Comunicazione wireless - Satellite
Un satellite è un oggetto che ruota attorno a un altro oggetto. Ad esempio, la terra è un satellite del Sole e la luna è un satellite della terra.
UN communication satellite è un microwave repeater stationin uno spazio che viene utilizzato per i segnali di telecomunicazione, radio e televisione. Un satellite di comunicazione elabora i dati provenienti da una stazione terrestre e li converte in un'altra forma e li invia alla seconda stazione terrestre.
Come funziona un satellite
Due stazioni sulla terra vogliono comunicare tramite trasmissioni radiofoniche ma sono troppo lontane per utilizzare mezzi convenzionali. Le due stazioni possono utilizzare una stazione di rilancio per la loro comunicazione. Una stazione terrestre trasmette il segnale al satellite.
Uplink frequencyè la frequenza con cui la stazione di terra comunica con il satellite. Il transponder satellitare converte il segnale e lo invia alla seconda stazione terrestre, e questa viene chiamataDownlink frequency. Anche la seconda stazione di terra comunica con la prima nello stesso modo.
Vantaggi di Satellite
I vantaggi delle comunicazioni satellitari sono i seguenti:
- L'area di copertura è molto alta rispetto a quella dei sistemi terrestri.
- Il costo di trasmissione è indipendente dall'area di copertura.
- Sono possibili larghezze di banda maggiori.
Svantaggi di Satellite
Gli svantaggi delle comunicazioni satellitari sono i seguenti:
- Il lancio di satelliti in orbita è un processo costoso.
- Le larghezze di banda vengono gradualmente esaurite.
- Elevato ritardo di propagazione per i sistemi satellitari rispetto ai sistemi terrestri convenzionali.
Nozioni di base sulla comunicazione satellitare
Il processo di comunicazione satellitare inizia in un earth station. Qui un'installazione è progettata per trasmettere e ricevere segnali da un satellite in orbita attorno alla terra. Le stazioni terrestri inviano informazioni ai satelliti sotto forma di segnali ad alta potenza e ad alta frequenza (gamma GHz).
I satelliti receive e retransmit i segnali tornano a terra dove vengono ricevuti da altre stazioni di terra nell'area di copertura del satellite. Satellite's footprint è l'area che riceve un segnale di potenza utile dal satellite.
Il sistema di trasmissione dalla stazione terrestre al satellite attraverso un canale si chiama uplink. Il sistema dal satellite alla stazione terrestre attraverso il canale si chiamadownlink.
Bande di frequenza satellitare
Le bande di frequenza satellitare comunemente utilizzate per la comunicazione sono le Cband, Ku-band, e Ka-band. La banda C e la banda Ku sono gli spettri di frequenza comunemente usati dai satelliti odierni.
È importante notare che esiste una relazione inversa tra frequenza e lunghezza d'onda, cioè quando la frequenza aumenta, la lunghezza d'onda diminuisce questo aiuta a capire la relazione tra antenna diameter e transmission frequency. Antenne più grandi (antenne paraboliche) sono necessarie per raccogliere il segnale con una lunghezza d'onda crescente.
Orbite terrestri
Un satellite quando viene lanciato nello spazio, deve essere posizionato in una certa orbita per fornire un modo particolare per la sua rivoluzione, in modo da mantenere l'accessibilità e servire al suo scopo sia scientifico, militare o commerciale. Tali orbite che sono assegnate ai satelliti, rispetto alla terra, sono chiamate comeEarth Orbits. I satelliti in queste orbite sono satelliti in orbita terrestre.
I tipi importanti di orbite terrestri sono:
- Orbita terrestre geosincrona
- Orbita terrestre geostazionaria
- Orbita terrestre media
- Orbita terrestre bassa
Satelliti geosincroni in orbita terrestre (GEO)
Un satellite in orbita terrestre geosincrono è uno che si trova a un'altitudine di 22.300 miglia sopra la Terra. Questa orbita è sincronizzata con un fileside real day(cioè 23 ore e 56 minuti). Questa orbita puòhave inclination and eccentricity. Potrebbe non essere circolare. Questa orbita può essere inclinata ai poli della terra. Ma sembra stazionario se osservato dalla Terra.
La stessa orbita geo-sincrona, se lo è circulare nel piano dell'equatore, è chiamata orbita geostazionaria. Questi satelliti sono posti a 35.900 km (come geosincrono) sopra l'equatore terrestre e continuano a ruotare rispetto alla direzione terrestre (da ovest a est). Questi satelliti sono consideratistationary rispetto alla terra e quindi il nome implica.
I satelliti geostazionari in orbita terrestre vengono utilizzati per previsioni meteorologiche, TV satellitare, radio satellitare e altri tipi di comunicazioni globali.
La figura sopra mostra la differenza tra orbite geosincrone e geostazionarie. L'asse di rotazione indica il movimento della Terra.
Il punto principale da notare qui è che ogni orbita Geo-Stazionaria è un'orbita Geo-Sincrona. Ma ogni orbita geo-sincrona NON è un'orbita geostazionaria.
Satelliti in orbita terrestre media (MEO)
Le reti satellitari in orbita terrestre media (MEO) orbiteranno a distanze di circa 8000 miglia dalla superficie terrestre. I segnali trasmessi da un satellite MEO percorrono una distanza inferiore. Ciò si traduce in una migliore potenza del segnale all'estremità ricevente. Ciò mostra che terminali riceventi più piccoli e più leggeri possono essere utilizzati all'estremità ricevente.
Poiché il segnale percorre una distanza minore da e verso il satellite, il ritardo di trasmissione è inferiore. Transmission delay può essere definito come il tempo impiegato da un segnale per viaggiare su un satellite e tornare indietro a una stazione ricevente.
Per le comunicazioni in tempo reale, minore è il ritardo di trasmissione, migliore sarà il sistema di comunicazione. Ad esempio, se un satellite GEO richiede 0,25 secondi per un viaggio di andata e ritorno, il satellite MEO richiede meno di 0,1 secondi per completare lo stesso viaggio. MEOs opera nella gamma di frequenza di 2 GHz e superiore.
Satelliti in orbita terrestre bassa (LEO)
I satelliti LEO sono principalmente classificati in tre categorie: piccoli LEO, grandi LEO e Mega-LEO. I LEO orbiteranno a una distanza compresa tra 500 e 1000 miglia sopra la superficie terrestre.
Questa distanza relativamente breve riduce il ritardo di trasmissione a soli 0,05 secondi. Ciò riduce ulteriormente la necessità di apparecchiature di ricezione sensibili e ingombranti. I piccoli LEO opereranno nella gamma di 800 MHz (0,8 GHz). I Big LEO opereranno nella gamma di 2 GHz o superiore, mentre i Mega-LEO opereranno nella gamma di 20-30 GHz.
Le frequenze più alte associate a Mega-LEOs si traduce in una maggiore capacità di trasporto delle informazioni e si traduce nella capacità di uno schema di trasmissione video in tempo reale ea basso ritardo.
Piattaforme High Altitude Long Endurance (HALE)
Le piattaforme sperimentali HALE sono fondamentalmente aeroplani altamente efficienti e leggeri che trasportano apparecchiature di comunicazione. Questo agirà comevery low earth orbit geosynchronous satellites.
Queste imbarcazioni saranno alimentate da una combinazione di batteria e energia solare o da motori a turbina ad alta efficienza. Le piattaforme HALE offrirannotransmission delays of less than 0.001 seconds a un'altitudine di soli 70.000 piedi, e anche better signal strength per ricevitori portatili molto leggeri.
Orbital Slots
Qui può sorgere una domanda che con più di 200 satelliteslassù in orbita geosincrona, come facciamo a impedire che si scontrino o tentino di utilizzare la stessa posizione nello spazio? Per rispondere a questo problema, organismi di regolamentazione internazionali come l'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU) e organizzazioni governative nazionali come la Federal Communications Commission (FCC) designano le posizioni sull'orbita geosincrona in cui possono essere localizzati i satelliti per le comunicazioni.
Queste posizioni sono specificate in gradi di longitudine e sono chiamate come orbital slots. FCC e ITU hanno progressivamente ridotto la spaziatura richiesta fino a soli 2 gradi per i satelliti in banda C e Ku a causa dell'enorme domanda di slot orbitali.