Retele Satelit [PDF]

Zitiervorschau

CUPRINS

1. INTRODUCERE.............................................................................2 2. SATELITII DE TELECOMUNICATII - PRIVIRE GENERALA.........3 2.1 COMPONENTELE DE BAZA ALE SATELITILOR DE TELECOMUNICATII.......................................................................4 2.2. CARACTERISTICI ALE UNDELOR.........................................5 2.3. CUM COMUNICA SATELITII CU PAMANTUL.......................7 3. RADIO PENTRU AMATORI PRIN SATELIT.................................9 4. TELEVIZIUNEA PRIN SATELIT....................................................9 5. TELEFONIA PRIN SATELIT........................................................10 6. INTERNET PRIN SATELIT..........................................................12 7 CONCLUZII..................................................................................13 BIBLIOGRAFIE...................................................................................14

1. INTRODUCERE Ce sunt satelitii? Satelit este orice obiect care parcurge o traiectorie circulara (care poarta numele de orbita) in jurul altui obiect. Satelitii Pamantului pot fi naturali (Luna) sau artificiali (construiti de om, apoi lansati pe orbita). Exista mai multe tipuri de sateliti artificiali, in functie de obiectivele pe care le au de atins:  sateliti astronomici - folositi pentru cercetare astronomica;  sateliti de telecomunicatii - folositi pentru a facilita comunicatiile la distanta;  sateliti de recunoastere - folositi mai mult in scopuri militare si de spionaj;  sateliti de observare a Pamantului - folositi pentru studii geografice;  sateliti meteorologici - folositi pentru masurari si prognoza meteorologica;  statii spatiale - compuse din mai multe module; transportul materialelor si echipajelor catre si de la statia spatiala este efectuat de alte nave spatiale. De asemenea, exista mai multe tipuri de orbite, dupa care se clasifica si satelitii artificiali: 1. Satelitii subsincroni (aflati pe o orbita joasa, la o distanta mai mica de 35786 km de la nivelul marii). Perioada de rotatie a a acestora in jurul Pamantului este mai mica decat perioada de rotatie a Pamantului. 2. Satelitii sincroni (aflati pe orbita GEO, la distanta de 35786 km de la nivelul marii). 3. Satelitii geostationari (aflati pe orbita GSO) sunt sateliti sincroni a caror orbita se afla in planul ecuatorial al Pamantului si a caror miscare are acelasi sens cu sensul de rotatie a Pamantului. Satelitii geostationari au, practic, o pozitie fixa in raport cu un punct de pe suprafata pamantului (de ex. in raport cu statia de sol). 4. Satelitii aflati pe orbite eliptice. Aceste orbite au aparut din cauza dezavantajelor pe care le aveau zonele Pamantului aflate la latitudini mai mari de 60° in cazul in care comunicau cu un satelit geostationar. Cea mai folosita orbita eliptica este Molniya, aflata deasupra Rusiei.

2

Figura 1 - Antena parabolica Figura 3 - Satelitul . SynCom

Figura 2 - Statia orbitala MIR

2. SATELITII DE TELECOMUNICATII - PRIVIRE GENERALA Satelitii de telecomunicatii, dupa cum spune si numele, au fost creati pentru a face posibila realizarea unor canale de telecomunicatii. In limbajul de specialitate se foloseste abrevierea ComSat (de la Communications Satellite). Satelitii de telecomunicatii activi sunt echipati cu aparatura electronica de receptie si emisie, efectuand anumite modificari semnalului primit. Satelitii de telecomunicatii pasivi retransmit semnalele primite in urma reflexiei acestora de suprafata lor. Pentru serviciile fixe, satelitii de telecomunicatii contribuie cu o tehnologie complementara la comunicatiile prin cablu submarin cu fibra optica. Satelitii sunt foarte importanti pentru aplicatii mobile, cum ar fi comunicatiile catre vase sau avioane. Unul din avantajele majore este acoperirea globala pe care o au majoritatea satelitilor. Satelitii de telecomunicatii sunt intrebuintati in aproape toate domeniile comunicatiilor: televiziune, radio, telefonie, transmisii de date, videoconferinte, invatamant la distanta, internet. .

.

Avantajele majore sunt date de: 1. Lipsa obstacolelor in calea undelor primite sau transmise. 2. Acoperirea mare, chiar globala, a serviciilor. Pentru a asigura o acoperire si o promptitudine cat mai mare a serviciilor, companiile lanseaza pe orbita nu un satelit, ci "constelatii de sateliti". Astfel, in orice moment exista un satelit care sa raspunda unui pachet de date trimis de pe Pamant. Scurt istoric: 1958 - Project SCORE a fost primul satelit care putea stoca si transmite mesaje vocale stocate pe banda magnetica. 1960 - satelitul ECHO a servit drept reflector pasiv al undelor radio. 1962 - TELSTAR, primul satelit de telecomunicatii activ, folosit in special pentru telefonie. 3

1964 - SYNCOM 3 este primul satelit de telecomunicatii geostationar; a fost folosit pentru a transmite catre SUA imagini de la Jocurile Olimpice de vara din Tokio. 1965 - primul satelit lansat pe orbita Molniya, pentru comunicatii intre Moscova ssi Vladivostok. 1967 - Orbita (Rusia) este prima televiziune prin satelit. 1976 - Ekran este primul satelit care furnizeaza servicii de televiziune direct-to-home. 1983 - TDRSS este primul satelit care furnizeaza servicii de telecomunicatii catre alte nave spatiale. 1997 - Mars Global Surveyor este primul satelit de telecomunicatii care functioneaza pe o orbita a altei planete decat Pamantul: Marte. 2005 - nava spatiala Cassini face cea mai lunga (ca distanta) transmisie de imagini cu aterizarea probei Huygens pe Titan, unul din satelitii naturali ai planetei Saturn.

Figura 2.1 - Satelitul TELSTAR

2.1 COMPONENTELE DE BAZA ALE SATELITILOR DE TELECOMUNICATII

Orice satelit activ are urmatoarele componente de baza: 1. Panouri solare, care capteaza energia solara pentru a fi transformata in energie electrica (care ajunge cel mult la ordinul miilor de watti). 2. Baterii, pentru situatiile in care Pamantul se afla intre satelit si Soare, provocand o eclipsa. 3. Sistem de propulsie. 4. Sistemul de receptie-emisie, format din:

4

  

receptor si antena de receptie (de regula, parabolica) convertoare, amplificatori, filtre, procesoare emitator si antena de emitere (de regula, parabolica)

Un satelit de telecomunicatii poate avea mai multe sisteme de receptie-emisie, organizate pe canale (figura 2.1.1 si figura 2.1.2 ).

Figura 2.1.2 Schema antenei propriuzise figura 2.1.1 (hornantenna) Antena parabolica este antena care foloseste un reflector metalic de forma unei portiuni dintr-un paraboloid de rotatie. Ea transforma undele sferice emise de elementul radiant, situat in focarul paraboloidului, in unde plane, realizand o caracteristica de radiatie cu o pronuntata directivitate de-a lungul axei paraboloidului. Fasciculul ingust al undelor electromagnetice receptionate de antena parabolica este reflectat si concentrat in focar. Are o banda de frecvente foarte larga, deoarece particularitatile geometrice ale suprafetelor reflectante nu depind de frecventa (dimensiunile reflectorului se considera mari in raport cu lungimea de unda). Antena este conectata la un dispozitiv de emisie-receptie radio prin cablu coaxial sau printr-un ghid de unda metalic (de forma unui tub gol). Informatia este primita pe Pamant de regula tot cu ajutorul unei astfel de antene parabolice. Diametrul lor difera in functie de caracteristicile undelor receptate sau emise. Mai jos sunt prezentate trei tipuri de antene parabolice: .

.

5

2.2. Caracteristici ale undelor Satelitii de telecomunicatii trimit si primesc informatii de la obiectele de pe Pamant cu ajutorul undelor electromagnetice, care se propaga prin atmosfera, de la Pamant la satelit sau invers. Spectrul electromagnetic este compus din mai multe parti in functie de frecventele si lungimile undelor. Dintre acestea, undele radio trec usor prin atmosfera, de aceea sunt folosite ca mijloc de comunicare intre sateliti si Pamant.

Figura 2.2.1 Undelor electromagnetice Spectrul radio contine unde cu frecvente cuprinse intre 3 kHz si 300 GHz. Undele folosite in telecomunicatiile prin satelit se intind pe intervalul de frecventa 30 MHz - 300 GHz si poarta numele de microunde.

6

Acestea sunt separate la randul lor in:  unde VHF (Very High Frequencies): 30-300 MHz  unde UHF (Ultra High Frequencies): 300 MHz-3GHz  unde SHF (Super High Frequencies): 3-30 GHz  unde EHF (Extremely High Frequencies): 30-300 GHz. O altfel de impartire a microundelor se face dupa tipurile de banda. Exista doua standarde, unul american si altul european, ilustrate in tabelele de mai jos. Tabel 2.2.1 - Standardul IEEE american: Intervalul Tipul de Originea de banda numelui frecventa banda I

pana la 0.2 GHz

banda G

0.2-0.25 GHz

banda P

0.25-0.5 GHz

banda L 0.5-1.5 GHz "Long wave" banda S

2-4 GHz

"Short wave"

banda C

4-8 GHz

"Compromise"

banda X

8-12 GHz

"Cross"

banda Ku

12-18 GHz

"Kurz-under"

banda K

18-26 GHz

germanul "Kurz" = "scurt"

banda Ka

26-40 GHz

"Kurz-above"

banda V

40-75 GHz

"Very high"

banda W

75-111GHz

Tabel 2.2.2 - Standardul Uniunii Europene: Tipul de Intervalul de frecventa banda banda A

pana la 0.25 GHz

banda B

0.25-0.5 GHz

banda C

0.5-1 GHz

7

banda D

1-2 GHz

banda E

2-3 GHz

banda F

3-4 GHz

banda G

4-6 GHz

banda H

6-8 GHz

banda I

8-10 GHz

banda J

10-20 GHz

banda K

20-40 GHz

banda L

40-60 GHz

banda M

60-100 GHz

Benzile pe care se comunica cel mai des in telecomunicatii cu ajutorul satelitilor sunt: 1. banda C (folosita de catre SUA, Canada, Africa, China), cu atenuare terestra. 2. grupul de benzi K: banda Ka, banda K, banda Ku, cu atenuare din partea apei.

2.3

. CUM COMUNICA SATELITII CU PAMANTUL

Satelitii comunica pe calea undelor radio. Ei primesc si trimit informatiile sub forma de unde radio. Satelitii pot comunica cu o gama diversa de entitati aflate pe Pamant, entitati care cel putin dispun de o antena functionabila. Aceste entitati pot fi: statii terestre, obiecte mobile (aparate de zbor, vase de navigatie, vehicule cu antena parabolica atasata), echipamente Direct-toHome pentru locuinte, persoane care poseda echipamente sau kituri pentru telecomunicatii via satelit etc. Informatia circula pe doua cai in telecomunicatiile prin satelit: 1. uplink - transmiterea informatiei de la o statie de la suprafata Pamantului la satelit. 2. downlink - retransmiterea informatiei de la satelit la suprafata Pamantului (catre anumite statii sau catre o zona broadcasting)

8

Figura 2.3.1 Uplink si downlink Compania Intelsat a definit mai multe tipuri de conexiuni intre sateliti si emitatori-receptori terestri, infatisate in imaginile schematice de mai jos:

Figura 2.3.2-Conexiune SIMPLEX Conexiune DUPLEX

Figura 2.3.4-Conexiune MOBILE MULTIPOINT

Figura 2.3.3-

Figura 2.3.5-Conexiune

Figura 2.3.6-Conexiune STAR Conexiune MESH

Figura 2.3.7-

Statia de baza (Base Station - BS) constituie componenta cea mai importanta pentru distribuirea si redistribuirea informatiei. Ea face legatura satelitilor cu infrastructura de telecomunicatii terestre. Astfel , statia de baza poate comunica cu telefoane GSM,

9

cu routere wireless, cu retele de telecomunicatii sau cu furnizori de televiziune prin cablu.

3. RADIO PENTRU AMATORI PRIN SATELIT Operatorii de radio pentru amatori au acces la satelitii OSCAR (Orbital Satellite Carrying Amateur Radio), special facuti pentru trafic radio. Acesti sateliti sunt subsincroni, plasati pe o orbite joase, de tip LEO (Low Earth Orbit), si contin amplificatoare de semnal radio. Amatorii radio de la sol, pentru a putea stabili legatura cu satelitii de tip OSCAR, trebuie sa intrebuinteze echipamente radio pe frecvente UHF (300 MHz-3GHz) si VHF (30-300 MHz), precum si antene directionale (antene parabolice sau antene Yagi-Uda).

4. TELEVIZIUNEA PRIN SATELIT Televiziunea prin satelit se foloseste de sateliti situati pe orbite eliptice (cu un tur complet de circa 12 ore) sau geostationare, dotati cu antene parabolice mari (diametrul de 9-12 m), pentru un semnal mai curat. Programele TV transmise prin satelit sunt receptionate de o serie de statii de sol si distribuite prin emitatoare si translatoare pentru acoperirea unui anumit teritoriu sau sunt receptionate direct de catre telespectatori folosind antene individuale. Statiile de sol folosesc emitatoare cu putere de cca 5-10 kW, antene parabolice de cca 20-25 m si sunt dotate cu aparatura necesara de urmarire a evolutiei satelitilor. De obicei uplink-ul si downlink-ul sunt facute in benzi de frecventa diferite (C sau Ku), pentru evitarea interferentelor. Satelitii care folosesc banda C au in jur de 24 de canale de receptare-emitere cu o latime de banda de 36-50 Mbit/s, air cei in banda Ku au pana la 32 de canale receptie-emitere. Pentru evitarea interferentei, satelitii geostationari trebuie sa aiba o distanta intre ei de 2 grade sau de 1 grad, pentru cei cu banda C, respectiv banda Ku. Asta inseamna ca exista un numar limita de sateliti geostationari pentru fiecare banda, obtinut prin impartirea celor 360° ale Pamantului la 2, respectiv la 1. Satelitii destinati in special televiziunii sunt impartiti in doua categorii: 1. sateliti DBS (Direct Broadcast Satellite). Acestia sunt utilizati in servicii de tip DTH (Direct To Home), adica 10

transmisiunea se face direct catre echipamentul folosit de utilizator. Receptia canalelor TV prin satelit in locuinte folosind antena parabolica se face prin acest serviciu. Satelitii folosesc antene parabolice mici, cu diametre de 40-60 cm si polarizare circulara, iar frecventele sunt cele din partea superioara a benzii Ku. Cateva companii furnizoare de servicii DTH sunt: Sky Digital (Marea Britanie), Premiere (Germania), DirecTV (SUA). 2. sateliti FSS (Fixed Service Satellite). Acestia opereaza in banda C si portiunile joase ale benzii Ku si folosesc antene parabolice mai mari, cu polarizare lineara, dar cu putere mai mica. Satelitii FSS acopera aproape toate tipurile de servicii de telecomunicatii: transmisiuni catre statii de radio sau televiziune, transmisiuni telefonice sau de date, transmisiuni video in direct, gazduiri de videoconferinte sau invatamant la distanta, transmisiuni catre furnizorii de televiziune prin cablu. Prin serviciul TVRO (Television Receive Only), satelitii FSS reusesc sa furnizeze servicii DTH mai ieftine decat cele ale satelitilor DBS. Inca un concept des folosit este cel de canal free-to-air, adica acel canal de televiziune care nu are nici un cost de receptare. In Romania de exemplu, astfel de canale free-to-air sunt: Antena 3, Pro TV, Prima TV, TVR international, Realitatea TV, B1TV etc. Constelatii de sateliti de televiziune mai importante poarta urmatoarele nume: Intelsat, Americom, Sirius, HotBird, Astra, Arabsat, Spaceway, PanAmSat, Amos.

11

5. TELEFONIA PRIN SATELIT Telefonia prin satelit (sau satphone, din expresia engleza "satellite phone") vine ca o completare la telefonia mobila GSM mai ales in ceea ce priveste acoperirea. Satelitii de telecomunicatii ofera acoperire telefonica pe zone foarte mari, chiar global si indiferent de relief (de exemlu membrii unei expeditii montane se pot folosi de telefonia prin satelit). Acest serviciu este cel mai folosit de catre navele maritime, avioane si de catre persoanele din regiuni izolate din punct de vedere telefonic. Echipamentul folosit consta dintr-un telefon celular (numit terminal) cu dimensiuni si greutate mai mari decat telefoanele mobile GSM. Acesta are atasata o antena retractabila cu ajutorul careia sunt captate undele radio.

Figura 5.1 - Partile componente ale unui satelit IRIDIUM Companiile cele mai cunoscute in furnizarea de servicii telefonice prin satelit sunt: 1. INMARSAT - ofera acoperire globala si servicii ISDN. Compania detine 11 sateliti geosincronici. 2. GLOBALSTAR - ofera acoperire globala 3. IRIDIUM - ofera acoperire globala. Compania detine 66 sateliti subsincronici, situati pe orbita la altitudinea de 780 km. Transmisia de date de la telefon la satelit se face prin banda L, iar cea de la satelit la o eventuala statie terestra prin banda Ka. 4. MSAT - ofera servicii in America de Nord si America Centrala 5. THURAYA - ofera servicii in Europa, Africa si Asia; telefoanele sunt compatibile si cu retelele GSM si functioneaza si ca GPS receiver.

12

Fiecare companie ofera telefoanele proprii, compatibile cu satelitii detinuti de aceasta. Motorola detine un loc de frunte in domeniul echipamentelor destinate telefoniei prin satelit. Costurile convorbirilor prin satelit sunt foarte mari in comparatie cu cele ale telefoniei GSM (costul depaseste 1$/minut). Satelitii sunt plasati pe orbite joase, o tura completa in jurul Pamantului fiind de 70-90 minute. Pe langa telefonia mobila, satelitii de telecomunicatii pot servi si ca operatori de telefonie fixa internationala. Dar apelul nu se face direct catre satelit, ci printr-o statie terestra intermediara, atat la uplink, cat si la downlink.

6. INTERNET PRIN SATELIT Internetul prin satelit este un concept relativ nou pentru utilizatorii de internet pe PC, dar care desemneaza un domeniu cu un foarte mare potential de dezvoltare. Deocamdata acest serviciu este destinat in general locatiilor mobile (marina, aviatie, vehicule). Exista trei tipuri de acces la internet prin satelit: 1. acces one-way, foarte putin interactiv, deoarece nu permite raspuns din partea utilizatorului. 2. acces one-way cu raspuns terestru, adica o combinatie intre serviciile internet via satelit si serviciile internet via cablu. 3. acces two-way, adica acces interactiv la internet direct prin satelit.

13

Figura 6.1- Echipamente necesare accesului direct la internetul via satelit Cel mai mare avantaj al accesului la internet prin satelit il reprezinta viteza relativ mare, intre 48 Kbit/s si 2 Mbit/s. Dezavantaje ale acestui serviciu sunt bruiajele din cauza precipitatiilor si timpul de latenta (de pana la o secunda) datorita distantei Pamant-satelit mari.

7 CONCLUZII Problema comunicatiilor prin satelit au reprezentat-o insa terminalele. Nu oricine isi permite o antena parabolica pentru emisia/receptia de la si inspre satelit. Problema s-a pus deci in sensul ca un grup cat mai mare de beneficiari sa aiba acces cat mai rapid la o singura antena. Si daca toata lumea este de acord ca printre cele mai eficiente cai de transmisie a datelor este cea prin satelit, problema vitezei apare la „bucla finala”, cum este denumita conexiunea de la centrala (ISP) la utilizatorul propriu-zis. S-au dezvoltat in acest sens o serie de noi tehnologii. Unele au incercat sa imbunatateasca reteaua deja existenta, altele au preferat orientarea spre modalitati noi de transmitere a datelor. Mai ieftin cu 40% Avantajele folosirii satelitilor de comunicatii sunt costurile reduse cu pana la 40% fata de reteaua terestra. In cazul conexiunilor prin satelit, costurile sunt independente de distanta, in comparatie cu reteaua terestra, unde tariful creste odata cu aceasta. Costurile primare prin reteaua de sateliti existenta sunt cele generate de capitalul pentru echipament si instalare, la care se adauga abonamentul lunar. Cu toate acestea, sumele in cauza, impreuna cu costurile permanente ale segmentului spatial si ale intretinerii, sunt mai scazute decat orice alt sistem ce furnizeaza aceleasi performante. Aplicatiile in acest domeniu se regasesc, practic, in orice ramura

14

care are legatura intr-un fel sau altul cu comunicatiile. Televiziune, radio, transfer de date sunt insa principalele „domenii de activitate” ale satelitilor care tranziteaza in acest moment Romania. Tarifele variaza de la cateva sute de euro lunar si pot urca spre cateva mii, in functie de cerintele unei companii. Cei mai buni clienti ai satelitilor care tranziteaza Romania sunt companiile de cablu care (re)transmit serviciile de televiziune. Sistemul functioneaza intr-un mod extrem de bine pus la punct. Pe scurt, o companie de cablu solicita televiziunilor dreptul de a transmite semnalul in reteaua proprie prin intermediul antenelor parabolice. Televiziunea vinde operatorului de cablu o cartela care, introdusa intr-un receptor, decodeaza semnalul transmis prin satelit. Aceasta cartela costa in medie 100-150 de euro lunar, iar o companie de cablu TV trebuie sa scoata din buzunar acesti bani pentru aproape fiecare televiziune in parte. Exceptie fac posturile care se capteaza terestru. Astfel, costurile totale ale unei companii de cablu - care nu are prea mari pretentii - sunt in medie de 1.000 de euro lunar. In Romania functioneaza cateva mii de astfel de firme.

BIBLIOGRAFIE 

Stanciu Nicolae, Dictionar tehnic de radio si televiziune, Editura Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti, 1979.



Mitrofan Gheorghe, Televiziune, Editura Teora, 1996.



Ion Banica, "Retele de comunicatii intre calculatoare", Editura Teora, 1998



Andrew S. Tanenbaum, "Retele de calculatoare", Computer Press Agora, Editia a treia,1998



Peter N., Dave K. ” Retele de calculatoare – o abordare sistematica” Ed. All Education, Bucuresti, 2001

15



http://en.wikipedia.org/



http://www.satsig.net/ivsat-romania-1.htm



http://www.news24.ro/articol/2301/Romania_va_beneficia_de_s erviciile_de_comunicatii_ale_celei_mai_mari_flote_de_sateliti_d in_Europa.htm



http://www.iabg.de/infokom/teleport/internet_via_satellite_en.p hp

16