Zasady komunikacji satelitarnej

Satelita jest ciało, które porusza się wokół innego ciała w matematycznie przewidywalnej ścieżki zwanej Orbita. Satelita komunikacyjny jest niczym innym jak mikrofalowa stacja repeater w przestrzeni, która jest pomocna w telekomunikacji, radia i telewizji wraz z aplikacjami internetowymi.

A repeater jest obwód, który zwiększa siłę sygnału, który otrzymuje i retransmituje go. Ale tutaj ten repeater działa jako transponder, który zmienia pasmo częstotliwości nadawanego sygnału, z odbieranego one.

Częstotliwość, z którą sygnał jest wysyłany w przestrzeń jest nazywany Uplink częstotliwość, podczas gdy częstotliwość, z którą jest wysyłany przez transponder jest Downlink częstotliwość.

Następujący rysunek ilustruje tę koncepcję wyraźnie.

Teraz spójrzmy na zalety, wady i zastosowania komunikacji satelitarnej.

Komunikacja satelitarna – zalety

Istnieje wiele zalet komunikacji satelitarnej, takich jak –

• Elastyczność

• Łatwość instalacji nowych obwodów

• Dystanse są łatwo pokryte, a koszt nie ma znaczenia

• Możliwości nadawania możliwości

• Objęty jest każdy zakątek Ziemi

• Użytkownik może kontrolować sieć

Komunikacja satelitarna – wady

Komunikacja satelitarna ma następujące wady –

• Koszty początkowe, takie jak koszty segmentów i wyniesienia na orbitę, są zbyt wysokie.

• Zatłoczenie częstotliwości

• Interferencje i propagacja

Komunikacja satelitarna – zastosowania

Komunikacja satelitarna znajduje zastosowanie w następujących dziedzinach –

• W radiofonii.

• W transmisji telewizyjnej, takiej jak DTH.

• W zastosowaniach internetowych, takich jak zapewnienie połączenia internetowego do transferu danych, aplikacji GPS, surfowania po Internecie, itp.

• Dla komunikacji głosowej.

• Dla sektora badań i rozwoju, w wielu dziedzinach.

• W zastosowaniach wojskowych i nawigacji.

Zorientowanie satelity na jego orbicie zależy od trzech praw zwanych prawami Keplera.

Prawa Keplera

Johannes Kepler (1571-1630) naukowiec astronomiczny, podał 3 rewolucyjne prawa, dotyczące ruchu satelitów. Droga, po której porusza się satelita wokół swojej gwiazdy (Ziemi) jest elipsą. Elipsa ma dwa ogniska – F1 i F2, Ziemia jest jednym z nich.

Jeśli odległość od środka obiektu do punktu na jego eliptycznej ścieżce jest brana pod uwagę, to najdalszy punkt elipsy od środka nazywany jest apogeum, a najkrótszy punkt elipsy od środka nazywany jest perygeum.

Kepler’s 1st Law

Kepler’s 1st law states that, „every planet revolves around the sun in an elliptical orbit, with sun as one of its foci.” Jako taki, satelita porusza się po eliptycznej ścieżce z ziemią jako jednym z jego foci.

Półosiowa oś elipsy jest oznaczana jako „a”, a pół-mała oś jest oznaczana jako b. Zatem mimośród e tego układu można zapisać jako –

$$e = \frac{sqrt{a^{2}-b^{2}}}}{a}$$

• Ekscentryczność (e) – Jest to parametr określający różnicę w kształcie elipsy w stosunku do kształtu okręgu.

• Semi-major axis (a) – Jest to najdłuższa średnica poprowadzona łącząca dwa ogniska wzdłuż środka, która dotyka obu apogeów (najdalszych punktów elipsy od środka).

• Oś półminoryczna (b) – Jest to najkrótsza średnica poprowadzona przez środek, która dotyka obu perygeów (najkrótszych punktów elipsy od środka).

Osoby te są dobrze opisane na poniższym rysunku.

Dla ścieżki eliptycznej jest zawsze pożądane, aby mimośród leżał w przedziale od 0 do 1, tj.e. 0 < e < 1, ponieważ jeśli e staje się zerem, ścieżka nie będzie już w kształcie eliptycznym, a raczej zostanie przekształcona w ścieżkę kołową.

Drugie prawo Keplera

Drugie prawo Keplera stwierdza, że „Dla równych odstępów czasu, obszar pokryty przez satelitę jest równy w odniesieniu do środka Ziemi.”

Można to zrozumieć patrząc na poniższy rysunek.

Załóżmy, że satelita pokonuje odległości p1 i p2, w tym samym przedziale czasu, wtedy obszary B1 i B2 pokonane odpowiednio w obu przypadkach, są równe.

Trzecie prawo Keplera

Trzecie prawo Keplera stwierdza, że, „Kwadrat czasu okresowego orbity jest proporcjonalny do sześcianu średniej odległości między dwoma ciałami.”

Można to zapisać matematycznie jako

$$T^{2}:alfa:a^{3}$$

Z czego wynika

$T^{2} = \frac{4\pi ^{2}}{GM}a^{3}$$

Gdzie $frac{4\pi ^{2}}{GM}$ jest stałą proporcjonalności. (według mechaniki newtonowskiej)

$$T^{2} = \frac{4\pi ^{2}}{GM}a^{3}$$

Gdzie μ = geocentryczna stała grawitacyjna Ziemi, i.e. Μ = 3.986005 × 1014 m3/sek2

$1 = ^{2} ^frac{a^{3}}{T} ^^{2} ^^{3}}{}$$

$1 = n^{2} ^{2} ^^{a^{3}}{}$$

$1 = n^{2} ^^{3} ^^{3}}{}$

:a^{3} = ^frac{a^{3}}{n^{2}}$$

Gdzie n = średni ruch satelity w radianach na sekundę

Orbitalne funkcjonowanie satelitów jest obliczane za pomocą tych praw Keplera.

Wraz z nimi, jest ważna rzecz, która musi być zauważona. Satelita, kiedy obraca się wokół ziemi, ulega siły ciągnącej z ziemi, która jest siła grawitacji. Ponadto, doświadcza pewnej siły ciągnącej od słońca i księżyca. Stąd, istnieją dwie siły działające na niego. Są to –

• Siła dośrodkowa – Siła, która ma tendencję do przyciągania obiektu poruszającego się po torze trajektorii, do siebie, nazywana jest siłą dośrodkową.

• Siła odśrodkowa – Siła, która ma tendencję do odpychania obiektu poruszającego się po torze trajektorii, od swojego położenia, nazywana jest siłą odśrodkową.

Więc, satelita musi zrównoważyć te dwie siły, aby utrzymać się na swojej orbicie.

Orbity Ziemi

Satelita po uruchomieniu w kosmosie, musi być umieszczony na pewnej orbicie, aby zapewnić szczególny sposób na jego rewolucję, tak aby utrzymać dostępność i służyć swojemu celowi, czy naukowe, wojskowe lub komercyjne. Takie orbity, które są przypisane do satelitów, w odniesieniu do ziemi są nazywane Orbity Ziemi. Satelity na tych orbitach są Satelitami Orbity Ziemskiej.

Ważne rodzaje orbit ziemskich to –

• Geosynchroniczna Orbita Ziemska

• Średnia Orbita Ziemska

• Niska Orbita Ziemska

Geosynchroniczna Orbita Ziemska Satelity

Geo-Synchronous Orbita Ziemi (GEO) satelita jest jeden, który jest umieszczony na wysokości 22,300 mil nad Ziemią. Ten orbita synchronizować z boczny prawdziwy dzień (i.e., 23hours 56minutes). Ten orbita móc nachylenie i ekscentryczność. Ono móc okrągły. Ten orbita móc przechylać przy the biegun the ziemia. Ale ono pojawiać się stacjonarny gdy obserwować od the Ziemia.

The ten sam geo-synchroniczny orbita, jeżeli ono być kolisty i w the płaszczyzna równik, ono dzwonić jako geo-stationary orbita. Te satelita umieszczać przy 35,900kms (ten sam co geosynchroniczny) nad the Ziemia Równik i utrzymywać na obracanie w odniesieniu do ziemia kierunek (zachód wschód). Te satelity są uważane za stacjonarne w odniesieniu do ziemi i stąd nazwa implies.

Geo-Stationary satelity orbity Ziemi są wykorzystywane do prognozowania pogody, telewizji satelitarnej, radia satelitarnego i innych rodzajów global communications.

Następujący rysunek pokazuje różnicę między Geo-synchronous i Geo-stationary orbity. Oś obrotu wskazuje ruch Ziemi.

Uwaga – Każda orbita geo-stacjonarna jest orbitą geosynchroniczną. Ale każdy geo-synchronous orbita NIE jest Geo-stationary orbit.

Medium Earth Orbit Satellites

Medium Earth Orbit (MEO) sieci satelitarne będą orbitować w odległości około 8000 mil od powierzchni Ziemi. Sygnały przesyłane z satelity MEO podróżują na krótszą odległość. Przekłada się to na lepszą siłę sygnału na końcu odbiornika. To pokazuje, że mniejsze, bardziej lekkie terminale odbiorcze mogą być stosowane na końcu odbiorczym.

Ponieważ sygnał podróżuje na krótszą odległość do i od satelity, jest mniejsze opóźnienie transmisji. Opóźnienie transmisji może być zdefiniowane jako czas potrzebny na sygnał do podróży do satelity i z powrotem w dół do stacji odbiorczej.

Dla komunikacji w czasie rzeczywistym, krótsze opóźnienie transmisji, tym lepiej będzie system komunikacji. Na przykład, jeśli satelita GEO wymaga 0,25 sekundy na podróż w obie strony, to satelita MEO wymaga mniej niż 0,1 sekundy, aby zakończyć tę samą podróż. MEOs działa w zakresie częstotliwości 2 GHz i powyżej.

Niska Orbita Ziemi Satelity

Niska Orbita Ziemi (LEO) satelity są głównie klasyfikowane do trzech kategorii, a mianowicie, małe LEO, duże LEO, i Mega-LEOs. LEOs będzie orbitować w odległości 500 do 1000 mil nad powierzchnią ziemi.

Ta stosunkowo krótka odległość zmniejsza opóźnienie transmisji do zaledwie 0,05 sekundy. To jeszcze bardziej zmniejsza zapotrzebowanie na wrażliwe i nieporęczne urządzenia odbiorcze. Małe LEO będą działać w zakresie 800 MHz (0,8 GHz). Big LEOs będzie działać w zakresie 2 GHz lub powyżej, a Mega-LEOs działa w zakresie 20-30 GHz.

Wyższe częstotliwości związane z Mega-LEOs przekłada się na większą pojemność nośną informacji i daje możliwość w czasie rzeczywistym, niskie opóźnienie schematu transmisji wideo.

Następujący rysunek przedstawia ścieżki LEO, MEO i GEO.

.