradi 2008. Njegovi konstruktori tvrde da će eliminisati neke nedostatke koje ima GPS. Izmedju ostalog tvrde da će GALILEO funkcionisati i na mjestima sa lošim prijemom gdje GPS

23

zakazuje. I Rusi su razvijali svoj GPS pod nazivom GLANASS, ali on nikad nije zaživio u komercijalnom smislu.

3.4. Primjena u mobilnim tehnologijama

Ovdje se radi o mobilnim prijemnicima kao što su oni koje koriste za vozila u pokretu. Korištenjem GPS tehnologije kao reference, antena se automatski preusmjerava ka satelitu, bez obzira gdje se vozilo na koje je antena montirana, nalazilo. Ove mobilne satelitske antene su popularne kod vlasnika rekreacionih vozila. Također se koriste i za gledanje programa na LCD ekranima montiranim na sjedala u avionu ili brodu. Međutim, najznačajnija primjena ovih sistema je u mornarici. Tako je još 1976. god COMSAT lansirao satelit MARISAT, koji je obezbijedio mobilne usluge američkoj mornarici. Početkom 80-tih Evropljani su lansirali MARECS satelite koji su imali istu svrhu, a 1979. god je Medjunarodna moreplovačka organizacija čak inicirala osnivanje Medjunarodne moreplovačke satelitske organizacije IMARSAT, kao što je prije toga osnovan INTELSAT. IMARSAT je u početku iznajmljivao kapacitete na MARISAT i MARECS satelitima, da bi 1990. lansirao svoj vlastiti satelit za tu namjenu INMARSAT II F-1. Danas je u orbiti već i treća generacija ovih satelita. Pokušalo se i sa aeronautičkim satelitskim sistemima, ali se dustalo, tako da aeronautičari koriste usluge INMARSATa. Tako je INMARSAT, koji je u početku zamišljen kao sistem za pružanje telefonskih usluga brodovima i za praćenje pomorskog saobraćaja, postao mnogo viš odoga. Pomoću njega je praćen čak i Zaljevski rat. Mobilne tehnologije ne treba brkati sa sistemom celularne mobilne telefonije.

3.5. Primjena u amaterskom radiju

Amaterski radio ima pristup satelitima OSCAR koji su i dizajniran za tu namjenu. Većina takvih satelita rade kao svemirski repetitori i koriste ih amateri sa UHF i VHF opremom i usmjerenim YAGI ili tanjurastim antenama. Zbog skromne zemaljske opreme kojom raspolažu amateri, ovi sateliti su lansirani u LEO orbite, a kontakti su ograničeni na neko vrijeme.

24

3.6. Primjena u multimedijalnim širokopojasnim komunikacijama Budućnost komunikacija kreće se ka stvaranju globalnih informacionih mreža koje će korisnicima obezbijediti fleksibilne multimedija servise, po zahtjevu, uvijek i na svakom mjestu. Multimedija servisi omogućuju zajedničku prezentaciju različitih izvora podataka od kojih su najčešći: slike ( obične ili pokretne), glas i tekst. Ovakvi servisi uključivat će video na zahtjev, brz pristup INTERNETU, telemedicinu, teleobrazovanje, prenos velike količine podataka, kao i niz drugih servisa usmjerenih ka poboljšanju kvaliteta života. Analize tržišta pokazuju da će, u bliskoj budućnosti, zahtjevi za servisima koji prenose različite vrste podataka biti veći nego zahtjevi za standardnim telefonskim servisima. Na koji način tu može da pomogne satelitska tehnologija? Do sada su za prenos multimedija servisa korišćene zemaljske komunikacione mreže nastale razvojem tehnike optičkih vlakana i tehnologija kao što su DSL ( Digital Subscriber Line). Ove mreže predstavljaju dobro i ekonomično rješenje za primjenu u gusto naseljenim regijama. Medjutim, one ne mogu zadovoljiti osnovni cilj koji postavljaju savremene telekomunikacije: obezbjedjenje širokopojasnog pristupa za različite aplikacije, svakom korisniku na svakom mjestu i u svako vrijeme. Naime, zemaljske mreže zahtijevaju ogromna ulaganja da bi se premostila tzv. posljednja milja izmedju lokalnog čvora i korisnika, jer preko 2/3 od ukupnih investicija za telefonsku mrežu izdvaja se za tu posljednju milju! Zato, da bi se svakom korisniku obebjedio pristup širokopojasnoj zemaljskoj infrastrukturi, potrebne su ogromne investicije i dug vremenski period za izgradnju. Rješenje za ovaj problem ponudile su satelitske komunikacije, pa se u svijetu konstantno razvijaju mnogobrojni satelitski multimedijalni sistemi koji pružaju: -mogućnost globalnog pokrivanja uključujući i udaljene ruralne i teško dostupne zone, -fleksibilnost u pogledu konfiguracije mreže, koja se može lako mijenjati i prilagođavati zahtjevima korisnika, -mogućnost komunikacije sa fiksnim i mobilnim korisnicima, - jednostavno pristupanje korisnika instaliranjem odgovarajuće opreme - itd. Ali, razvoj satelitskih multimedija sistema otvara niz tehničkih i zakonskih problema, koji se odnose na obezbjeđivanje odgovarajućeg kvaliteta servisa, višestruki pristup resursima sistema, korišćenje

25

odgovarajućih komunikacionih protokola, povezivanje sa drugim komunikacionim mrežama, obezbeđenje odgovarajućeg kapaciteta sistema, određivanje frekvencijskih opsega u kojima će sistemi funkcionisati itd.

Znači, planiranje i razvoj savremenih širokopojasnih satelitskih sistema je veoma složen proces koji se ne može posmaztrati samo sa tehničkog aspekta, već se moraju uzeti u obzir i pravni i ekonomski i dr. faktori. Ovi sistemi treba, u prvom redu, da zadovolje potrebe korisnika tj. da obezbijede multimedija servise pravovremeno, kvalitetno i po pristupačnoj cijeni. U svijetu postoji više satelitskih sistema za ovu namjenu. Neki su se razvili dogradnjom prethodnih koji su služili digitalnoj televiziji. Takav je DVD/MPEG-2 ( Digital Video Broadcast/ Moving picture Experts Group) koji se razvio iz DVD-S ( Digital Video Broadcast-Satellite). Satelitski sistem SWITCH-IN-THE-SKY koncepta se može ponašati kao mreža za lokalni pristup korisnika, pri čemu satelit, preko pristupne ( gateway) stanice samo povezuje korisnike sa zemaljskom infrastrukturom. Takodjer može da služi kao osnovna mreža ( core network). Većina novih i budućih širokopojasnih satelitskih sistema bit će zasnovana na ATM ( Asynchronous Transfer Mode) . ATM je tehnika za komutaciju i multipleksiranje, idealna za multimedija aplikacije, jer omogućuje integraciju servisa za prenos glasa, videa i podataka, a pri tom zadovoljava trendove kojima se teži u razvoju budućih komunikacionih mreža: fleksibilnost, paketska orijentisanost i garantovanje kvaliteta. Međutim, ATM je razvijen za primjenu u zemaljskim širokopojasnim mrežama koje koriste optička vlakna i samim tim omogućavaju gotovo neograničene opsege za prens i veoma nizak BER ( bit error rate). Nasuprot tome, satelitski linkovi imaju ograničene opsege, a česta je i pojava paketskih grešaka. Zato implementacija ATM-a u satelitskom okruženju zahtjeva specifične postupke kodiranja i kontrole greške.

U svijetu postoji nekoliko veoma ambicioznih projekata širokopojasnih satelitskih sistema, od kojih su već neki pušteni u rad. Takav je SKYBRIDGE. To je širokopojasni sistem sa malim kašnjenjem za lokalni pristup koji povezuje terminale krajnjih korisnika za zemaljsku širokopojasnu strukturu. Veze se uspostavljaju kroz regionalne zemaljske gateway stanice preko konstelacije od 80 satelita u LEO orbiti na visini od 1469 km. Sistem radi u Ku opsegu ( 10 – 18 GHz). To je jedini od ovih sistema koji koristi taj opseg, inače pogodan zbog toga što ima

26

manje slabljenje signala pri propagaciji, posebno kad pada kiša, što omogućava upotrebu provjerenih i široko dostupnih tehnologija. Drugi sistem koji treba spomenuti je TELEDESIC, prvobitno nazvan INTERNET IN THE SKY je širokopojasni LEO sistem koji radi u Ka opsegu i koristi znatno napredniju tehnologiju od prethodnog koja uključuje obradu signala i komutaciju na samim satelitima. Sky Bridge i TELEDESIC su, za sada jedin namjenski širokopijasni LEO sistemi. Takodjer postoji izvjestan broj projekata širokopojasnih sistema u geostacionarnoj orbiti, koji su jednostavniji. Neki su već pušteni u rad, a neki će biti u narednim godinama. Potreba za globalizacijom komunikacija je ogromna, a izgradnja sveopšte zemaljske mrežne strukture i skupa i spora. Zato je jedino rješenje razvoj globalnih širokopojasnih satelitskih multimedija sistema. Neki od ovih sistema bit će samo mreže za pristup, dok će neki predstavljati samostalne komunikacione mreže i dopunjavat će zemaljske širokopojasne mreže. Onog trenutka kada postanu operativni, svi ovi sistemi će obezbjediti „instant“ infrastrukturu u svakoj tački na planeti.

4. SATELITSKI PRENOSNI SISTEMI

4.1. Osnovne komponente satelitskih sistema

Svaki komunikacioni satelit u najjednostavnijoj formi, bez obzira u kojoj putanji orbitira, podrazumjeva transmisiju signala od izvorne zemaljske stanice ka satelitu i retransmisiju signala od satelita nazad ka Zemlji. Pri tome se na Zemlji može odabrati neka konkretna zemaljska stanica ili se može raditi o difuznoj radio-televizijskoj mreži. Otuda je jasno da satelit mora imati prijemnik i prijemnu antenu, predajnik i predajnu antenu, neke uredjaje za povezivanje ovih uredjaja, te izvor napajanja koji pokreće svu tu elektroniku. Stvarna priroda ovih komponenata će se razlikovati, zavisno od orbite i sistema arhitekture, ali ipak svaki satelit mora imati te osnovne uređaje. Prijemnik i predajnik na satelitu se nazivaju zajedničkim imenom transponder. On može biti ponavljač koji pojačava signal i frekvencijski ga pomjera, a može biti i kompleksniji pa tada izvodi i neke dodatne operacije, kao što su detekcija, demultipleksiranje, remodulacija itd. Predajnik, u okviru transpondera, je zasnovan na pojačalu snage koje radi na granici zasićenja, da bi obezbijedilo maksimalnu iskorištenost skromnog DC napajanja. Tipičnni nivoi snage su 10 W, a koeficijent korisnog dejstva samo 30 %.

27

Snaga koju predajnik na satelitu treba imati zavisi u prvom redu od visine orbite. S obzirom da su geostacionarne orbite do 100 puta udaljenije od LEO orbita, to će i potrebna snaga biti mnogostruko veća. Na sreću, mogu se promijeniti neke druge stvari što će doprinijeti smanjenju te ogromne razlike u potrebi za tako velikom snagom, pri čemu se u prvom redu misli na antenu. Međutim, pojam velike snage na satelitu podrazumijeva već i snagu od 200 W, za razliku od pojma velike snage predajnika u zemaljskom radio sistemu gdje je to reda više kilovata. Od modulacionih postupaka koriste se MSK, BPSK, QPSK. Prijemnici su visokoosjetljivi, najčešće u kombinaciji sa pretpojačalima iza antena.

Postoji velika razlika u antenama u zavisnosti od visine orbite. Naime, povoljnom konstrukcijom antene i njenim velikim gainom, može se postići da nije potrebna tako velika snaga predajnika kao što bi se očekivalo s obzirom na visinu orbite i slabljenje koje ona unosi.

Slika 4.1. Osnovne komponente komunikacionog satelita

Prve antene su bile omnidirekcionalni dipoli, dok se u današnje vrijeme koriste obrtne horn antene na satelitu, a za zemaljske stanice

28

velike paraboloidne antene. Naime, udvostručavanjem dijametra reflektora tanjiraste antene smanjit će se površina zrake na ¼ od one koja bi se imala sa manjim reflektorom, što karakterišemo kao gain antene. On nam naprosto kaže koliko više će snage pasti na 1 cm2 sa tom antenom, nego bi palo ako bi snaga predajnika bila razasuta uniformno ( izotropno) u svim smjerovima. Ova veća antena bi imala 4 puta veći gain od one manje. Na taj način se rasipa manje energije, pa je automatski potrebna manja snaga geostacionarnom predajniku nego što bi inače trebala. Drugi problem je usmjerenje antene prema zemlji, što je manji problem kod geostacionarnih satelita, ali je zato veoma velik za one satelite iz nižih orbita, jer njegovo rješavanje zahtjeva dodatnu opremu za traganje za satelitima i kontinualno podešavanje antene na Zemlji prema položaju satelita i antene na njemu. Pored osnovnih uredjaja na satelitu postoje i pomoćni u koje spada oprema za telemetriju koja se koristi i za telekomandu, npr. za stavljanje u pogon motora za mijenjanje ose satelita, kako bi se on postavio u propisani položaj. Mlaznim motorima se vrši stabilizacija spina telekomandom i orijentacijom u odnosu na neke fiksne objekte u odnosu na satelit kao što su zemljina osa ili neke zvijezde. U pomoćne spada i izvor napajanja kojipredstavlja baterija koja se puni iz solarnih ćelija.

4.2 Izbor frekvencijskog opsega

Na svom putu od Zemlje do satelita i obrnuto radio-talasi moraju da prođu kroz atmosferu. Iz teorije radio-komunikacija poznato je da atmosfera unosi dodatno slabljenje signala, koje ima selektivni karakter. Naime, istraživanja su pokazala da u cijelom opsegu frekvencija radio-talasa postoje dva „prozora“. Na talase čije su frekvencije unutar tih prozora, atmosfera ne unosi slabljenje ili je ono neznatno. Jedan od prozora predstavlja opseg frekvencija koji se nalazi u okolini vidljivih zraka i infracrvenih zraka. Taj opseg nije interesantan za telekomunikacije, za razliku od drugog. Na granične frekvencije ovog prozora utiču jonosfera i troposfera. Ispitivanja uslova prostiranja kroz jonosferu pokazala su jedan interesantan fenomen. Postoji kritična frekvencija jonosfere. Ona dijeli cio opseg radio-talasa na dva dijela: talasi nižih frekvencija od kritične reflektuju se od jonosfere ka Zemlji, a talasi viših frekvencija prodiru kroz nju. Donja granična frekvencija drugog prozora je kritična frekvencija jonosfere. Kritična frekvencija jonosfere, koja zavisi od mnogo faktora kao što su: doba dana i noći, solarna aktivnost, trajektorija prostiranja, geografska pozicija zemaljske stanice, itd, i obično se kreće izmedju 2 i 70 MHz.

29

Na gornju graničnu frekvenciju drugog prozora utiče troposfera u kojoj kiša i gasovi apsorbuju jedan dio energije talasa. Ta apsorpcija postaje naročito značajna za frekvencije veće od nekoliko desetina GHz. Konstatovano je da gornja granična frekvencija u izuzetno nepovoljnim okolnostima može da iznosi oko 10 GHz, u normalnim uslovima se nalazi oko 20 GHz, a u rjeđim slučajevima može da se popne i do 50 GHz. Prema tome, opseg frekvencija između nekoliko desetina MHz i 20 GHz predstavlja opseg koji definiše ovaj prozor u kosmos. Satelitske veze mogu biti uspostavljene u različitim frekvencijskim opsezima, a koriste drugačije noseće frekvencije za prijem ( zemaljska stanica-satelit) i predaju ( satelit-zemaljska stanica). U Tabeli I je dat prikaz najčešće korištenih frekvencijskih područja. Frekvencijsko područje C ( 4 GHz) je najviše korišteno kod satelitskih komunikacija prve generacije, međutim to frekventno područje se danas koristi za zemaljske mikrotalasne veze. Današnji trend je korištenje sve viših i viših frekvencija i i to iz područja Ku i Ka ( 11 i 20 GHz), ali pri timfrekvencijama velike probleme prave atmosferske nepogode kao što su kiša, magla i snijeg. Izbor najpogodnijeg RF opsega za satelitske telekomunikacije je složen problem, jer je potrebno naći kompromis između raznih, često oprečnih ekonomsko-tehničkih zahtjeva. Za komercijalnu upotrebu telekomunikacionog satelita prvi i osnovni uslov jeste ekonomska rentabilnost. Visoka cijena transpondera i lansiranja satelita u orbitu mogu se opravdati samo u onim slučajevima kad se obezbjedi veliki informacijski kapacitet satelita. Informacioni kapacitet zavisi od dva faktora: širine frekvencijskog opsega i odnosa signal/ šum, pa se povećanje informacionog kapaciteta može postići povećavanjem frekvencijskog opsega. Međutim, cijena telekomunikacionih sklopova ( filtara, pojačavača..) proporcionalna je relativnoj širini njihovog opsega. Smatra se da je neki sistem uskopojasan ( a to znači da mu je cijena razumna), ako je zadovoljen uslov B/fc<<1,gdje je fc- centralna frekvencija propusnog opsega, B- širina propusnog opsega. To znači da potrebnu širinu propusnog opsega možemo utoliko ekonomičnije realizovati, ukoliko je viša centralna frekvencija sistema. Ovaj zaključak se koristi u strategiji planiranja svih telekomunikacionih sistema, a za satelitske telekomunikacije je to uslov sine qua non ( bez kojeg se ne može). Frekvencije koje se koriste u satelitskoj komunikaciji su podijeljene u četiri opsega, TABELA I.

30

Tabela I

S obzirom na slabljenje RF signala na satelitskoj dionici, pokazalo se da je najpogodnija frekvencija od 10 GHz. Medjutim, na tim frekvencijama rade zemaljski radio-relejni (RR) sistemi, što predstavlja problem za satelitske telekomunikacije, ali i prednost, s obzirom da se mogu koristiti tehnologije koje su razradjene za RR sisteme. Zbog toga se zaključuje da je za satelitske komunikacije najpogodnije koristiti frekvencije iz opsega 4-10 GHz. Da bi se izbjeglo uzajamno ometanje, donesene su međunarodne preporuke o zauzimanju pojedinih kanala i o limitiranju efektivne snage predajnika, kako na Zemlji, tako i na satelitu. Medjutim, i pored toga primjećuje se tendencija „preseljavanja “ u više frekventno područje, tako da već INTELSAT V nosi nekoliko transpondera koji rade na 14 GHz na uzlaznoj dionici i na 11 GHz na silaznoj dionici, a radi se i na tome da se osvoje frekvencije između vrhova apsorpcionog opsega slabljenja izmedju 21-58 i 60-118 GHz. Izborom veće frekvencije smanjuju se dimenzije svih sklopova ( antena, talasovoda, skretnica itd.) što je od posebne koristi. Većim dobitkom antene se može kompenzirati povećano slabljenje na satelitskoj dionci. Relacija B/fc<<1 se u praksi svodi na B/fc<0,1 i ako se ona primjeni na satelite koji rade sa nosiocem 4/6 GHz, dobili bi širinu opsega B ( 400-600) MHz, a za RF 14/11 GHz bi to bilo 1100-1400 MHz. Međutim, stvarna širina propusnog opsega jednog satelitskog kanala ograničena je pojavom šuma, kanalne i međukanalne interferencije i frekvencijski selektivnim fedingom.

4.3. Napajanje Ako se pitate, zašto se problem slabog signala sa satelita ne riješi naprostom većom snagom transpondera, odgovor je: transponder nije priključen na postrojenja zemaljske elektrodistribucije, već na

31

bateriju koju pune solarne ćelije! A to znači da nema mnogo energije na raspolaganju na satelitu, pa ono što ima mora biti racionalno iskorišteno. Naime, postoje praktična ograničenja koliko velik može biti solarni panel koji nosi solarne ćelije i postoji oganičenje koliko one mogu konvertovati sunčeve energije u električnu. Tu je i dodatni problem u samom predajniku koji ima relativno nizak koeficijent iskorištenja, pa od 1000 W snage napajanja, on u koristan signal pretvori jedva 150 do 200 W ( 10 do 15%). Pored toga, solarne ćelije na satelitu mogu praktično dati samo nekoliko hiljada vata električne snage. Osim toga, satelit mora biti sposoban da radi i u vrijeme kad mu sunce nije vidljivo, kad zemlja prolazi izmedju satelita i sunca. To zahtjeva postojanje baterija koje se pune za vrijeme aktivnosti solarnih ćelija, kad se jedan dio energije skladišti za upotrebu kad satelit bude u sjeni.

4.4. Zemaljska stanica

Zemaljske stanice se najčešće sastoje od sljedećih pet podsistema: antena, kombinovani niskošumni prijemnik/down-konvertor, kombinovani up-konvertor i pojačavač snage, srednjefrekventni up-konvertor i lokalni oscilator. Inače, veličina zemaljske stanice zavisi najviše od toga na kojoj visini se nalazi satelit sa kime ona održava vezu. Investicije za njihovu izgradnju mogu biti veoma velike. Najdelikatniji je antenski sistem. Da bi se kompenzovala relativno mala usmjerenost antenskog sistema, grade se ogromne antene koje imaju paraboloidni reflektor čiji prečnik otvora iznosi i do 30 m. Dobitak takvih antena na frekvencijama iz opsega 6 GHz je oko 60 dB. Snaga na izlazu predajnika je oko 1 kW do 5 kW, pa EIRP* iznosi oko 5000 MW Najveći problem je u tome što ovakav antenski sistem teži do 400 tona, a morao bi biti pokretan! Zaista se ne bi isplatilo da se za svaki novolansirani satelit, koji može da ima drugi položaj, gradi nov antenski sistem. Osim toga postoji i problem „klizanja“ satelita zbog uticaja gravitacija drugih nebeskih tijela. Osim ovih tipova zemaljkskih stanica postoje i drugi, zavisno od visine orbite ciljanog satelita. Primjer jedne male satelitske zemaljske stanice bi se mogao ilustrovati na osnovu sistema USAT koji radi u komunikacijskom sistemu u Ka frekvencijskom opsegu. Napredne tehnologije omogućavaju korisnicima zemaljskih stanica da održavaju zadovoljavajući protok informacija i uz upotrebu malih antena i predajnika malih snaga, što omogućava smanjivanje cijene takvih zemaljskih stanica. Arhitektura zemaljske stanice je modularna, što omogućava laganu konfiguraciju, integraciju i održavanje.

32

USAT stanice imaju antenu prečnika 35 do 60 cm, pojačavače snage od 0.25 i 4 W. Šum u prijemnicima je 4 dB, a korisnički interfejs je na frekvenciji od 70 MHz. Down-konvertor prima signale i konvertuje ih sa 20 GHz na 70 MHz sa pojačanjem od 26 dB. Up-konvertor za veliku snagu je konstruisan tako da kombinuje drugi stepen konverzije: sa UHF na Ka opseg od 30 GHz sa pojačanjem do 4 W. Dimenzije antena zemaljskih stanica USATa su 35 cm do 60 cm, a rjeđe o 1.2m. Jedna od najvećih razlika između LEO i GEO satelitakih sistema je u antenama, jer GEO satelit zahtjeva 10 000 puta jaču snagu predajnika, ako su svi drugi parametri i komponente isti. To se rješava povećanjem dijametra antene, tako, ako se on udvostruči, time će se smanjiti površina zrake na ¼, što se iskazuje gainom ili dobitkom antene. Gain nam kaže koliko više snage će pasti na 1 cm2 sa tom antenom negoli da je snaga predajnika rasijana uniformno u svim smjerovima. Ova veća antena će imati gain četiri puta veći od manje antene. S druge strane, GEO satelitski sistem ima prednost jer ne zahtjeva značajno prilagođavanje antene zemaljske stanice položaju satelita, budući da je položaj satelita gotovo fiksan, za razliku od položaja LEO satelita, za kojim sa zemaljske stanice se mora tragati.

Slika 4.4. Zemaljska stanica

Stariji modeli ovakvih stanica mogli su da vrše prenos samo na niskim brzinama, pa su služili samo za telemetrijske podatke, dok je današnja tehnologija omogućila veće brzine prenosa, a time i upotrebu u emitovanju video signala, pa i dupleksnu videokonferenciju, daljinsku telemedicinu, ISDN, pristup internetu i dr.

---------------

33

EIRP*- Snaga koju neka realna antena zrači u nekom određenom pravcu, a dobija se kao proizvod snage kojom se ona napaja iz predajnika i dobitka te antene u odnosu na izotropni radijator. Ta snaga se naziva ekvivalentnom izotropnom izračenom snagom ( Electric Isotropic Radiated Power)

5. SATELITSKI SIGNALI

Postoje dvije vrste veza između satelita i stanice na Zemlji. Prva vrsta služi osnovnoj namjeni telekomunikacionih sistema tj. prenosu poruka između tih tačaka ( multipleksna telefonija, faksimil, televizija, internet i razni podaci), a druge su pomoćne i služe za prenos raznih podataka bitnih za funkcionisanje satelita i cijelog sistema. Svi ovi signali se prenose u dva smjera: od zemaljske stanice ka satelitu i obrnuto.

5.1. Dionice na satelitskoj vezi Na satelitskoj vezi, dakle, postoje dvije dionice puta signala: uzlazna ( up) i silazna (down) dionica. Uzlazna dionica. Ova dionica je relativno manje kritična. Ako je emisiona snaga signala na anteni Pe , onda je njegova snaga na satelitu data sa Pp(ST)=G1 Pe G2/ (4πd/λ)2,

gdje su G1 i G2 pojačanja antena na Zemlji i na satelitu, d je rastojanje izmedju Zemlje i satelita, a λ- odgovara frekvenciji nosioca. Predstavljeno preko nivoa, za uobičajene vrijednosti konstanti i rastojanja od 36 000 km, dobije se numerički obrazac

np=ne+ G1*+G2*- 20 log ( 4 πd)-20 log (c/f) Ovaj izraz, za slučaj uobičajene frekvencije za uzlaznu dionicu od 6 GHz, postaje np(SAT)=nEIRP(ZS)+G1*+G2*- 200dB ( dB)

gdje je G2* dobitak prijemne antene na satelitu u dB. Ovaj dobitak je relativno malen, jer ta antena ne može biti strogo usmjerena s obzirom da prima signale sa većeg dijela Zemljine površine za koju je satelit vidljiv ( ako je za globalno pokrivanje) i iznosi 17 dB što odgovara širini zračnog snopa od 17.3 0. U slučaju tzv. spot antene koja ima ugao zračenog snopa od 4.5 0, može se ostvariti dobitak antene i od 30 dB, ali se takve antene moraju teledirigovanjem sa Zemlje usmjeravati

34

ka zemaljskoj stanici koja prima signal.

Ako u prethodnoj jednačini uzmemo da je G2*= 17 dB ( G2=50), onda dobijamo da je prijemni signal na satelitu

np= 113+17-200+-70 (dBm)

Na sličan način je moguće izraziti i EIRP:

nEIRP=ne+G1* gdje je G1* dobitak emisione antene u dB, na zemaljskoj stanici.

Prilikom projektovanja zemaljske stanice inženjeri projektanti moraju voditi računa i o odnosu snage nosioca i temperature šuma (C/T), o broju govornih kanala koji se trebaju prenositi jednim nosiocem, o lociranju predajnog pojačavača snage da bi se minimizirali gubici na liniji, te o problemima vezanim za funkcionisanje tog pojačavača koji unosi i produkte intetrmodulacije. Silazna dionica. Kad satelitska antena primi signal sa zemaljske stanice, predaje ga transponderu gdje on biva odgovarajuće obrađen. Prilikom obrade, u izlaznom stepenu koji je realizovan sa TWT cijevi, mogu se javiti nelinearna izobličenja i intermodulacioni produkti, ali se ipak nastoji ostvariti što veće pojačanje, jer tom signalu na silaznoj dionici predstoji veliko slabljenje. Ako je uz to još moguće i opterećenje sa velikim brojem kanala, može se desiti da se „upadne“ u nelinearno područje karakteristike pojačanja TWT cijevi. Da bi se to spriječilo, vrši se tzv. povlačenje ili back-off izlaznog nivoa, tj. njegovo smanjivanje u slučaju kad se poveća opterećenje cijevi u izlaznom pojačavaču. Znači, mora se u izlaznom dijelu transpondera smanjiti snaga da bi se došlo u linearno područje TWT cijevi. Ove promjene nivoa izlazne snage mogu se obavljati bilo telekomandama sa Zemlje ( sa kojima se utiče na ukupno pojačanje izlaznog stepena) ili kontrolom otpremljenog signala sa Zemlje ( tj. regulacijom EIRP-a zemaljskog otpremnika). Problemi nelinearnih izobličenja i intermodulacija javljaju se samo u FDM sistemima, ali ne i u TDM sistemima, jer je kod njih u jednom trenutku transponder opterećen samo sa jednim impulsom stalne snage, ako se koristi QSPK modulacija. Tada nema nelinearnih izobličenja, pa izlazni stepeni transpondera mogu uvijek biti maksimalno opterećeni. Silazna dionica je ipak ograničavajući faktor kod projektovanja satelitskog prenosnog sistema zbog vrlo niskog

35

nivoa prijemnog signala u zemaljskoj stanici. Usponska dionica koristi prednost snažnih predajnika zemaljske stanice, velikog pojačanja antene sa uskim snopom, dok silazna dionica je strogo ograničena u emitovanoj snazi iz više razloga ( teže snabdijevanje dovoljnim količinama energije, ograničena težina uređaja na satelitu, dimenzije i (ne)usmjerenost antene i dr.) Razmotrimo silaznu dionicu da bismo vidjeli koliki nivo signala dolazi do zemaljske stanice. Ako je maksimalna EIRP satelita 32 dBm i imajući u vidi da su gubici u silaznoj dionici 196.02 dBm, tada je: 32 dBm-196.02 dBm=- 164.02 dBm.

Toliki nivo širokopojasnog signala je veoma nizak i stanica na Zemlji mora biti projektovana korišćenjem najboljih tehnika da bi se postigao odgovarajući odnos signal/šum. Zbog toga su antene za prijem velikih dimenzija ( prečnika do 30 m) da bi imale veliki dobitak, a ulazni pojačavač mora biti izrazito niskošuman, pa je obično izveden kao hlađeni parametarski pojačavač.

5.2. Slabljenje na satelitskoj dionici

Na svom putu od predajne antene Zemaljske stanice do prijemne antene satelita ( uzlazna dionica), kao i i suprotnom smjeru ( silazna dionica), svaki RF signal jako slabi zbog prenosnih gubitaka u slobodnom prostoru, zbog uticaja atmosferskih padavina i zbog fizičkih osobina same atmosfere, što se manifestuje kao spori feding. Postoji i slabljenje uslijed osobina jonosfere koje ima karakter brzog fedinga, ali se ono kod frekvencija iznad 1 GHz može zanemariti. Sasvim generalno može se reći da je slabljenje RF signala uslijed gubitaka u slobodnom prostoru determinističko, dok je slabljenje uslijed atmosferskih pojava slučajnog, stohastičkog karakter, pa se mora opisivati pomoću statističkih metoda. Da bi se mogle razumjeti pojave u atmosferi vezane za prenos signala, neophodno je nešto znati o strukturi i osobinama atmosfere. Atmosfera je gasoviti omotač Zemlje koji se proteže, uz sve manju i manju gustinu gasa, do visina od oko 1500 km. Atmosferu možemo podijelito na sljedeće slojeve: troposferu, stratosferu, mezosferu i termosferu. Troposfera, koja se proteže do visine od oko 18 km, sastoji se uglavnom od azota ( 80%) i molekularnog kisika, a sadrži i 0.05-4 % i

36

vodene pare koja uzrokuje stvaranje vodenih kapljica i ledenih kristala što dovodi do pojave atmosferskih padavina. Molekularni kisik, vodena para i padavine selektivno apsorbuju elektromagnetsku energiju. U stratosferi, koja se proteže do oko 50 km, ima se razrijeđen sastav gasovitog omotača. Prelaznu formu između stratosfere i termosfere čini mezosfera koja se prilično proizvoljno određuje kao pojas atmosfere iznad stratosfere do visine od oko 80 km. Termosferu karakteriše ekstremna razređenost čestica, tako da se u njoj pod uticajem sunčevog zračenja čestice zagrijavaju do visoke temperature, pa otuda potiče i njeno ime. U donjem dijelu termosfere, do 40 km, postoji još uvijek relativno velika koncentracija jonizovanih molekula, pa je taj dio termosfere poznat pod imenom jonosfera. Jonosfera reflektuje elektromagnetske talase čija je frekvencija niža od kritične, a propušta frekvencije veće od kritične. U gornjem dijelu i iznad termosfere nalaze se zone naelektrisanih čestica koje su zahvaćene magnetskim poljem Zemlje ( tzv. radijacioni prstenovi). Oni se nalaze unutar geografske širine +- 300, sa obe strane ekvatorijalne ravni i prilično su stabilni. Međutim, spoljašnji nestabilni radijacioni prstenovi na visinama između 13 000 i 19 000 km zahvataju širu zonu sa obe strane ekvatora (+- 500). U slučaju kad posmatramo prostiranje radio-talasa dovoljno je da atmosferu Zemlje podijelimo samo na dvije zone: troposferu i jonosferu. Pri prolasku elektromagnetskih talasa kroz troposferu energija talasa slabi uslijed apsorpcije i rasijavanja. S druge strane, uticaj jonosfere manifestuje se i promjenom oblika polarizacije i obrtanjem polarizacione ravni ( tzv. Faradejev efekt), a tek manjim dijelom i apsorpcijom. Dopunski gubici nastaju i uslijed refleksije energije od radijacionih prstenova. Uslijed refrakcije ( savijanja) radio-talasa u atmosferi, a posebno u jonosferi, dolazi do dopunskog slabljenja na satelitskoj dionici. Naime, kako se koncentracija elektrona i jona u jonosferi mijenja kako u vremenu tako i prostorno, mijenja se i indeks loma jonosfere, pa putanja radio-talasa, ne samo što nije pravolinijska, nego je i nepredvidljivo, stohastički zakrivljena. Zbog toga dolazi do greške prilikom navođenja glavnog snopa zemaljske antene na satelit, naročito kada se satelit kreće na subsinhronim orbitama. Ova pojava dovodi do stohastičke promjene slabljenja primljenog signala. Slične štetne posljedice ima i promjena oblika polarizacije i obrtanje polarizacione ravni, jer dovodi do neusklađenosti polarizacije predajne i prijemne antene. Ovaj polarizacioni feding je naročito nezgodan kada se u jednom datom frekvencijskom opsegu prenose dva ortogonalno polarisana RF signala, što se često radi u cilju

37

efikasnijeg iskorišćenja raspoloživog frekvencijskog opsega satelita. U ovom posljednjem slučaju promjena polarizacionog oblika i polarizacione ravni dovodi, ne samo do slabljenja ( tj. fedinga) korisnog signala, nego i do uzajamnog ometanja ( tj. kanalne interferencije) primljenih signala.

Prenosno slabljenje na dionici do ili od geostacionarnog satelita se kreće u granicama

( 185.55+20 log f) ≤ a ( ω)< ( 184.72+20 log f)(dB),

gdje lijeva strana ove dvostruke nejednačine predstavlja minimalnu vrijednost slabljenja slobodnog prostora na dionici do geostacionarnog satelita. Telekomunikacioni sateliti koji rade sa uzlaznom frekvencijom od oko 6 GHz i sa silaznom od oko 4 GHZ, imaju na svojoj uzlaznoj dionici slabljenje od oko 199 dB, a na silaznoj dionici oko 195.6 dB. Atmosferske padavine ( posebno jaka kiša) mogu znatno da povećaju slabljenje na satelitskoj dionici, naročito kod frekvencija iznad 10 GHz. Međutim, slabljenje uslijed jake kiše je veće od 15 dB samo tokom neznatnog dijela godine ( 2x 10 exp( -3)). Sopstveno atmosfersko slabljenje je, po redu, treći faktor koji doprinosi slabljenju RF signala na satelitskoj dionici. Ovo slabljenje nastaje kod frekvencija iznad 10 GHz uslijed prisustva vodene pare i kisika, tj. uslijed rezonancija molekula vode i kisika

4.4. Pojačanje signala

Za pojačanje RF snage u izlaznom stepenu zemaljske stanice i u izlaznom stepenu transpondera vrši se pomoću TWT cijevi. Međutim, kako prenosna karakteristika ovog pojačavača nije linearna ( tj. postepeno prelazi u zasićenje), to se svaka promjena anvelope pobudnog signala preslikava na izlaz cijevi kao izobličena promjena envelope ( AM/AM konverzija) i kao parazitna fazna modulacija ( AM/PM konverzija). U cilju jednostavnijeg opisivanja performansi satelitskih telekomunikacionih sistema običaj je da režim rada TWT pojačavača opisujemo relativnim umanjenjem snage u odnosu na maksimalnu snagu pri zasićenju cijevi. Ovo umanjenje naziva se back-of ili odmak, a izražava se u decibelima. Detaljnija analiza rada TWT pojačavača može pokazati da pri velikom uzlaznom odmaku ( tj. kad cijev radi u linearnom dijelu amplitudske karakteristike) štetni uticaj

38

amplitudske nelinearnosti se može zanemariti u odnosu na štetni uticaj AM/PM konverzije. 5. 4. Odnos signal/šum

Jedan od najvažnijih sistemskih parametara u telekomunikacijama je odnos signal/šum. Pri tom je najvažnije posmatrati izlazni dio zemaljskog prijemnika, transponder i ulazni dio zemaljskog prijemnika. Na sljedećoj slici indeks ZS se odnosi na zemaljsku stanicu, ST na satelit, a predajne veličine nose još indeks 1, P označava snagu, G pojačanje, B opseg filtra, a HPA zemaljski amplifikator. Proizvod snage predajnika i pojačanje antene u odnosu na izotropan radijator naziva se efektivna izotropna radijaciona snaga- EIRP i definiše sa

EIRP = 10 log P G ( dB )

Sl. 5.4. Blok-šema satelitskog kanala sa naznačenim ključnim parametrima koji služe za izračunavanje odnosa signal/šum

Na ulazu u transponder djeluje, pored korisnog signala i aditivni šum. On se sastoji od termičkog šuma, osnovnog šuma Zemlje, šuma koji indukuje atmosfera i atmosferske padavine, šuma Sunca itd. Ovaj zbirni šum pokazuje uniformnu spektralnu gustinu. Svi ti šumovi se nazivaju ekvivalentni šum prijemnika. Snaga tog šuma se izražava sa

N= kTe B,

Gdje je k-Bolcmanova konstanta, Te- ekvivalentna temperatura šuma u K0, B-širina propusnog opsega. Temperatura ekvivalentnog šuma je vrlo zgodan parametar koji se rado primjenjuje u savremenoj tehnici i zamjenjuje konvencionalni faktor šuma F sa kojim je vezan relacijom

FN= 1+ ( Te/T0),

gdje je T0 sobna temperatura ( 273+20)0C. Ekvivalentna temperatura šuma dobrog prijemnika na satelitu iznosi oko 10000K, što odgovara faktoru šuma od 7 dB. Znatno je manje ošumljen prijemnik zemaljske stanice, koji može da ima Te= 20 0K, što odgovara faktoru šuma od oko 0.3 dB. Za praksu je važno znati ukupnu snagu šuma koja ulazi u prijemnik po jednom hercu širine opsega što se naziva gustinom snage šuma, a definiše se sa

39

N0= k Ts,

gdje je Ts ekvivalentna temperatura sistema.

U satelitskim telekomunikacijama umjesto klasičnog odnosa signal/snaga šuma ( P/N), češće se koristi odnos snaga nosioca/ gustina snage šuma ( C/N0) koja se u praksi izražava kao

( C/N0)*=( PStmax)*-BO+( GZS/Ts)*+ a ( ω)+M*-k*,

gdje BO predstavlja bekof koji je u praksi od 1-10 dB ( za digitalni prenos je nešto manji, a za analogni nešto veći). Odnos GZS/Ts predstavlja faktor dobrote prijema ( tj. odnos pojačanja prijemne antene i temperature šuma u sistemu), koji je za frekvenciju od 4 GHz oko 40 dB/0K za zemaljsku stanice, dok je za satelit manji, oko 5 dB/0K. Veličina a ( ω) predstavlja ukupno slabljenje dionice koje iznosi oko 195 dB kod 4 GHz. M- predstavlja marginu sigurnosti koja se dodaje zbog atmosferskog fedinga ( kiša) i uzima se 4 dB za 4 GHz. Najzad k* je Bolcmanova konstanta u dB ( k*= 10 log k= -195.6 dBm/0K). Kada se na bazi odabranog postupka modulacije i usvojene vjerovatnoće greške odredi potreban odnos C/N0, onda desna strana gornje jednačine mora zadovoljavati taj odnos. Pri tom su samo EIRP ( PST) i faktor dobrote prijema (G/T) stvarno slobodni parametri koje projektant sistema može u izvjesnoj mjeri slobodno birati. 5.5. Interferencija signala

Broj telekomunikacionih satelita u geostacionarnoj orbiti u stalnom je porastu, a još brže raste broj odgovarajućih zemaljskih stanica. Frekvencija je obično 6/4 GHz ( mada ne mora biti), gdje se prvi broj odnosi na uzlaznu, a drugi na silaznu dionicu, pa je sve više prisutna opasnost od međusobnog ometanja- interferencije. Iz tog razloga već su, za satelitske veze, rezervisani kanali na višim frekvencijama ( 14/11 i 30/20 GHz). Međutim, kvalitet tih kanala više je zavisan od meteoroloških uslova, što se adekvatnom tehnologijom nastoji umanjiti. Na slici 5.5. ilustrovani su važniji izvori interferencije.

40

Slika 5.5.Ilustracija problema interferencije satelitskih i zemaljskih RR sistema

Pretpostavimo da zemaljska stanica ZS-1 radi sa satelitom S-1, a ZS-2 sa S-2. Istovremeno rade i radio-relejne stanice RR-1 i RR-2. Na oba satelita antene za globalno prekrivanje obasjavaju obe zemaljske stanice i obe radio-reljne stanice, dok ZS-1 svojim glavnim listom „ vidi“ samo satelit S-1, a ZS-2 vidi samo S-2. Međutim, svojim bočnim listovima antena ZS-1 može da vidi i susjednu zemaljsku stanicu ZS-2, obe radio-relejne stanice, kao i satelit S-2. Ako je predajna frekvencija nekog od pomenutih susjeda jednaka prijemnoj frekvenciji naše zemaljske stanice ZS-1, onda će u ZS-1 nastati tzv. kanalna interferencija. Međutim, ako se ometajuća frekvencija razlikuje od naše ( ali ne suviše), tj. ako se naš i susjedni opseg djelomično preklapaju, kažemo da nastaje međukanalna interferencija. Da bi se eliminisale ove pojave koriste se pojasni filtri prikazani na slici. Predajnik zemaljske stanice može da ometa i svoj prijemnik, iako se uzlazna i silazna frekvencija razlikuju za više od 1 GHz. Glavni uzrok tom samoometanju je nesavršenost mehaničke konstrukcije zajedničkog antenskog talasovoda, koja ga čini nelinearnim elementom, a manjim dijelom i nesavršenost pasivnog filtra F2 koji za jake signale može da se pokaže kao nelinearan. Zbog nesavršenosti izrade talasovod može na

41

svojim spojevima da generiše štetne spektralne komponente koje mogu da padnu u propusni opseg. Zbog toga se pri konstrukciji antenskog feedera i pasivnog prijemnog filtra strogo vodi računa o njihovom kvalitetu. Slična pojava samoometanja prisutna je i na transponderu kada satelit koristi jedan zajednički antenski sistem za predaju i prijem. Međutim, zbog relativno malih dimenzija antena na satelitu, ekonomski i tehnički može biti opravdano da se koriste odvojene antene: jedna za prijem a druga za predaju. Ometanje transpondera od strane drugih satelita i drugih zemaljskih stanica ( preko bočnih latica zračenja), također je moguće. Postoji još i opasnost od jednog specifičnog samoometanja satelita. Zbog nelinearnosti izlaznog TWT pojačavača na satelitu, u spektru predajnog signala postoje kombinovane frekvencije bliske uzlaznoj frekvenciji satelita, pa bi određeni intermodulacioni produkti mogli preko bočnih listova zračenja da uđu u prijemnu antenu satelita. Da do toga ne bi došlo, signal na izlazu iz transpondera propušta se kroz pojasni filtar. Da bi se pomenuta ometanja satelitskih i radio-relejnih sistema držala u dozvoljenim granicam, neophodno je da se striktno poštuju međunarodne preporuke u pogledu plana dodjeljivanja frekvencija i maksimalno dozvoljenog fluksa snage pojedinih predajnika.

5.6. Ugaoni razmak između satelita

Stvarna geostacionarna orbita odstupa od idealnog kružnog oblika zbog neregularnosti Zemljinog magnetskog polja i zbog radijacionog pritiska sunčevih zraka. Pored toga, ni inklinacioni ugao orbite nije strogo jednak nuli. Zbog svega toga geostacionarni satelit, kada ga se posmatra sa Zemlje, ne stoji fiksno u jednoj tački iznad nas nego se pomjera prema Istoku ili Zapadu opisujući svojom podsatelitskom tačkom na Zemlji figure poput izdužene osmice. Nominalni ugaoni razmak između dva susjedna satelita, kada ih gleda zemaljski posmatrač, mora biti veći od neke kritične vrijednosti da susjedni satelit ne bi ometao našu zemaljsku stanicu koja radi sa našim satelitom. Kritična vrijednost ugaonog razmaka mora se uvećati za neku marginu sigurnosti uslijed pomenutog pomjeranja satelita. Povremenim aktiviranjem malih raketnih motora, može se komandom sa Zemlje vršiti popravka, odnosno očuvanje položaja satelita. Za različite modulacione sisteme dozvoljena snaga interferencije ima kritične vrijednosti za koje je moguće odrediti kritični ugaoni razmak između satelita. Tako se za satelitske telekomunikacije na bazi

42

frekvencijske modulacije dobije minimalni ugaoni razmak od 2.90, pri idealnom očuvanju položaja satelita.

5.7. Međupolarizaciona diskriminacija

Da bi se udvostručio informacioni kapacitet satelita koristi se postupak dualne polarizacije elektromagnetskog talasa.. Naime, dva dualno polarizovana talasa prenose se zajedničkim radio- frekvencijskim kanalom, tj. radne frekvencije su im iste. Tako se raspoloživi radio-frekvencijski opseg satelita dvostruko koristi. U praksi se koristi jedan od sljedećih postupaka dualne polarizacije: -ortogonalna polaizacija, gdje se jedan talas polariše horizontalno, a drugi vertikalno, i - cirkularna polarizacija gdje se jedan talas polariše cirkularno u desno, a drugi u lijevo. U idealnim teorijskim uslovima moguće je na prijemu potpuno razdvojiti dualno polarizovane talase. Međutim, u realnim uslovima potpuna diskriminacija ( razdvajanje) nije ostvarljiva, pa dolazi do preslušavanja između dualno polarizovanih talasa, tj. nastaje tipična kanalna interferencija. Ona je više izražena kad pada jaka kiša koja povećava slabljenje na dionici i vrši depolarizovanje polarizacionog talasa. U frekvencijskom opsegu iznad 20 GHz depolarizaciju izazivaju i ledeni kristali koji se formiraju u odsustvu kiše.

5.8. Odnos signal/interferencija Pored snage ekvivalentnog šuma ( PN=N), snaga interferencije ( PI=I) predstavlja glavni faktor koji ograničava kvalitet, odnosno pouzdanost prenosa. Zato je potrebno definisati i odnos: signal/interferencija

(C/I)=Pc/PI ,što je isto kao i odnos snage nosioca i snage interferencije. Ovaj odnos nam kaže koliko je puta snaga nosioca Pc veća od snage interferencije PI. Obično se preporučuje projektantima da od ukupne snage smetnje, tj. snage svih šumova i svih interferencija, 10% otpada na interferenciju koja dolazi od drugih satelitskih veza, 10% na interferenciju koja dolazi od zemaljskih radio-relejnih sistema, a preostalih 80 % na termički šum i sve ostalo. Odnos signal/šum i odnos signal/interferencija su veličine koje učestvuju u definisanju najvažnije karakteristike digitalnog prenosnog sistema. A to je vjerovatnoća greške po bitu.. U komercijalnim

43

satelitskim sistemima se zahtjeva da najveća vjerovatnoća greške po bitu ne bude veća od 10-4.

5.9. Vjerovatnoća greške

Pošto je snaga predajnika na satelitu vrlo skupa, u satelitskim komunikacijma se koriste one metode modulacije koje uz najmanji odnos signal/šum obezbjeđuju najbolji kvalitet prenosa. Takve su frekvencijska modulacija (FM), pri analognom prenosu i impulsna fazna modulacija (PSK), pri digitalnom prenosu. Da bi se problem pojavljivanja greške u satelitskim telekomunikacijma mogao najbolje sagledati, neophodno je najvažnije odnose signal/šum i signal/ interferencija dovesti u vezu sa najvažnijom karakteristikom digitalnog prenosnog sistema: sa vjerovatnoćom greške po bitu,/1/. Pri tom se to posebno radi za svaku vrstu impulsne modulacije. Na slici 5.8 data je vjerovatnoća greške po bitu za BPSK u funkciji odnosa signal/šum ispred faznog detektora u zemaljskom prijemniku a za razne vrijednosti odnosa signal/interferencija. Sa dijagrama se vidi da se pri smanjivanju odnosa signal/ interferencija u zemaljskom prijemniku, brzo povećava vjerovatnoća greške i to naročito brzo kad je (C/I)2<10 dB. To znači da je u posmatranom primjeru interferencija na silaznoj dionici bez većeg uticaja na kvalitet prenosa sve dok je ( C/I)2>(C/I)1 . Rezultat matematičke analize satelitskog kanala sa linearnim transponderom je iznenadjujući. Vjerovatnoća greške u om slučaju je znatno veća ( isprekidana linija) nego u slučaju nelinernog transpondera. Prema tome, performanse satelitskog kanala u slučaju linearnog transpondera su znatno lošije nego u slučaju nelinearnog transpondera.

44

Slika 5.8. Vjerovatnoća greške po bitu za BPSK u funkciji odnosa signal/šum ispred faznog detektora u zemaljskom prijemniku a za razne vrijednosti odnosa signal/interferencija. a) pri nelinearnom transpnderu ( pune linije), b) pri linearnom transponderu ( isprekidane linije)

6.VIŠESTRUKI PRISTUP SATELITU

Prve veze ostvarene posredstvom telekomunikaciotiog satelita između Sjeverne Amerike i Evrope bile su komunikacije od "tačke do tačke" , tj. komunicirale su međusobno samo dvije zemaljske stanice preko jednog satelita. Međutim, broj zemaljskih stanica koje su željele da komuniciraju preko satelita je počeo da raste, te se nametnuo problem višestrukog pristipa jednom satelitu.

U početku je ovaj problem bio rješavan na isti način kao i kod radio-relejnih stanica, tj. na bazi frekvencijske modulacije i na bazi frekvencijske raspodjele kanala (FM/FDM), pri čemu svaka pristupna zemaljska stanica koristi jednu ili više svojih frekvencijskih modulisanih uzlaznih, odnosno silaznih, radiofrekvencija. Ovaj postupak se naziva višestruki pristup bazi frekvencijske raspodjele- FDMA ( Frequency Division Multiple Access).

45

Slika 6.1 Veza tačka-ka-tački

Kasnije se ispostavilo da je mnogo povoljnije koristiti višestruki pristup na bazi vremenski raspodjeljenih kanala -TDMA ( Time Division Multiple Access), pri čemu se pristupnim zemaljskim stanicama dodjeljuje određeni vremenski interval unutar zajedničkog satelitskog vremenskog rama, tako da jedan jedini digitalno-modulisani RF nosilac prenosi digitalne signale svih pristupnih zemaljskih stanica.Postoji i treći način višestrukog pristupa koji se zasniva na različitosti kodova kod pojedinih pristupnih zemaljskih stanica -CDMA ( Code Division Multiple Access), što se doskora koristilo, uglavnom, u vojnim satelitskim telekomunikacijama, a danas se sve više i više koristi i u komercijalne svrhe.

6.1 Pristup na bazi frekvencijske raspodjele

Tehnika multipleksiranja i demultipleksiranja analognih telefonskih govornih signala na bazi frekvencijske raspodjele telefonskih kanala (SSB/FDM) predstavlja najstariji i najrasprostranjeniji tip jednovremenog prenosa više signala kroz zajednički medijum. Ova tehnika primjenjena je i u radio-relejnim telekomunikacijama na zemlji gdje je SSB/FDM signal frekvencijski modulisao mikrotalasni nosilac. Tako su nastali klasični FDM/FM radio-relejni sistemi koji su poslužili kao osnova za razvoj satelitskih telekomunikacija. Logičnim proširivanjem koncepcije frekvencijskog muitipleksa razvijena je prva metoda za višestruki pristup satelitu na bazi frekvencijske raspodjele (FDMA). Prve primjene ove metode odnosile su se na multipleksiranje SSB/FM signala putem raspoređivanja FM signala unutar radio-kanala transpondera.

46

Slika 6.2 Veza na bazi frekvencijske raspodjele

Svaka zemaljska pristupna stanica dobila je bar po jedan FM talas kako za uzlaznu tako i za silaznu dionicu.U nekim novijim rješenjima FDMA sistemima je analogni FM talas zamijenjen digitalnim četverofaznim modulisanim talasom (QPSK) koji nosi samo po jedan PCM kodovani telefonski govorni signal.

Na sledećoj slici je prikazana jedna FDM šema, tipična za GEO komunikacione satelite. Konkretnije, ova šema se koristi od strane satelita Galaxy. Sateliti koriste frekvencije C-opsega (propusni opseg od 500 MHz) podeljen na 24 kanala, svaki širine 40 MHz. Svaka frekvencija se prenosi od strane dva nosioca sa ortogonalnom polarizacijom. Razmak izmedju kanala (guardband) je 4 MHz, što znači da je širina kanala 36 MHz.

Slika 6.2 Raspodjela kanala na bazi frekvencijske raspodjele

Svaki od kanala se može koristiti za brojne namjene, a neke od tipičnih su:• 1200 govornih kanala• jedan kanal kapaciteta 50 Mbps

47

• 16 kanala, svaki kapaciteta 1.544 Mbps• 400 kanala, svaki širine 64 kbps• jedan analogni video signal• 6 do 9 digitalnih video signala Na osnovu prethodnog uočili smo da se satelit koristi kao posrednik kod veza tipa tačka ka tački izmedju dvije radio stanice. Takođe smo napomenuli da se frekventni opseg može ponovo koristiti ako se upotebe antene koje zrače signale na istoj frekvenciji (kokanale) u ortogonalnim ravnima (horizontalna i vertikalna) U čisto analognoj varijanti FDMA postupka u transponderskom kanalu širine 36 MHz normalno se prenosi do 14 RF nosilaca,što je ujedno i maksimalan broj pristupnih zemaljskih stanica po jednom transponderu. Pri tom je svaki RF nosilac frekvencijski modulisan grupom od 24 telefonska kanala koji su prethodno multipleksirani postupkom SSB. To znači da jedan transponder može da preuzme 14 zemaljskih stanica sa ukupno 336 telefonskih kanala. Da bi se obezbjedila tačna automatska regulacija pojačanja u transponderu i u zemaljskom predajniku, satelit stalno emituje signale RF parova. Postavlja se pitanje, zašto je ukupni propusni opseg satelita podijeljen na tako veliki broj transponderskih kanala između kojih treba da postoji zaštitni frekvencijski opseg, čime je smanjen kapacitet kanala? Razlozi su slijedeći:-Ukupni opseg.satelita B, ne može se koristiti za jedan modulisani ekstremno širokopojasni RF signal zbog pojave fazne disperzije elektromagnetnog talasa u jonosferi.-Što je manja ukupna širina spektra jednog korisnog ili sume više korisnih signala, utoliko su manji intermodulacioni produkti, pa utoliko manji može biti backoff izlaznog amplifikatora snage.-Što je veći broj odvojenih transponderskih kanala uz odgovarajuće odvojene antene tačkastog snopa, utoliko je efikasnije mogućno rutiranje informacija.-Pri većem broju transponderskih kanala lakše je dodijeliti poseban kanal nekoj slabijoj pristupnoj stanici i time onemogućiti potiskivanje te slabije stanice na na nelinearnoj kasrakteristici TWT amplifikatora.-itd. Da bi se sa istim satelitom mogao obezbijediti prenos većeg broja kanala nego to dozvoljava FDMA postupak, ovaj postupak je modifikovan, čime je uveden SCPS ( Single Channel Per Carrier) postupak koji se sastoji u tome da se svaki telefonski signal prenosi sa posebnim nosiocem, tako da u određenom trenutku zemaljska stanica šalje prema satelitu samo onoliko uskopojasnih RF nosilaca, koliko to zahtjeva

48

trenutni saobraćaj. Na taj način se štedi na snazi predajnika i na širini zauzetog frekvencijskog opsega. Jedna usavršena varijanta SCPS sistema stekla je naročito široku primjenu: to je uređaj za višestruki pristup po zahtjevu pretplatnika postupkom PCM s jednim telefonskim kanalom po nosiocu- SPADE ( Single Channel Per Carrier Pulse Modulation Multiple Access Demand Assigneđ Equipment). U stvari, SPADE objedinjuje princip SCPS postupka sa principom TASI ( Time Assigneđ Speech Interpolation), koji se godinama koristi u prenosu podmorskim kablom, a sastoji se u tome da se pretplatnik uključuje na telefonski kabi samo u aktivnim intervalima govora.Na taj načinje, na primjer, za 100 telefonskih pretplatnika potrebno obezbjediti 40 kanala. Ovaj princip se koristi i kod satelita.

Pretplatnički telefonski signal prije uključivanja u SPADE sistem mora biti digitalizovan postupkom PCM sa 8 bita po odmjerku, uz frekvencijsko odmjeravanje fo=8000 odm./s. Po SPADE sistemu može da se smjesti u jednom transponderskom kanalu od 36 MHz ukupno 800 SCPC telefonskih kanala (400 odlaznih i 400 dolaznih). Impozantan broj od 800 telefonskih kanala uz maksimalno 800 prisutnih zemaljskih stanica po jednom transponderskom 36 MHz širokom kanalu predstavlja skoro dvostruko veće povećanje kapaciteta i 100-struko povećanje broja mogućih zemaljskih pristupnih stanica u odnosu na situaciju kad se koristi čisto analogna FM/FDM tehnika. Pored povećanja broja telefonskih kanala sistem SPADE donosi i znatnu uštedu na ukupno potrebnoj RF snazi, jer se RF nosilac uključuje samo u vremenu dok je telefonski govor aktivan, tj. u samo 40% od ukupnog vremena razgovora dvaju pretplatnika. Čim detektor aktivnosti govora otkrije pauzu, isključuje se RF nosilac da bi se ponovo uključio tek kad govorni signal poraste iznad nekog unapred usvojenog praga. Na taj način postiže se ušteda od preko 4 dB na snazi TWT amplifikatora na Zemlji i u transponderu.

U praksi se koriste sledeće dve forme FDMA tehnika: 1. FAMA (Fixed Assignement Multiple Access) 2. DAMA (Demand Assignement Multiple Access)

FAMA – FDMA

Na slici 6.3 je prikazan primjer FAMA-FDMA dodjele, kod koje sedam zemaljskih stanica dijeli uplink kapacitet od 36 MHz. (slična dodjela važi i za downlink smjer prenosa.) Kao što se vidi sa slike, stanici A je dodjeljen propusni opseg od 5 MHz (od 6237.5 do 6242.5 MHz) u kome se mogu prenositi 60 VF kanala koristeći FDM-FM (FDM se koristi za prenos 60 kanala, a FM (Frequency Modulation) za modulaciju kanala na nosećoj frekvenciji 6240 MHz). Saobraćaj između stanica A i B se ostvaruje po 24 kanala,

49

izmedju A i D takođe po 24 kanala, a izmedju A i E po 12 kanala.Ostali spektar do 36 MHz između ostalih zemaljskih stanica dijeli se prema potrebama saobraćaja.

Slika 6.3 Primjer FAMA-FDMA dodjele

DAMA – FDMA

Prvi komercijalno dostupan DAMA-SCPC (Single Channel Per Carrier) sistem bio je SPADE (Single Channel Per Carrier, Pulse Code Modulation Multiple Access Demand Assignement) uveden na satelitima INTELSAT. Svaki podkanal prenosi 64 kbps QPSQ (Quadrature Phase Shift Keying) signal, koji zauzima opseg od 38 kHz, plus 7 kHz za razdvajanje.

Slika 6.4 DAMA-FDMA

50

Obično signal se koristi za prenos PCM kodiranog govornog signala. Ukupno je dostupno 794 podkanala. Ovi kanali se uparuju tako da dva kanala udaljena medjusobno za 18.045 MHz mogu da se uvek koriste za vezu tipa potpuni dupleks (full duplex), tj. uparuju se 3 i 404, 4 i 405, ..., 399 i 800. Pored toga, postoji i zajednički kanal za potrebe signalizacije (CSC- Common Signaling Channel) širine 164 kHz po kome se prenose PSK (Phase Shift Keying) signali brzinom 128 kbps.

Slika 6.5 Raspodjela po kanalima

6.2 Pristup na bazi vremenske raspodjele

U cilju prevazilaženja nekih nedostataka FDMA i u cilju potpunijeg uklapanja satelitskih telekomunikacija u tehniku digitalnog prenosa razrađeni su i postupci višestrukog pristupa satelitu na bazi vremenske raspodjele (TDMA). Princip rada TDMA objasniti ćemo uz pomoć dijagrama na sledećoj slici. Pretpostavimo da tri zemaljske stanice A, B i C međusobno komuniciraju posredstvom satelita. Takođe pretpostavimo da se radi o prenosu telefonskih govornih signala koji se prema standardnom PCM/TDM postupku odmjeravaju u intervalima To=125 μs, koduju sa 8 bita po odmjerku i multipleksiraju unutar zemaljskog PCM rama. U svakoj pristupnoj zemaljskoj stanici, tako formirani PCM signal zajedno sa dopunskim adresama za identifikaciju upisuje se relativno sporim ritmom tokom satelitskog rama u elastičnu memoriju iz koje se relativno bržim ritmom iščitava u određenom trenutku tokom narednog satelitskog rama. Tako nastaje kratak paket impulsa koji modulišu RF nosilac.

51

Usmjerenom antenom zemaljske stanice paket impulsa šalje se uzlaznom dionicom prema satelitu. Ovaj paket RF impulsa se zove berst(burst=prasak).

Svaka zemaljska pristupna stanica u određenom vremenskom redosljedu šalje svoj berst. Trenutci odašiljanja bersta tako su odabrani da u transponder nikada ne stižu dva bersta istovremeno. Zbog pogonske sigurnosti između berstova postoji određeni zaštitni vremenski interval. Transponder, ukoliko mu predajna antena nije oštro usmjerena, vraća sve berstove tako da svaka zemaljska stanica prima u intervalima od po T sekundi skup berstova (tj. satelitski ram), pa odabira onaj koji je toj stanici namijenjen. Odabiranje bersta vrši se na osnovu vremenskog položaja bersta u satelitskom ramu ili na osnovu posebne adrese koja se prenosi u tzv. preambuli, tj. u nizu impulsa u početku svakog bersta.Transponderski ram u trajanju T/=125 μs podijeljen je na 25 vremenskih kanala . U svakom od njih može se smjestiti jedan berst zemaljske pristupne stanice.Na početku svakog bersta nalazi se preambula ( šrafirani dio), a zatim slijedi standardni format zemaljskog PCM rama koji u datom primjeru sadrži 120 TDM telefonskih kanala. Preambula sadrži sve potrebne informacije za pravilan rad sistema. To su: signali za sinhronizaciju nosećeg talasa i sinhronizaciju digitskog takta, kodovani signal za definisanje početka bersta, kodovani signal adrese pošiljaoca, signal za promjenu raspodjele zona u satelitskom ramu i signal za uspostavljanje i raskidanje veze.

Slika 6.5 TDMA okvir

52

Telefonski govorni signali se koduju i upisuju u elastičnu memoriju. Po komandi centralnog procesora memorija se brzo isčitava da bi se u QSPK obavila modulacija na međufrekvenciji od 70 ili 140 MHz. Međufrekvencijski signal transponuje se na mikrotalasnu frekvenciju reda GHz i dalje šalje preko antenske skretnice i usmjerene antene prema satelitu. U prijemnom dijelu procesi su inverzni. Centralni monitor povezan je sa tranzitnom telefonskom centralom od koje dobija i kojoj šalje informacije o potrebnom povećanju ili smanjenju saobraćaja. Kod ovog sistema korisna informacija se u zemaljskoj stanici prevodi u oblik digitalno modulis anog signala, a zatim se množi svojim, specifičnim pseudoslučajnim nizom. Ovaj niz ima vrlo visoku prekidačku frekvenciju ( u odnosu na frekvenciju korisnog signala), tako da dolazi do ekspanzije pređajnog modulacionog spektra ( Spread Spectrum). Na taj način signali svih pristupnih stanica na ulazu u transponder preklapaju se po vremenu i frekvenciji, a razlikuju se samo po trenutcima svojih faznih promjena. U zemaljskom prijemniku vrši se kompresija informacionog spektra ponovnim množenjem primljenog ekspandovanog signala onom istom prekidačkom funkcijom ( tj. pseudoslučajnim nizom) kojim je taj signal bio pomnožen u zemaljskom predajniku. Inače, za pojam Spread Spectrum Signals kod nas se koristi termin signal sa ekspandovanirn spektrom ili širokopojasni signal, s tim da se onaj prvi može smatrati adekvatnijim jer pojam ekspandovanja spektra signala ( kao operacija koja se izvodi u predajniku) i pojam kompresije spektra signala (kao operacija koja se izvodi u prijemniku), čine jednu cjelinu.

Ideja o korištenju signala sa ekspandovanirn spektrom je stara više od 60 godina, a sadašnja primjena ovih signala je rezultat napora da se u komunikacionim i radiolokacionim sistemima obezbjedi visok stepen imunosti na aktivno ometanje, izviđanje i prisluškivanje. Signali sa ekspandovanirn spektrom se danas koriste i u kosmičkim istraživanjima ( svemirska letilica SPACE SHUTTLE), a u satelitskim telekomunikacijama pomoću ovog sistema moguće je već danas realizirati sisteme sa viće od 20 uključenih satelita.Pored gore navedenih prednosti, sistemi sa ekspandovanirn spektrom imaju još i slijedeće osobine:-Moguće je formiranje multipleksa u kom svi kanali rade na istoj frekvenciji.-Moguća je realizacija selektivnog ( adresnog) obraćanja korisniku sistema.-Moguće je taćno određivanje lokacije stanice sa kojom se komunicira.-Moguće je kvalitetno komuniciranje preko medija u kojima je formirana polikanalna struktura.

53

Slika 6.6 TDMA uplink i downlink

6.3. Organizcija TDMA sistema

Uvod

Višestruki pristup u vrmenskom domenu (TDMA), uopšteno, predstavlja metod pristupa kanalu komunikacijskih mreža, zasnovan na principu deljenja istog frekvencijskog kanala u različitim vremeskim intervalima. Dakle, korisnici vrše transport podataka uzastopno, jedan za drugim, u kratkim vremenskim intervalima. Ovaj pristup dozvoljava da više transmisionih stanica koristi isti transmisioni medium (frekvencijski kanal), što može znatno da poveća kapacitete prenosa. TDMA može da se definiše kao vrsta vrsta TDM-a (Time Division Multiplexing), koja umesto da ima jedna transmiter povezan na jedan prijemnik (risiver), poseduje veći broj transmitera. Zbog svojih pogodnosti, TDMA sistem nalazi široku primenu u praksi, naročito u mobilnim komunikacijama, novim integrisanim digitalnim mrežama i satelitskim komunikacijama.

TDMA u satelitskim komunikacijama

U satelitskim komunikacijama TDMA je vrlo brzo potisnuo frekvencijsku raspodelu FDMA, prvenstveno zbog mnogo većih kapaciteta u slučaju priključivanja većeg broja stanica u prenos. To je veoma važno zbog

54

činjenice da smanjuje potrebu za postavljanjem novih satelitskih stanica, što je veoma skupo.Dakle, u satelitskim komunikacija posmatramo nekoliko zemaljskih stanica, koje međusobno komuciraju preko satelita, odnosno transpondera. U zemaljskim stanicama se formiraju signali (obično PCM), i zajedno sa dopunskim adresama za indentifikaciju se upisuju sporim ritmom u elastičnu memoriju iz koje se znatno brže izčitavaju za vreme odgovarajućeg vrmenskog intervala, koji pripada toj zemaljskoj stanici. Tako nastaje kratak paket impulsa, u odnosu na interval odmeravanja ulaznog signala, koji modulišu mikrotalasni nosilac. S obzirom da je u kratkom paketu implusa smeštena relativno velika količina informacija, ovaj paket se u literaturi najčeće naziva berst (eng. burst - prasak). Usmerenom antenom paket se šalje prema transponderu na satelitu. Svaka zemaljska stanica, prema utvrđenom redosledu, u određenom vremenskom intervalu šalje svoj berst. Vreme kada određena zemaljska stanica emituje svoj berst je tako određeno da na transponder nikada ne stižu dva bersta istovremeno. Takođe, zbog povećanja sigurnosti i mogućih smetnji i dodatnih kašnjenja, između berstova postoji određeni zaštitini vremenski interval. Takođe, brestovi grupe zemaljskih stanica koje komuniciraju preko jednog transpondera, nikada ne popunjavaju do kraja raspoloživi interval u frejmu, već se uvek ostavlja određena rezerva, zbog eventualnog prihvatanja signala sa drugih zemaljskih stanica ili zbog mogućnosti povećanja saobraćaja unutar date grupe zemaljskih stanica. Transponder vraća sve brestove prema svim zemaljskim stanicama, koje ih prihvataju i izdvajaju onaj berst koji je namenjen određenoj zemaljskoj stanici. Izdvajanje odgovarajućeg bersta se vrši pomoću posebne adrese koja se zajedno sa korisnim informacijama prenosi unutar svakog bersta u tzv. preambuli. Sledeće slike prikazuju postupak komuciranja zemaljskih stanica preko satelita i formiranje povorke podataka u vremenskom domenu:

55

sl. 6.7 Komunikacija preko satelita

sl . 6.8 Formiranje vremenskog multipleksa

Na slici 6.8 možemo da vidimo kako se formira struktura rama sistema za komunikaciju koji koriste TDMA pristup. Transponderov ram je obično podeljen na nekoliko desetaka vremenskih zona (intervala). U svaku zonu može da se smesti jedan berst određene zemaljske stanice - učesnika u komunikaciji. Na početku svakog bersta nalazi se preambula, zatim sledi deo sa korisnim informacijama. Kod ranijih satelitskih sistema korisnu informaciju je činio standardni PCM ram, jer su se prvi sistemi koristili za telfonske komunikacije. Preambula sadrži potrebne informacije za pravilan rad sistema, a to su:

56

signali za sinhronizaciju nosećeg talasa i za sinhronizaciju osnovnog PCM takta (kod telefonskih komunikacija)

kodovani signal za definisanje početka bersta kodovani signal adrese pošiljaoca signal za promenu raspodele vremenskih zona (intervala) signal za uspostavljanje i raskidanje veze

Signali za sinhronizaciju se koriste da bi se izbegle teškoće oko sinhronizma između zemaljskih stanica, koje učestvuju u komunikaciji, i transpondera. Praktično, svaki berst ponovo uspostavlja sinhronizaciju u svakom prijemniku. Pošto se impulsi od zemaljske stanice do transpondera uglavnom prenose postupsima n-arne fazne modulacije mikrotalasnog nosioca, demodulator se mora dovesti u sinhronizam na početku svakog primljenog bersta. Za uspostavljanje sinhronizacije lokalnog oscilatora i takt generatora, u prvim satelitskim TDMA sistemima služila je povorka od dvadeset sinhronizacionih bita.

Kodovani signal za definisanje početka bersta ima dvojnu funkciju, treba da omogući prijemniku da prepozna adresu pošiljaoca, i da tačno definiše početak prve kodne reči u berstu, da bi mogla da se obezbedi sinhronizacija korisničkog rama (PCM rama za telefonske komunikacije). Da bi se omogućio pravilan prijem ovog važnog signala, on treba da bude dovoljno redundantan, da smetnje ne bi poremetile rad sistema. U prvim satelitskim kominikacionim sistemima, ovaj signal je imao dužinu od 12 bita, čime se obezbeđivala detekcija i korekcija 2 pogrešno prenesena bita. Takođe, dekoder posmatra berst samo u vremenskom intervalu kada se očekuje dolazak preambule.

Kodovani signal adrese pošiljaoca sadrži 5 bita i ima funkciju da prijemnik iz skupa primljenih berstova odabere i izvoji onaj berst koji je njemu namenjen.

Signal za promenu raspodele vremenskih zona sadrži 2 bita pomoću kojih predajnik obaveštava transponder da li želi skraćivanje ili proširivanje bersta, a u slučaju prekida šalje znak za alarm. Promena raspodele vremenskih zona je veoma važna da bi se što optimalnije, u odnosu na broj zemljskih stanica koje učestvuju u komunikaciji i na brzinu protoka informacija koja se pri tome zahteva, iskoristio jedan transponderov ram.

Signal za uspostavljanje i raskidanje veze služi za komuniciranje participanata, tj. ušesnika u kominikaciji, preko transpondera.

57

Međutim, na početku preambule, mora da postoji jedan zaštitni interval (u prvim sistemima od 8 bitskih intervala), koji je potreban zbog varijacija u vremenu prostiranja izmeđuzemaljskih stanica i transpondera na satelitu. Naravno, potrebno je da trajanje preambule bude što je moguće kraće, jer se gubi na kapacitetu sistema. U prvim satelitskim TDMA sistemima, preambula je činila do 15% trajanja bersta. Na sledećoj slici je prikazan format vremenskog frejma transpondera:

sl. 6.9 Struktura TDMA preambule

Nove tehnologije u TDMA sistemima

Nove tehnologije su omogućile još optimalniji prenos podatakta pomođu TDMA sistema i poboljšanje njihovih karakteristika. Jedana poboljšana verzija TDMA sistema predstavlja dinamički TDMA. To je algoritam za automatsku rezervaciju promenjivog broja vremnenskih intervala, čime se obezbeđuje potreban protok podataka u skaldu sa zahtevima za intenzitet saobraćaja za svaki komunikacioni kanal.

58

Takođe, razvijaju se nove tehnološka rešenja za poboljšanje kvaliteta veze zemaljskih stanica sa transponderom na satelitu. Npr. u zavisnosti od vremenskih prilika i slabljenja koja se njima uzrokuju, adaptivni predajnik povećava snagu transmisije toliko da se kompenzuju atmosferski gubici. Praktično, takav sistem regulacije kvaliteta signala se koristi pri relaizaciji Uplink Power Control (UPC), kontrole snage predaje signala pri transmisiji.

Regulacija pojačanja se vrši na osnovu merenja gubitaka pri propagaciji, za šta se koriste dodatni sistemi. Međutim, i ovakav sistem ima svoja ograničenja, prvensveno zbog ograničenog pojačanja emitovanog signala, jer se izbegava nelinearna karakteristika pojačavača. Ovakav sistem kompenzacije slabljenja se ne može da se koristi za kompenzaciju slabljenja signala sa transpondera, jer on radi blizu tačke zasićenja i izobličenja bi bila neizbežna.

Karateristike TDMA sistema

TDMA sistem ima verlo visoke kapacitete prilikom priključivanja više zemaljskih stanica, što nije slučaj kod FDMA. Kapacitet TDMA sistema sa povećanjem participanata je prikazan na sledećoj slici:

sl. 6.10 Zavisnost efikasnosti transmisije od broja korisnika

Prednosti TDMA sistema su očigledne: pored toga što se transmisija obalja na jednoj nosećoj frekvenciji, što znači ušteda u spektru, efikasnost transmisije ostaje velika i sa povećanjem broja korisnika. Takođe, za razliku od FDMA sistema ne moće da dođe do interferencije između dva

59

kanala. Loša strana ovakavog rešenja je velika potreba za sinhronizacijom signala (brestova), međutim, taj problem je prevaziđen visokim stepenom automatizacije pri sinhronizaciji. Takođe, pri većim potrebnim protocima podataka, potrebno je povećati snagu transmisije i propusni opseg.

6.4. Sinhronizacija u TDMA mreži

TDMA vrši raspodjelu raspoloživog spektra na vremenske intervale (slotove). Informacija koja je sadržana u svakom od slotova naziva se berst. Vremenski trenuci su organizovani u frejmove koji omogućuju sinhronizaciju. U TDMA sisemima veći broj zemaljskih stanica ,,čeka na red” da emituje berst preko zajedničkog transpodera, tj. digitalni podaci iz raznih izvora proce se sekvencijalno u dodjeljenim vremenskim trenucima. Svaki frejm se sastoji od referentnog bersta i serije traffic bersta. Kako referentni berst u satelitskom ramu određuje trenutke za mjerenje vremena na samom satelitu, bilo bi za očekivati da se generator referentnog bersta nalazi na satelitu i da se referentni berst sa satelita ravnopravno upućuje ka zemaljskim stanicama. Međutim, zbog problema pouzdanosti, gabarita i težine, nije tako. Generator bersta je smješten u jednoj od zemaljskih stanica koja se proglašava referentnom (naziva se još i Master Station). Ona generiše taj referentni berst, šalje ga prema satelitu, a sa satelita se taj berst retranslira (npr. Antenom za globalno prekrivanje) prema pristupnim zemaljskim stanicama, koje moraju primati isti TDMA ram. Ako to nije slučaj, problem se komplikuje i mora se rješavati primjenom više referentnih stanica. Referentni berst se sastoji od sledećeg:

carrier and bit timing recovery sequence (CBTRS) za sinhronizaciju predajnog i prijemnog nosioca i modema

jedinstvene riječi (UW). indetifikaora stanice mrežne upravljačke informacije

Svaki berst počinje sa preambulom koja omogućuje sinhronizaciju, signalne informacije i indentifikuje predajnu stanicu.Referentni berst i preambule formiraju veličinu frejma frame overhead. Što je njegova veličina manja TDMA sistem je efikasniji, ali je teže ostvariti sinhronizaciju. Minimalna dužina frejma je 125μs (odgovara dužini govornog kanala). Maksimalna dužina je proizvoljna.

60

sl. 6.11 TDMA okvir

Signali za sinhronizaciju. Da bi se izbjegle teškoće održavanja sinhronizma između zemaljskih stanica i transpondera, praktrično rješenje je nađeno u tome da berst svaki put nanovo uspostavlja sinhronizam u svakom prijemniku. Za uspostavljanje sinhronizacije mikrotalasnog oscilatora i lokalnog takt generatora služi povorka od 20 bita u trajanju od 200ns

Kodovani signal za definisanje početka bersta. Ovaj signal ima dvojnu ulogu: da omogući prijemniku da prepozna adresu pošiljaoca i da tačno definiše početak prve kodne riječi u berstu, tj. Da obezbjedi sinhronizaciju PCM rama. Sa 12 bita u kodnoj riječi može se obezbjediti prepoznavanje i korigovanje 2 pogrešno prenesena bita. Da bi se smanjila vjerovatnoća pogrešnog prijema ovog važnog signala, dekoder posmatra berst samo u trajanju određenog vremenskog prozora kada se očekuje dolazak preambule.Kodovani signal adrese pošiljaoca. Ovaj signal sadrži 15 bita i ima očiglednu namjenu da omogući prijemniku da iz skupa berstova odabere njemu namjenjeni

Signal za promjenu raspodjele zona. Sa dva bita ovim signalom predajnik obavještava transponder da želi skraćivanje ili proširivanje bersta a takođe, u sličaju prekida, šalje znak za alarm.

Signal uspostavljanja i raskidanja veze. Ovaj signal sadrži jedan bit i služi za komuniciranje participanata koji preko transpondera uspostavljaju 4-žičnu telefonsku vezu.

Kako se obezbjeđuje međusobna sinhronizacija pristupnih zemaljskih stanica u TDMA mreži?

Bilo bi logično pretpostaviti da se to može riješiti na isti način kao i u slučaju zemaljskih digitalnih mreža, ali nije. Razlika u odnosu na TDM je u tome što kod TDM svaki podatak dolazi od istog predajnika i klok frekvencija se ne mijenja, u TDMA svaki frejm se sastoji od većeg broja

61

nezavisnih transmisija. Svaka stanica mora da zna kada da šalje(prenosi) podatke i mora biti ustanju da obnovi (povrati) nosioc i klok za svaki primljeni berst u vremenu da bi složila sve željene baseband kanale (što nije lako u slučaju niskih C/N odnosa). Grupa zemaljskih stanica, od kojih je svaka na različitom rastojanju od satelita, mora da emituje sopstveni berst podataka propisanim redosljedom kojim oni treba da dođu na satelit. Pored toga čak ni geostacionarni sateliti nisu mirni, već se kreću do izvjesnih granica, a što je uzrokovano raznim razlozima među kojima su: stalno kretanje od Istoka prema Zapadu (ovaj drift se kompenzuje svakih 30-40 dana paljenjem pomoćnih raketnih motora koji se aktiviraju telekomandom sa Zemlje i tako vraćaju satelit natrag sa tih do 150 km koje on napravi), uticaj gravitacionog polja Zemlje i Mjeseca zbog čega je orbita ekscentrična a ne kružna, inklinacioni ugao nije nula već do 0.50 u odnosu na ekvatorijalnu ravan. Zbog relativnog kretanja satelita satelita u odnosu na zemaljsku stanicu dolazi do Doplerovog efekta, tj. do razlike između odgovarajućih radnih frekvencija na satelitu i na Zemlji. Zbog svega ovoga potrbno je obezbjediti dodatnu sinhronizaciju, što nije nimalo jednostavno. U tu svrhu postoje dodatni uređaji kao što su Doplerov bafer, plesiohroni bafer, ekspanzioni bafer koji se sastoje od električnih memorija. Uprošteno se može reći da je zadatak Doplerovog bafera da učini konstantnim ukupno vrijeme prenosa signala računajući od tačke digitalnog sučeljavanja PCM i TDMA mreže u jednoj, do odgovarajuće tačke sučeljavnja u drugoj pristupnoj stanici. U cilju potpune kompenzacije varijacija vremena prenosa signala u cijeloj TDMA mreži treba da postoji poseban Doplerov bafer u svakoj tački digitalnog sučeljavanja u svim pristupnim zemaljskim stanicama.

Zadatak pleziohronog bafera je da do izvjesne granice apsorbuje razliku između osnovnih taktova PCM i TDMA mreža.Kako referentni berst u satelitskom ramu određuje trenutke za mjerenje vremena na samom satelitu, bilo bi za očekivati da se generator referentnog bersta nalazi na satelitu i da se referentni berst sa satelita ravnopravno upućuje ka zemaljskim stanicama. Međutim, zbog problema pouzdanosti, gabarita i težine, nije tako. Generator bersta je smješten u jednoj od zemaljskoh stanica koja se proglašava referentnom. Ona generiše taj referentni berst, šalje ga prema satelitu, a sa satelita se taj berst retranslira (npr. Antenom za globalno prekrivanje) prema pristupnim zemaljskim stanicama, koje moraju primati isti TDMA ram. Ako to nije slučaj, problem se komplikuje i mora se rješavati primjenom više referentnih stanica. Obično se koriste dva principa za sinhronizaciju:

loop back synchronization cooperative synchronization

62

U loop back(ili self-locking) sinhronizaciji svaka zemaljska stanica prima sopstvene transmisije i koriguje vrijeme tako da se traffic berst uklapa u odgovarajući TX prozor. Svaka zemaljska stanica podešava svoj klok na referentno vrijeme koje se označava kao SOTF (Start Of Transmit Frame), definisano tako da referentni berst napusti transponder u istom trenutku kao i referentni bit na kontrolnoj stanici (master station).

Intelsat TDMA koriste cooperative synchronization. Kontrolna stanica nadgleda berstove i šalje vremenske instrukcije svakoj predajnoj stanici.Osnovni element je kašnjenje D koje mora proteći između početka prijema multifrejma (SORMF) i početka slanja multifrejma (SOTMF). U Intelsat sistemima master emituje D svaka 32 multifrejma. Poznajući SORMF stanica broji klok periode da odredi početak svakog TX frejma i vrijeme unutar tog frejma da šalje podatke. Kada jednom uspostavi sinhronizaciju stanica automatski vrši kompenzaciju varijacija rastojanja satelita.

7. REGENERACIJA IMPULSA NA SATELITU

U današnjim satelitskim telekomunikacijama transponder vrši ulogu repetitora koji linearno ili nelinearno pojačava i retranslira RF signale.Slični repetitori koriste se već odavno u zemaljskim kablovskim i radio-relejnim vezama koji rade na bazi analognih postupaka prenosa.Zato je na početku razvoja satelitskih telekomunikacija(dok su radio-relejne veze radile isključivo sa analognom frekvencijskom modulacijom ) nastojalo da se transponder oblikuje kao linearni repetitor.Međutim,iz razloga pouzdanosti i efikasnosti,kao RF pojačavač snage na satelitu dolazila je u obzir TWT cijev,koja se pri jačem pobudnom signalu ne može smatrati linearnim elementom.Zbog toga je transponder postao nelinearni repetitorkojem se na nivo RF pobude mora strogo kontrolisati da nelinearna izobličenja ne bi prekoračila dozvoljene granice.Ova slabost naročito dolazi do izražaja u sistemima sa višestrukim pristupom na bazi frekvencijske raspodjele (FDMA),jer pri povećanom broju pristupnih stanica moramo da povećavamo bekof TWT pojačavača snage,a samim tim smanjujemoukupni kapacitet transpondera.

Čim je počelo uvođenje digitalnih postupaka u sateliske telekomunikacije,odmah se pokušalo izgraditi transponder kao regenerativni repetitor sa svim poznatim prednostima regeneracije impulsa.U tom cilju,nastojalo se iznaći najefikasnije a najjeftinije rješenje.Pri tom su formirana dva rješenja:optimalno i podoptimalno,čije su blok šeme date na slici 7.1.

63

Slika 7.1 Blok šema transpondera

Prikazana je konfiguracija jednog idealnog regenerativnog transpondera,koja obuhvata sljedeće osnovne funkcije:

-ekstrakcija referentnog RF nosioca-koherentna PSK detekcija-ekstrakcija digitskog odnosa bitskog takta-odlučivanje-diferencijalno kodovanje-generisanje RF nosioca-direktna PSK modulacija RF nosioca

Sve navedene funkcije moraju se realizovati uz strogo poštovanje sljedećih osnovnih zahtjeva:vrlo velike pouzdanosti,male težine i potrošnje.Činjenica je da današnja kola za ekstrakciju referentnog nosioca nisu dovoljno stabilna da godinama rade bez podešavanja,pa je zato uvedena nešto jednostavnija konfiguracija data na slici b.Tu je,umjesto koherentnog PSK detektora uveden prostiji diferencijalno-koherentni detektor(DCPSK) sa linijom za kašnjenje.Međutim,on zahtijeva veći odnos signal/šum,pa se zbog toga mora povećati snaga zemaljske stanice.To je cijena kojom se plaća pojednostavljenje detektora na satelitu.Pošto DCPSK detektor sam vrši i diferencijalno dekodovanje,ispušten je blok diferencijalnog dekodera.

64

Kako u optimalnoj tako i u podoptimalnoj konfiguraciji blok za diferencijalno kodovanje označen je crtkano,jer se može izostaviti.Naime,direktni PSK modulator u regenerativnom transponderu koristi svoj sopstveni generator nosećeg talasa,a samim tim se obezbjeđuje koherencija RF nosioca u svim berstovima koji se šalju prema Zemlji.

7.1 Primjer SS/TDMA regenerativnog transpondera

Tehnika višestrukog pristupa na bazi vremenske raspodjele (TDMA) pruža izvanredne pogodnosti za realizaciju komutirane TDMA mreže u kojoj se veze između pojedinih pristupnih stanica mijenjaju u skladu sa potrebama saobraćaja,a raspoloživa snaga i frekvencijski opseg transpondera koriste se na najekonomičniji način.

Transpoder u kojem se vrši komutacija berstova pristupnih zemaljskih stanica u anglosaksonskoj literaturi se označava sa SS/TDMA(Satellite Switched=satelitski komutirani).U današnjim SS/TDMA satelitima komutacija berstova se vrši pomoću mikrotalasnih preklopnika na nivou RF signala.Preklopnici su obično izrađeni od PIN dioda.U cilju povećanja pouzdanosti u svakoj komutacionoj tački mikrotalasne matrice koristi se po nekoliko PIN dioda.

Pošto je sa stanovišta pouzdanosti mikrotalasna komutaciona matrica kritičan element,logična je misao da se komutacija pristupnih stanica na satelitu vrši na NF nivou standardnim LSI kolima.Takođe je potrebno da se detektovani digitalni NF signal prije komutacije oslobodi svih šumova i smetnji postupkom regeneracije i da se poslije komutacije digitalnim signalom moduliše RF nosilac.Tako se dolazi do konfiguracije SS/TDMA regenerativnog transpondera predstavljenog na sljedećoj slici,a kod kojeg su u odnosu na prethodni podoptimalni model uveden i lokalni takt generator na satelitu. Time je omogućena jednostavna sinhronizacija svih digitalnih taktova u komutacionoj matrici.

65

Slika 7.2 SS/TDMA regenerativni transponder

Uporedimo jedan neregenerativni i jedan regenerativni SS/TDMA satelit čije su blok šeme date na sljedećim slikama:

66

Slika 7.3 Poređenje neregenerativnog i regerenerativnog SS/TDMA transpondera

Neka na satelitu raspolažemo sa osam oštro usmjerenih antena koje se mogu uperiti ka raznim tačkama na Zemlji.Antenski snopovi su tako oštri da je između njih dovoljno velika prostorna izolacija,pa za sve snopove možemo koristiti zajednički frekvencijski opseg.U prijemnom(ulaznom) smjeru svaka tačkasta antena priključuje se na prijemnik koji vrši predpojačanje i konverziju frekvencije RF signala.U cilju povećanja pouzdanosti svuda su uključena po dva paralelna prijemnika.Izlaz svakog para prijemnika dovodi se na mikrotalasnu komutacionu matricu veličine 8x8.Kontrolor preklopnika(po naređenju sa Zemlje) upravlja mikrotalasnim prekidačima i vrši potrebnu komutaciju berstova.Prije odašiljanja svaki komutirani RF signal pojačava se u TWT amplifikatoru snage i na izlazu filtrira.Radi povećanja pouzdanosti,svi TWT su udvostručeni.

Što se tiče regenerativnog SS/TDMA satelita,svaki od osam antenskih ulaza priključen je na regenerator digitalnog signala.Digitskim taktom koji je u odnosu na takt zemaljske stanice promijenjen usljed Doplerovog efekta,NF signal upisuje se u elastičnu memoriju.Iščitavanje iz te memorije vrši se zajedničkimsatelitskim taktom koji se stvara u

67

lokalnom takt generatoru.U IC matrici vrši se komutacija NF berstova.Pored toga, ubacuje se referentni berst koji se stvara u posebnom generatoru.Kontrolni blok(po zapovjedi sa Zemlje) upravlja radom IC matrice i u pauzama između sukcesivnih berstova vrši resetovanje svih elastičnih memorija.Osam izlaza iz IC matrice direktno modulišu zajednički RF nosilac u odgovarajućim poluprovodničkim modulatorima.

Referentni talas stvara se u kristalnom oscilatoru i pojačava TWT amplifikatorom snage,a zatim preko djelitelja snage razvodi prema pojedinim PSK modulatorima.Zbog povećanja pouzdnosti svi sklopovi su udvostručeni.

Pored toga,u satelitu postoji još po jedna rezervna garntura tih sklopova koja se može uključiti telekomandom.

Na osnovu upoređivanja ova dva sistema,može se zaključiti da regenerativni SS/TDMA satelit ima manju težinu i znatno manju potrošnju(350-594W) uz sustinsko pojednostavljenje sinhronizacije i povećanje koeficjenta korisnog dejstva TDMA mreže,a ima i drugih prednosti.

68

8. PRIMJERI SATELITA I SATELITSKIH SISTEMA

Šta je zapravo satelit?

Slika 8.1. Putanja satelita

-Satelit je objekat koji orbitira (putujući okružuje) oko drugog objekta. Na primjer Mjesec zemljin satelit, dok je Zemlja sunčev satelit, kao što je prikazano na slici 1. Putanja kojom se kreće satelit naziva se orbita i može biti kružnog i eliptičkog oblika.

Orbiting Machines ( orbitirajući objekti-mašine )

Slika 8.2. Satelit.

69

-U ovom izlaganju predstavljeno je čovjekovo djelo, vještački sateliti (slika 2.) koji okružuju Zemlju i Sunce sa visoko specijalizovanim alatima koji svakoga dana izvode na hiljade zadataka – operacija. Svaki od ovih satelita posjeduje veliki broj dijelova od kojih su konstruisani. Dva uobičajena dijela koja su zajednička za sve satellite se nazivaju: payload i bus.

Satellite Elements ( elementi satelita )

Slika 8.3 Elementi satelita.

-Payload (slika 3.) čini cjelokupnu opremu koja je satelitu potrebna da bi obavljao osnovne aktivnosti. Oprema uključuje antene, kamere, radare i elektroniku i različita je za svaki satelit. Naprimjer: za vremenske satelite uključuje kamere potrebne za prikupljanje fotografija stanja vremenskih prilika i izgleda oblaka dok za komunikacijske satellite uključuje antene velikih dimenzija potrebnih za prenos televizijskog ili telefonskog signala prema Zemlji.

Bus (slika 3.) je onaj dio satelita koji nosi payload i sve njegove dijelove u svemir. On čuva sve komponente satelita zajedno i obezbjeđuje napajanje električnom energijom, operacione kompjutere i pogon svemirske letjelice. Bus takođe posjeduje opremu koja omogućava satelitu da komunicira sa Zemljom.

70

Satellite Anatomy ( građa satelita )

Slika 8.4 Građa satelita

-Satelit je veoma složena mašina. Svi sateliti su napravljeni od nekoliko podsistema koji zajedno rade i objedinjeni su u jedan veliki sistem pomoću koga sateliti i ostvaruju željene ciljeve, određene u svojoj misiji. Ova pojednostavljena ilustracija pokazuje ključne dijelove daljinski kontrolisanog satelita. Glavni podsistemi prikazani na slici 4, grupisani su i označeni jedinstvenom bojom.

Command and Data ( komande i podaci ) -podsistem komandi i podataka vrši kontrolu nad svim funkcijama svemirske letjelice. Ovaj podsistem je praktično mozak satelita. Njegov glavni dio je kompjuter za kontrolu leta. Takođe posjeduje ulazno-izlazni procesor koji usmjerava sve kontrolne podatke prema kompjuteru za kontrolu leta.

Pointing Control ( kontrola podešavanja ) -ovaj podsistem za podešavanje položaja satelita čuva satelit stalno u istom položaju i usmjerava u pravom smjeru kretanja. Koristi senzore, kao oči, tako da satelit može da "vidi" gdje se zapravo usmjerava. Takođe, satelitu je potreban put kojim se kreće ka ispravnoj poziciji. Na taj način sistemu je obezbjeđen mehanizam za kretanje ili sila okretanja. Tip kontrole podešavanja jednog satelita zavisi od misije koja se ostvaruje. Satelit koji

71

vrši naučna posmatranja zahtjeva precizniji sistem za podešavanje, nego što je to potrebno komunikacijskom satelitu.

Communications ( komunikacije ) -podsistem za komunikacije posjeduje transmiter ( predajnik), receiver (prijemnik), različite vrste antena kojima se prenose paketi poruka između satelita i Zemlje. Zemaljska kontrola koristi ovaj sistem kako bi mogla da šalje operativne instrukcije (uputstva) kompjuteru satelita. Ovaj sistem takođe šalje fotografske bilješke i druge podatke prikupljene od strane satelita nazad ka inžinjerima na Zemlji.

Power Systems ( sistem za napajanje ) -svi sateliti za nesmetan rad zahtijevaju izvor za električnog napajanja. Većina satelita koji okružuju Zemlju koristi sunčevu energiju. Ovaj sistem za napajanje koristi solarne ćelije (panele), kojim se sunčevu energija pretvara u električnu energiju i koja se dalje distribuira u jedinice iz kojih se napajaju svi instrumenti satelita. 

 Payload ( oprema ) -payload je sve što je satelitu potrebno da bi izvršavao određene aktivnosti – misije. Komunikacijski sateliti zahtijevaju antenske reflektore velikih dimenzija za slanje telefonskih i televizijskih signala. Jedan Zemljin daljinski kontrolisani satelit zahtijeva digitalnu kameru i senzore slike da bi mogao fotografisati i prikupljati podatke o zemljinoj površi. Sateliti za naučna istraživanja zahtijevaju teleskope i senzore slike pomoću kojih vrše posmatranje i snimanje zvijezda i drugih planeta.

Thermal Control ( temperaturna kontrola )-podsistem za temperaturnu kontrolu vrši zaštitu opreme unutar satelita od oštećenja koja nastaju nepovoljnim okruženjem u svemiru. U orbiti, satelit je izložen ekstremnim uslovima, visokim promjenama temperature npr. Od 120°C ispod nule u sjenci do 180°C iznad nule na suncu. Kontrola temperature upotrebljava jedinice za odvođenje visoke temperature i temperaturne prekrivače u cilju zaštite osjetljivih elektronskih komponenata unutar satelita od uništenja izazvanih ovako velikim temperaturnim promjenama.

72

Communications ( komunikacijski sateliti )

Slika 8.5 Komunikacioni satelit

-Ovo je primjer komunikacijskog satelita koji se naziva EchoStar 3. Koristi se za slanje televizijskog signala u domove Sjeverne Amerike. Danas postoji više od 100 komunikacijskih satelita koji okružuju Zemlju.

Relay Stations ( prenosne stanice )

Slika 8.6 Komunikacioni satelit kao prenosna stanica

-Komunikacijski sateliti se u svemiru ponašaju kao prenosne - relejne stanice (slika 6.) . Ljudi ih koriste da bi prenijeli poruke sa jednog kraja svijeta na drugi. Ove poruke mogu da budu telefonski pozivi, televizijska slika ili čak internet konekcija kao ova koja se koristi danas.

73

Footprints ( tragovi prekrivanja signalom )

Slika 8.7 Tragovi prekrivanja signalom

-Komunikacijski sateliti kao što je EchoStar nalaze se u geo sinhronoj orbiti (geo=Zemlja + synchronous = srasmjerno-sinhrono kretanje). To znači da se satelit nalazi uvijek iznad jedne tačke na Zemlji. Područje na Zemlji koje "vidi" satelit naziva se trag prekrivanja signalom- footprint. Na slici 7. prikazan je trag prekrivanja koji se odnosi na Afrički kontinent. Korisnik signala u Africi može da koristi ovaj satelit da bi komunicirao sa bilo kim drugim u Africi.

Slika 8.8 Preklapanje tragova prekrivanja

-Takođe možemo da koristimo satellite kao prenosne - relejne sisteme kojim šaljemo signale bilo gdje na Zemlji. Na slici 8. prikazano je preklapanje tragova prekrivanja koji potiču od četiri različita satelita. Ako bi željeli poslati signal iz Afrike ka jugoistočnoj Aziji mogli bi ili preskakati signalom određeno područje ili preusmjeriti signal koristeći veći broj satelita.

74

Earth Remote Sensing ( Zemaljska daljinska kontrola )

Slika 8.9 Satelit za snimanje

-Sateliti sa daljinskom kontrolom kao što je prikazan na slici 8. ispituje, odnosno proučava Zemljinu površinu. Na visini od 300 milja ( 480 km) ovaj satelit koristi visokokvalitetne kamere za skeniranje – snimanje planete. Satelit šalje povratne promjenljive podatke o globalnom okruženju.

Kako se koristi satelitsko snimanje?

-Instrumenti na daljinski kontrolisanim satelitima proučavaju biljni pokrivač Zemlje, hemijski sastav, vodene površine i mnoge druge karakteristike planete. Lica koja rade na farmama, ribolovnim i rudničkim područjima i mnogim drugim granama industrije smatraju ove informacije veoma korisnim.

Takođe, daljinski kontrolisane satellite koristimo i za proučavanje promjena na površini zemlje uzrokovane ljudskim radom. Primjer ovih (slika 10.) uključuje dijelove Zapadne Afrike gdje se stvaraju pustinje, zatm globalno iskorištavanje prirodnog bogatstva, sječe šuma, itd.

Great Salt Lake Eastern Seaboard Brazilian Rainforest West Africa

Slika 8.10 Satelitski snimci

75

Weather Satellites ( sateliti za ispitivanje vremena )

Slika 8.11 Satelit za snimanje vremena

-Ovaj satelit nazvan je TIROS (Television Infrared Observational Satelite). (slika 11.). On snima vremenske uslove i promjene oko cijelog svijeta. Mnoge zemlje koriste TIROS–ove podatke za prognozu vremena, uočavanje dolazeće oluje i naučna istraživanja.

NOAA Sistem

Slika 8.12 NOAA satelitski sistem

-TIROS je dio sistema satelita za praćenje vremena kojeg koristi NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) (slika 12.). Postoje dva TIROS satelita koja okružuju Zemlju preko njenih polova. Oni rade sa drugim skupom satelita iz geo sinhrone orbite nazvani geo stacionarni operativni sateliti iz okruženja. Koristeći ovu grupu satelita, meteorolozi proučavaju vremenske i klimatske uslove oko cijelog svijeta.

76

Vulkani Vjetrovi Spašavanje

Slika 8.13 Upotreba metereoloških satelitskih snimaka

-Sateliti za vremenska proučavanja posjeduju mnoge instrumente. Podatke, slike oblaka i njihovih oblika snimljenih ovim satelitima moguće je svakodnevno vidjeti na televizijskim vijestima. Naravno, drugi instrumenti služe za mjerenje temperature, vlažnosti i sunčeve radijacije unutar atmosfere. Takođe postoje i senzori koji mogu biti od pomoći u operacijama traganja i spašavanja (slika 13.).

Global Positioning System ( sistem za globalno pozicioniranje )

Slika 8.14 GPS satelit

-Ovaj satelit (slika 14.) je dio grupe satelita koji može da nam kaže tačnu geografsku dužinu, širinu i visinu. Razvijen je u vojne svrhe, mada se danas koristi u civilne i od velike je važnosti svakodnevnog ljudskog života.

Ostale upotrebe GPS satelita

77

Slika 8.15 Upotreba GPS za navigaciju -GPS satelit se koristi za navigaciju (slika 15.) gotovo u svim dijelovima Zemlje, npr.: u avionima, brodovima, automobilima, itd. Može se reći “Gdje god da se nalazimo, ukoliko imamo GPS prijemnik, nikada se nećemo izgubiti!”.

Science Research Satellit ( naučno istraživački sateliti )

Slika 8.16 Satelit SOHO

-Mnogi sateliti u orbiti sprovode naučne eksperimente i posmatranja. Jedan od njih je SOHO (SOlar and Heliospheric Observation) (slika 16.). Njegova uloga je proučavanje Sunca.

78

Šta je zapravo SOHO?

Soho je internacionalni projekat podržan od strane Evrope i Sjedinjenih Država. To su veoma sofisticirani instrumenti koji mogu da mjere aktivnosti unutar Sunca , atmosferu ili pokrivač, proučavaju i njegovu površ (slika 17.).

Slika 8.17 Snimci SOHO satelita

Razlika u orbitama

Slika 8.18 Razlika u orbitama

-Satelit SOHO se razlikuje od ostalih koji učestvuju. Kao prvo SOHO ne orbitira Zemlju (slika 18.). Zapravo on orbitira oko Sunca, otprilike million milja udaljen od Zemlje. Od njegovog položaja, Mjesec i Zemlja nikad ne zaklanjaju njegov čisti pogled prema Suncu. SOHO satelit je jedinstven po tome što nikada ne obilazi Zemlju.

Low Earth Orbit ( niska Zemljina orbita )-LEO

79

Slika 8.19 LEO satelit

-Kada satelit kruži blisko Zemlji kažemo da se nalazi u niskoj zemljinoj orbiti-LEO (slika 19.). Sateliti koji se nalaze u LEO su samo na visini od 200 – 500 milja ( 320-800 km). Zbog blizine njihove orbite Zemlji oni se moraju kretati veoma brzo tako da ih sila gravitacije ne bi privukla nazad u atmosferu. Brzina satelita u LEO iznosi 17.000 milja na sat ( 27.359 kilometara na sat )! Oni mogu da obiđu Zemlju za otprilike 90 minuta.

Slika 8.20 Snimak Zemlje satelita

-Niska Zemljina orbita se koristi zato što je najbliža Zemlji i daje spektakularne poglede na Zemlju. Posada Space Shuttle-a putujući u niskoj Zemljinoj orbiti napravila je snimak Zemlje (slika 20.) . Sateliti koji posmatraju naš planet, kao što su daljinski kontrolisani i sateliti za vremenska ispitivanja, često putuju kroz LEO iz razloga što takva visina omogućava prikupljanje veoma detaljnih slika Zemljine površine.Raspored orbita po visinama

•LEO (Low Earth Orbit) 2500 km •MEO (Medium Earth Orbit) 10.000 km•HEO (High Earth Orbit) 20.000 km•GEO (Geostationary Earth Orbit) 36.000 km

80

Space Junk ( svemirski otpad )

Slika 8.21 Satelitski otpad

-Okruženje niske Zemljine orbite postaje manje slobodno. USSC (United States Space Command) svemirska komanda Sjedinjenih Država čuva putanje brojnih satelita u orbiti. Ovo je grafički prikaz objekata u niskoj Zemljinoj orbiti (slika 21.).

-Prema USSC, postoji više od 8.000 objekata većih od nogometne lopte koji i sada kruže oko Zemlje. Mnogi naučnici su zabrinuti zbog tolikog broja objekata. Nisu svi od njih ispravni sateliti, to su najčešće dijelovi metala starih raspadnutih raketa, slomljenih satelita, pa čak i zamrznute otpadne vode. Pri brzini od 17.000 milja na sat čak i mali zavrtanj može udariti svemirsku letilicu jačinom udara kao što bi to mogla da izazove ručna granata. Ovo i jeste glavni razlog zašto USSC čuva putanje!

Polar Orbit (polarna orbita)

Slika 8.22 Polarna orbita satelita

81

-Polarna orbita (slika 22.) je djelimično tip niske Zemljine orbite. Jedina razlika je u tome što satelit u polarnoj orbiti putuje u smjeru sjever-jug umjesto više korišteni smjer istok – zapad.

Zašto se koriste polarne orbite?

Slika 8.23 Tragovi prekrivanja satelita sa polarnom orbitom

-Polarne orbite su više upotrebljivije za pregledanje Zemljine površine (slika 23.). Kako satelit orbitira u smjeru sjever –jug, Zemljina rotacija-spinovi ga povlače u smjeru istok-zapad. Kao rezultat, satelit u polarnoj orbiti može da skenira- snima kompletnu površ. To je kao guljenje narančine kore u jednom komadu. kružeći i kružeći, svaki put po jednu traku, konačno dobija se sve. Iz ovog razloga sateliti koji nadgledaju globalno okruženje kao što su daljinski kontrolisani i svakako sateliti za vremensko snimanje, gotovo se uvijek nalaze u polarnoj orbiti. Ni jedna druga orbita ne daje tako detaljno prekrivanje Zemljine površi.

Inclinations ( nagibljenje )

Slika 8.24 Nagibljenje polarne orbite

82

-Kažemo da polarna orbita ima svoje nagibljenje ili ugao koji iznosi 90. Ona je okomita na zamišljenu liniju koja presjeca Zemlju preko Ekvatora (slika 24).

Geosynchronous Equatorial Orbit (geosinhrona ekvatorijalna orbita)-GEO

Slika 8.25 GEO satelit

(potiče od naziva geo = Zemlja + synchronous = srasmjerno-sinhrono kretanje ).

-Satelit u geo sinhronoj ekvatorijalnoj orbiti GEO, lociran je direktno iznad Ekvatora (slika 25. ). Tačno 22.300 milja unutar svemira. Na toj udaljenosti satelitu je potrebno puna 24 sata da okruži planetu. Kako je i Zemlji potrebno 24 sata za putpuno obilaženje oko sopstvene ose tako se i satelit i Zemlja kreću zajedno. Prema tome, satelit u GEO uvijek ostaje direktno postavljen iznad iste tačke na Zemlji. ( Geo sinhrona orbita se najčešće naziva geo stacionarna orbita).

Footprints ( trag prekrivanja signalom )

Slika 8.26 Trag prekrivanja signalom

83

-Zbog velike udaljenosti, GEO sateliti imaju veoma velik pristup ka pogledu Zemlje (slika 26.). Na primjer: trag otiska EchoStar koji je radio difuzni satelit,pokriva gotovo cijelu Sjevernu Ameriku. Kako ostaje uvijek iznad iste tačke na Zemlji mi uvijek znamo gdje se GEO sateliti nalaze. Ako se antena direktno usmjerava, uvijek će postojati direktan kontakt sa satelitom. Mnogi komunikacijski sateliti putuju u GEO sinhronim orbitama , uključujući i one koji prenose televizijski signal u naše domove (slika 27.).

Slika 8.27 Upotreba satelita za prenos TV signala

Elliptical Orbit ( eliptička orbita )

Slika 8.28 Eliptička orbita

84

-Satelit u eliptičkoj orbiti prati putanju ovalnog oblika (slika 28.). Jedan dio orbite je najbliži centru Zemlje dok je drugi najudaljeniji dio. Satelitu u ovoj orbiti je potrebno 12 sati da obiđe planetu. Kao i polarne orbite, eliptičke orbite omogućavaju kretanje u smjeru sjever-jug.

Polar Coverage (polarno prekrivanje)

Slika 8.29 Polarno prekrivanje

-Kako se većina satelita nalazi u geo sinhronoj orbiti , trag otiska geo satelita ne prekriva polarne regione Zemlje (slika 29.). Komunikacijski sateliti u eliptičkoj orbiti prekrivaju područja na krajnjim sjevernim i južnim hemisferama planete koja inače nisu pokrivena geo satelitima

 Satellite Iridium ( satelit Iridijum )

Slika 8.30 Satelit Irijdijum

-Iridium je komunikacijski satelit kojeg je razvila Motorola (slika 30.). Zapravo, Iridijum je dizajniran kao sistem satelita. U sistemu treba da postoji 66 Iridijum satelita koji bi omogućili usluge mobilne telefonije i slanja podataka ( paging) širom svijeta. Svaki korisnik koji posjeduje Iridijum telefon biće u mogućnosti da napravi pozive u bilo kojem dijelu

85

svijeta. Prije nekoliko godina Motorola je započela lansiranje tih satelita u nisku zemljinu orbitu LEO. 1. januara 1998.godine, na poziciji je bilo 46 satelita. Dodatna lansiranja nastavljena su početkom iduće godine. Globalni servis planiran je 1998.godine i nije ni do sada uspješno završen.

Iridium Network ( Iridijum mreža )

Slika 8.31 Satelitski sistem Iridijum-Iridijum mreža se sastoji od 66 satelita postavljenih u niskoj Zemljinoj orbiti (slika 31.).Omogućava globalnu celularnu ( cellular) mobilnu komunikaciju u svako vrijeme i na svakom mjestu na Zemlji.

Featured Satellite—ACeS ( satelit budućnosti – AceS )

Slika 8.32 ACeS

86

Garuda-1 , jedan od najmoćnijih telekomunikacijskih satelita ikada lansiranih. Prvi u skupini-plejadi svemirskih letjelica koji će napraviti ASIA Cellular Satellite (ACeS) System (slika 32.).

ACeS system je prvi regionalni satelit zasnovan kao mobilni, telekomunikacijski sistem, dizajniran isključivo za region Azija-Pacifik.

Garuda-1 satelit udružuje umjetnički dizajn i tehničku produkciju. ACeS sistem posjeduje potencijal da obezbijedi servise komunikacije za 3 biliona ljudi sa područja Azije. Mnogi od njih danas nemaju osnovnu telefonsku uslugu.

8.1 Satelitski sistem ASTRA

Ovaj sistem predstavlja tipičan primjer radiodifuzijskih satelita ( koristi se za prenos TV ili radio programa )

Slika 8.33 ASTRA Antenski zemaljski sistem

Istorijat- kratak opis razvoja

1985. godine formira se Société Européenne des Satellites (SES) prvi evropski privatni satelitski operator sa sjedištem u Luksemburgu.1988. godine ASTRA 1A satelit je lansiran-prvi u floti koja danas broji ukupno 13 satelita.1989.godine ASTRA 1A počinje emitovanje satelitskog programa

87

1996. godine SES ASTRA uvodi uslugu digitalne televizije lansiranjem satelita ASTRA 1E.1997.godine nova usluga ASTRA-NET koja otvara nove mogućnosti pružajući usluge multimedijalnog servisa u satelitskim komunikacijama. 2001. godine nastaje SES GLOBAL ujedinjenjem SES ASTRA I AMERICOM-a čime ova firma dobija flout od 41 operativnog satelita.

Slika 8.34 Platforma ASTRA-NET

Usluge i pokrivenost

Danas ASTRA satelitski sistem nudi preko 1100 različitih analognih i digitalnih televizijskih i radio programa, te internet usluge za preko 91 miliona domova širom Evrope. Pokrivenost Evrope je od Moskve na isoku, do Irske na zapadu, te skandinavskih zemalja na sjeveru do Kanarsih ostrva na jugu. Televizijske kuće emituju svoj program ka satelitu ili preko vlastitih linkova ili preko SES ASTRA Satellite Control Facilities u Betzdorfu, Luksemburg. Sateliti konvertuju ove signale i šalju ih nazad na područje Evrope. Sa EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power- gdje se ovaj pojam odnosi na pojas na površini Zemlje koji je uglavnom u obliku koncentričnog kruga u kome je snaga primljenog signala sa satelita jednaka, odnosno bolje reći konstantna) od 52 dBW obezbjeđen je visok kvalitet prijema u gotovo svim područjima koje pokriva ovaj satelitski sistem – ovaj podatak se konkretno odnosi na satelit ASTRA 1F.

88

Usluge koje sistem ASTRA pruža su sljedeće:

Distribucija programa i to: radio i TV programa sa preko 1100 različitih programa (kanala).Interaktivna televizija tzv. Projekat SATMODE koji pruža slijedeće usluge:-televoting-home-shopping-SMS,chat i e-mail preko televizijskog interfejsa-interaktivne igre i klađenje..Televizija visoke rezolucije HDTV-ASTRA postaje začetnikom televizije visoke rezolucije na području Evrope, jer je prva emitovala putem satelita signal za televiziju visoke rezolucije.Direct-to-Cable je jedinstven servis koji omogućava operaterima kablovske televizije usluge broadband interneta.

Internet servisi namjenjeni kućnim korisnicima- uglavnom se svodi na omogućenje downloada velikim brzinama.

Flota - skup satelita:

Flota ASTRA satelita se sastoji od 13 satelita koji su raspoređeni na sljedeći način:

- sedam na poziciji 19.2º istočno i to su 1B, 1C, 1E, 1F, 1G, 1H, 2C- tri na poziciji 28.2º istočno i to su 2A, 2B, 2D- jedan na poziciji 5.2º istočno 1A- dva na poziciji 23.5º/24.2º istočno i to su : 3A I 1D

Oznaka u stepenima predstavlja poziciju satelita u odnosu na nulti meridijan.

Tehničke karakteristike satelita ASTRA 1E

Datum lansiranja: 19.10.1995Za lansiranje korištena : Ariane 4-2L, let broj 79Mjesto lansiranja: Korou, Francuska Gvajana.Masa atelita : 3014kgProizvođač: HughesOrbitalni položaj satelita: 19.2º EOčekivani vijek trajanja: 14 godina Potrošnja: 4150WBroj transpondera: 18EIRP : 51dBW

89

Broj kanala: 66 raspoređenih od 10.70GHz do 12.10GHz.Proizvođači satelita za SES ASTRA su: -Boeing Satellite Systems -Astrium -Alcatel SpaceKoji danas važe za proizvođače najkvalitetnijih satelita.Izrada jednog ASTRA satelita traje u prosjeku 3 godine u toku koje se vrše opsežna ispitivanja kako bi se osigurao kvalitetan rad u svemiru. Radni vijek jednog satelita iz ASTRA familije je nekih 15-ak godina.

Lansiranje:

Lansiranje ASTRA satelita su obavljenakorišćenjem usluga Arianespace-a I International Launch Services. Interesantno je to da je ASTRA 1F prvi zapadni satelit koji je lansiran jednom ruskom svemirskom raketom. To se desilo u aprilu 1996. godine sa kosmodroma Bajkonaur u Kazahstanu a raketa kojom je lansiran ovaj satelit je Proton D1e.Interesantno je takođe da sateliti lansirani raketama Inetrnational Launch Services, za razliku od Ariane 4 i 5, raspolažu sa više goriva koje im npr. može dobro koristiti kod popravke putanje odnosno orbite.

Savremeni trendovi u satelitskim komunikacijama:

Budućnost razvoja satelitskih komunikacionih satelita zavisiće od postavljenih zahtjeva korisnika ovih usluga kao I od troškova proizvodnje , lansiranja I održavanja satelita.Jedan od mogućih tendencija u razvoju satelitskih komunikacija je NASA-in Advanced Communications Technology Satellite (ACTS). Ovaj system se još eksperimentalno obrađuje I trebao bi da se sastoji iz određenog broja geostacionarnih satelita.Specifičnost ovog pristupa je u tome žto uplink (uzlazna dionica) , odnosno downlink (silazna dionica) pokrivaju znatno manju površinu Zemlje nego što je to za sada slučaj.Specifičnost se ogleda I u tome što se ovi uplink, odnosno downlink zraci mogu pomjerati pokrivajući tako različite tačke na površi Zemlje. Konačno, vjerovatno najveća specifičnost ACTS satelita je u tome što je frekvencija uplink signala 30GHz, a downlink signala je 20GHz, što ovaj sistem satelita čini prvim koji koristi I testira ovako visoke frekvencije za satelitske komunikacije.Pednosti ovakvog pristupa su sljedeće:

90

-upotreba viših frekvencija će skoro udvostručiti postojeći frekvencijski opseg za satelitske komunikacije,-više radne frekvencije omogućavaju da antena određene dimenzije ima veće pojačanje nego antenna istih dimenzija na nižim frekvancijama (povećava se kvalitet komunikacija- snaga signala koji se emituje skoncentrisana je na manjoj površini, manji footprint I umanjuje snaga koja se troši na satelitu),-ACTS može da prenese veću količinu informacija, u odnosu na sličan satelit na nižim frekvencijama.

Ovaj sistem je još uvijek u fazi testiranja- visoka cijena će sigurno biti velika prepreka u realizaciji.

Alternativni pristup se sastoji u korišćenju velikog broja LEO (low earth orbiting) satelita ne manje od 20 ali ne više od 250. Pažljivim planiranjem orbita ovaj sistem će omogućiti potpuno pokrivanje Zemljine površine uključujući i polove.

8.2.ACTS- satelitski sistem budućnosti

Uvod

12-og Septembra 1993. godine NASA je lansirala jedno od najrevolucionarnijih otkrića u istoriji svemirskih komunikacija, ACTS.

ACTS je prvi brzi, potpuno digitalni komunikacioni satelit. Prvi koji je imao ugrađen sofisticirani telefonski "switching" sistem. Može da prenosi podatke brzinama optičkih vlakana a da zadrži kvalitet, dodatne performanse, i uštedu koju su dotad mogli da ponude zemaljski sistemi. Radi na nezagušenom Ka-band-u (od 18 do 30 GHz). ACTS tehnologija se dobro integrira sa postojećim zemaljskim telefonskim sistemom, nudeći povezanost sa krajnje zabačenim krajevima.

Razvoj i istorija

ACTS je više od 6 godina testiran da bih se pokazale njegove mogućnosti i pouzdanost. U testiranju su učestvovale kompanije i institucije zajedno sa NASA-om.

Prva namjera je bila da se riješi problem zagušenja geostacionarne orbite gdje se nalaze komunikacioni sateliti. Sateliti u geostacionarnoj

91

orbiti lete brzinom koja odgovara brzini rotacije zemlje. Sateliti iste frekvencije moraju biti pozicionirani, po međunarodnom dogovoru, najmanje za 4 stepena od između drugih satelita.

Kompanije trebaju brzu komunikaciju da podrže svoje servise, kao sto su novčane transakcije ili mobilne mreže za korisnike. Zemlje bez mogućnosti za zemaljsku infrastrukturu se "otimaju" za svoje satelite. Broj satelita se sve više i više povećava sto dovodi do zagušenja.

Slika 8.36 ACTS satelit

Nova tehnologija je bila dizajnirana i lansirana da se demonstrira da ona može da zadovolji rastuće komunikacione potrebe. Finalna demonstracija nove tehnologije ACTS je bila u maju 2000. godine.

Nakon što je lansiran 1993. godina ACTS je bio testiran sve do maja 2000. godine. ACTS je funkcionisao besprijekorno, uz očekivane smetnje tokom proleća i jeseni kada su solarni paneli bili zamračeni.

Tehnologija

ACTS sadrži nekoliko tehnologija kroz koje čitav opseg glasovne, video i data komunikacije može biti ostvaren:

radi u Ka-band spektru, višestruke, snažnije antene koje omogućuju korištenje antena

manjih prečnika na Zemlji, ugrađenu komutaciju koja omogućuje direktno povezivanje dvije

Zemaljske stanice, radi u mikrotalasnom području što omogućuje veće brzine protoka

podataka i komunikacije.

92

Slika 8.37 Elektromagnetni spektar

Ka-Band transmisija

Jedan od načina da se poveća brzina prenosa je da se koriste veće frekvencije. Do ACTS-a, više frekvencije Ka opsega su bile neiskorištene. Većina satelita radi u nižem C- i Ku- opsegu.

Slika 8.38 Odnos frekvencije i informacije

93

ACTS može istovremeno da operiše sa glasom, prenosom podataka i telekonferencijskim transmisijama. Tri transpordera ACTS-a mogu procesirati preko milijardu bita u sekundi. ACTS koristi TDMA, slično kao kod mobilnih telefona. Kod TDMA, svakom korisniku je dodijeljen određen veliki dio propusnog opsega u kratkom periodu.

Slika 8.39 ACTS satelitske komponente

VIŠESTRUKE "HOPPING BEAM" ANTENE ("Antena Sa Skakajućim Snopom Zračenja”.)

Do pojave ACTS-a, komunikacijski sateliti su zračili jedan snop ili “footprint” (otisak) preko velikog dijela Zemlje. Ovo je efikasno za jednosmjernu komunikaciju kao što je televizijski prenos ali nije efikasno za dvosmjerni prenos.

Da udovolji real-time dvosmjernim komunikacijama za višestruke korisnike, ACTS koristi 5 usko fokusiranih snopova usmjerenih na 51 lokaciju. Svaki snop ima diametar 200 do 300 km, i svaki može da “skoči” sa jedne lokacije na drugu za manje od 1 mikrosekunde.

94

Slika 8.40 Klasično i ACTS prekrivanje

Uži, i više koncentrisani snopovi omogućuju manje i jefitinije Zemaljske stanice i lakše se probijaju kroz kišu. ACTS koristi manje snage, nudi tri puta veće komunikaciju i može da prenosi podatke 20 puta brže nego konvencionalni sateliti slične mase.

Ugrađeno digitalno procesiranje i komutacija

U cilju rutiranja i sortiranja podataka na velikim brzinama, ACTS je opremljen procesorom koji prespaja snopove zračenja. Prima podatke sa jednog snopa zračenja, pohranjuje podatke ako je potrebno i prosleđuje dalje odgovarajućem snopu – i to sve za manje od jedne mikrosekunde.

Slika 8.41 ACTS zemaljska stanica

Snopovi se interkonektuju koristeći tri transpordera, svaki sa raspoloživim bandwidth-om 900MHz (ukupni bandwidth C- i Ku-opsega je 250 i 500 MHz).

95

Zemaljske stanice

Glavna Zemaljska Stanica i Satelitski Operativni Centar

Glavna zemaljska stanica kontroliše satelite i mrežu, upravlja eksperimentima i sakuplja i čuva sistemske podatke.

Komandovanje, rangiranje i telemetrijske informacije su poslane ka i prema ACTS-u preko glavne zemaljske stanice.

Satelitski operativni centar se brine o zdravlju i statusu letjelice. Centar takođe rukovodi orbitalnim manevrisanjem.

Slika 8.42 ACTS terminal

Eksperimentalni terminali

NASA je izgradila ukupno 53 terminala za testiranje ACTS sposobnosti

96

Slika 8.43 Prenosivi ACTS terminali

High-data-rate terminali služe za brže prenose ka i od ACTS transpordera. Terminali sa veoma malim rasponom su razvijeni da rade sa “on-demand” protokom (1.8 Mb/s). Terminali sa ultramalim rasponom su veličine današnjih televizijskih terminala ali mogu slati podatke brzinom 1.5Mb/s i primati podatke brzinom 45 Mb/s.

Primjena

Telemedicina

ACTS je pomogao da se pruži visokokvalitetna, jeftina liječnicka pomoć u zabačenim krajevima. Iz svojih kancelarija doktori mogu dijagnozirati i procijenjivati pacijenta u nekom zabačenom kraju zahvaljujuci ACTS-u.

Slika 8.44 Upotreba ACTS kod telemedicine

Doktori sada mogu da vide i pričaju sa pacijentom putem ACTS kao i da dobiju dijagnostičke informacije od stetoskopa, ultrazvuka, EKG-a.

Industrija

Kompanije koje trebaju brze prenose podataka kao i potrebu za prenosom video i govora koriste ACTS. Kompanije koje operišu u nedostupnim krajevima kao sto su naftne kompanije na moru i okeanu mogu putem ACTS-a da komuniciraju sa svojim centrima na kopnu i tako vrše prenos podataka, tako da dalju obradu podataka vrše na kopnu.

97

Slika 8.45 Upotreba ACTS za navigaciju brodova

Edukacija

Studenti sada mogu uživo da budu sa istraživačima, recimo u Amazonskim prašumama. Preko ACTS-a mogu da vide i razgovaraju sa istraživačima koji se nalaze u zabačenim krajevima planete Zemlje.

Slika 8.46 Upotreba ACTS za učenje na daljinu

Pogled u budućnost

ACTS tehnologija je pokazala svijetu nove načcine kako da se koristi prostor u orbiti i resursi radio spektra. Nudi mogucnost u glasovnoj, video i data komunikaciji na mjestima gdje je malo ili nema infrastrukture uopšte.

98

9.SATELITSKI OTPAD

Još 1996. god je francuski mikrosatelit „CERISE“ neočekivano zapao u probleme kad su mu počeli nekontrolisano otpadati dijelovi. Kontrolna stanica na Zemlji nije mogla razriješiti ovu zagonetku, jer je taj vojni istraživački uređaj do tada besprekorno funkcionisao. Analizom radarske slike ustanovilo se da je bilo došlo do sudara ovog satelita sa dijelom jedne stare rakete. To se desilo po prvi put da je satelitski otpad, koji je ostao u kosmosu, izazvao smetnje kod aktivnog satelita, što je izazvalo veliku zabrinutost kod eksperata za svemirsku tehnologiju. Svi su oni svjesni činjenice da se u kosmosu nalazi mnogi isluženih neaktivnih satelita i ostataka raketa kojima su bili lansirani, te da o njima niko ne vodi brigu. A svaki takav komad je potencijalna opasnost za „saobraćaj“ u kosmosu s obzirom da im je brzina kretanja i do 30 000 km na sat. Doduše, brzina kretanja tog otpada je manja od brzine kretanja kosmičke prašine i meteorita, ali su oni izrađeni od metala te imaju veću probojnu snagu. Zbog svega ovoga je osnovana agencija IACD koja se bavi problemima svemirskog otpada. Radarima i teleskopima je do 1999. godine utvrđeno da u orbitama ima oko 8700 većih letećih tijela, od kojih je oko 700 u funkciji, dok ostali predstavljaju svemirski otpad. Kakva li je tek situacija danas!? Sudar satelita „CERISE“ sa komadom svemirskog otpada je pokazao da je opasnost prisutna i nepredvidiva, pa su naučnici simulirali jedan takav sudar koji je pokazao da takvim sudarom se proizvode udarni talasi koji stvaraju krater u materijalu koji je 4-5 puta veći od projektila, a mogu da izazovu i prsnuće zadnjeg zida cilindra. Svemirski otpad predstavlja opasnost i za internacionalnu svemirsku stanicu, jer može oštetiti njezin zaštitni omotač. Da bi se to spriječilo, danas se postavljaju višeslojni omotači. Za gornje stepene sagorjelih raketa koje kruže oko Zemlje bez da im se zna gazda, pronađeno je rješenje. Da ne bi eksplodirale, s obzirom da u njima ima još nešto zaostalog goriva, sa Zemlje se još jednom aktivira motor da to potroši. Time se sprečavaju eksplozije koje razbiju ostatak te rakete u mnogo sitnijih komada od kojih svaki predstavlja potencijalnu opasnosat za „saobraćaj“ u svemiru. Što se tiče isluženih geostacionarnih satelita, IADC je pronašao sljedeće rješenje: pomoću posljednjeg ostatka goriva oni se prebacuju na višu orbitu, iznad geostacionarne, u kojoj neće smetati aktivnim satelitima. Što se tiče isluženih satelita iz nižih orbita, oni se navedu u niže orbite tako da sagore u atmosferi.

99

10. ZAKLJUČAK

Savremene satelitske komunikacije omogućavaju prenos različitih vrsta informacija, koje obuhvataju telefonski i telegrafski saobraćaj, radio i televizijske programe, poslovne, privredne i vojne komunikacije, uključujući većinu meteoroloških istraživanja i izvještaja. Dalji razvoj ide u pravcu globalnih komunikacija sa integrisanim različitim informacionim servisima, uključujući interaktivni rad i multimedijalne sadržaje. Zbog potrebe za sve većim kapacitetima, postepeno se ide na proširivanje opsega „bijegom“ u sve više i više frekvencije. Satelitske komunikacije su jedina istinski komercijalna svemirska tehnologija koja godišnje bilježi milijarde dolara profita. Kosmos je također jedan od prirodnih resursa, kao što su i rude, hidropotencijali, plodna zemlja i dr. Dok se za resurse na zemlji u većini slučajeva zna kome pripadaju, za resurs kosmosa se to ne bi moglo reći, tim više što je on neomeđen, a pristupačan je, za sada, samo onima koji su najbogatiji. Ovi ostali ili samo dobijaju „mrvice sa stola“, koje također moraju platiti, ili su potpuno marginalizovani. Neka dosljedna, a pogotovo pravedna raspodjela ovog resursa još nije na vidiku, mada se već pokušavalo uvesti nekog reda i u ovu oblast. Godine 1962. proglašen je Zakon o satelitskim komunikacijama na osnovu kojeg je formirana Korporacija za satelitske komunikacije COMSAT, koja je odmah željela lansiranje vlastitog satelita. Iako su COMSAT kao agencija, te su lanseri i sateliti bili američko vlasništvo, na tom projektu su mogle saradjivati i druge zemlje. Dalji pregovori su 1964. doveli do stvaranja nove međunarodne organizacije pod nazivom MEĐUNARODNA ORGANIZACIJA ZA TELEKOMUNIKACIONE SATELITE „INTELSAT“. Međutim, i oni su zajedno sa COMSAT-om stvorili sistem satelita čije usluge prodaju drugima, pa je i ta navodno međunarodna organizacija poprimila karakter UN koje su samo servis SAD-a! Zbog toga nije čudno što se u štampi povremeno pojavljuju članci poput jednog sa naslovom: „I SVEMIR VITALNI INTERES SAD-a“ u kom se poručuje: „Zatvorit ćemo pristup kosmosu svakom protivniku“. SAD se toliko osilio da su nedavno donijeli novi politički dokument u kom, između ostalog piše: „ Bezbijednost i ekonomska dobrobit SAD-a sve više će zavisiti od resursa kao što su sateliti koji su vitalni za bankarstvo, radio-difuziju, navigaciju i komunikacije. Zato se SAD protivi svakom zakonu koji bi im ograničavao pristup u kosmos.“ Kako ovo nazvati ako ne uzurpacijom resursa kosmosa od strane trenutno najmoćnije sile na svijetu- SAD-a?

100

LITERATURA

/1/ Lukatela, G.,Drajić, D.,Petrović, G.,R., DIGITALNE TELEKOMUNIKACIJE, Građevinska knjiga Beograd, 1984./2/ Stojanović, I., OSNOVI TELEKOMUNIKACIJA, Građevinska knjiga Beograd, 1977./3/ Montgomery, J., OPTIKA DO NEBA, prevod, BYTE, novembar 1997./4/ Regis, L., SATTELITE COMMUNICATIONS, A short course, NASA, Lewis Research Center, 1998./5/ Miller, B., SATELITI OSLOBAĐAJU MOBILNI TELEFON, Mikrotalasna revija, jun 1998., pp. 10-20/6/ Tulin, E.M., BEŽIČNE KOMUNIKACIJE PREKO SATELITA, Uprava veza GŠ JNA, Beograd 1981./7/ Wikipedia, the free encyclopedia, enwikipedia.org./8/ Danyo Danev- SATELLITE COMUNICATIONS, Linkoping University, Norrkoping Campus, 2002./9/ Wolf, L. MOBILE COMMUNICATIONS, Satellite Systems/10/ Reinhart, R.C., SYSTEM DESIGN AND APPLICATION OF ULTRA SMALL APERTURE TERMINAL WITH ADVANCED COMMUNICATION TECHNOLOGY SATELLITE, NASA Lewis Research Center, Klivlend SAD, 1996./11/ Regic, l., SATELLITE COMMUNICATIONS- a short course, NASA RESEARCH CENTER, KLIVELEND, SAD./12/ Dabić, M., TELEVIZIJSKE I SATELITSKE ANTENE SA ELEMENTIMA SATELITSKIH KOMUNIKACIJA, Tehnička knjiga Beograd, 1998./13/ Pantić, D., TV, UKT i satelitske antene, Tehnička knjiga Beograd, 1993., /14/ Witting, M., SATTELITE ONBOARD PROCESSING FOR MULTIMEDIA APPLICATIONS, IEEE Commmun. Mag. June 2000./15/ Linder, H., SATTELITE INTERNET SERVICES USING DVB/MPEG-2 and MULTICAST WEB CACHING, IEEE Commun. Mag. June 2000./16/ Coue, J., SATELLITE AND MULTIMEDIA, Alcatel

101

Telecommunications Review, Fourth Quarter 1999./17/ Bem, D., BROADNAND SATELLITE SYSTEMS, IEEE Commun. Survay&Tutorial, First Quarter 2000./18/ Pierce, J.R., and R. Kompfiner, TRANSOCEANIC COMMUNICATIONS, IEEE, Vol 85, No 6, june 1997./19/ www.ses-astra.com/20/ www.skybridgesatellite.com/21/ www.teledesic.com/22/ www.sss-mag.com/sat.html/23/ www.roland.lerc.nasa.gov

102