Satelitná komunikáciavedanadosah.cvtisr.sk/img/uploads/xzqhzI7P.pdfsatelit, ktorý by dokázal prenášať komunikačné kanály. 11. júla 1962 sa uskutočnil prvý prenos komunikačného

Satelitnaacute komunikaacutecia

Histoacuteria satelitnej komunikaacutecie

Keďže by bolo veľmi naacutekladneacute globaacutelne pokryť Zem kaacutebelmi alebo zaacutekladňovyacutemi stanicami (na niektoryacutech miestach by to bolo dokonca aj veľmi obtiažneacute až nemožneacute - more poacutely puacutešte) sa tak hľadala inaacute cesta Zrodila sa idea satelitnej komunikaacutecie ktoraacute spočiacutevala vo využitiacute už umiestnenyacutech satelitov Komunikačnyacute systeacutem by za pomoci družiacutec by mal umožňovať pokrytie celeacuteho povrchu Zeme pričom by naacuteklady na montaacutež tohto systeacutemu nemali radikaacutelne nepresiahnuacuteť naacuteklady na samotnuacute technoloacutegiu Uacutespešnyacute rozvoj kozmickej techniky uryacutechlil aj rozvoj kozmickyacutech spojov Nejde iba o družicoveacute vysielanie rozhlasu a televiacutezie ale tiež o využitie telekomunikačnyacutech družiacutec na diaľkovyacute prenos širokopaacutesmovyacutech signaacutelov i na realizaacuteciu spojeniacute medzi mobilnyacutemi uacutečastniacutekmi Jednyacutem z hlavnyacutech cieľov satelitnyacutech projektov je vytvorenie podmienok na realizaacuteciu uacutečastniacuteckych spojeniacute medzi ľubovoľnyacutemi miestami na Zemi pomocou mobilnyacutech staniacutec konštruovanyacutech s minimaacutelnymi rozmermi hmotnosťami a vyacutekonmi napaacutejaciacutech zdrojov

O prvyacute verejne publikovanyacute koncept komunikačnyacutech satelitov sa zasluacutežil v oktoacutebri roku 1945 vedec a spisovateľ vedecko-fantastickej literatuacutery Arthur C Clarke ktoryacute publikoval v odbornom magaziacutene Wireless World člaacutenok Extra-Terrestrial Relays (Mimozemskeacute spojenia) V tomto člaacutenku využil svoje vedeckeacute vzdelanie a popiacutesal komunikačnyacute satelitnyacute systeacutem podobnyacute tomu dnešneacutemu V tejto dobe boli jeho myšlienky len fantaacuteziou Clarke bol prvyacutem človekom ktoryacute navrhol umiestnenie satelitov na rovniacutekovej draacutehe 36 tisiacutec kilometrov vzdialenej od Zemskeacuteho povrchu aby sluacutežili na vytvorenie globaacutelnej komunikačnej siete Clarkov člaacutenok vyšiel už 12 rokov pred vypusteniacutem prvej umelej družice Zeme - Sputnik

Prvyacute systeacutem využiacutevajuacuteci umeluacute družicu (satelit) na prenos signaacutelov bol ECHO 1 a pracoval na princiacutepe odrazu signaacutelu ECHO 1 vypustila NASA v roku 1960 Bol to baloacuten ktoryacute mal povrch z hliniacutekovej foacutelie a taacuteto odraacutežala raacutedioveacute signaacutely vysielaneacute zo zemskeacuteho povrchu

Testy s Echom 1 boli uacutespešneacute a preto bol spoločnosťami Bell Labs ATampT NASA British Post Office a French National PPT založenyacute projekt Telstar za uacutečelom vytvoriť satelit ktoryacute by dokaacutezal prenaacutešať komunikačneacute kanaacutely 11 juacutela 1962 sa uskutočnil prvyacute prenos komunikačneacuteho signaacutelu prostredniacutectvom družice Telstar Prenos bol experimentom televiacutezneho vysielania medzi Amerikou a Euroacutepou a rovnako bol v tento den uskutočnenyacute aj prvyacute diaľkovyacute telefoacutenny hovor cez satelit

Uacutespech Telstar 1 inšpiroval vedcov a už o rok neskocircr sa objavil prvyacute geostacinaacuterny satelit Syncom 2 (Pri Syncom 1 [obr] zlyhalo spojenie tesne pred tyacutem ako sa dostal na cieľovuacute obežnuacute draacutehu Oba boli vypusteneacute v roku 1963 Syncom 2 s 5 mesačnyacutem odstupom od Syncom 1 [14 februaacuter 1963]) V roku 1965 odštartoval prvyacute komerčnyacute satelit Early Bird ktoryacute spojil USA s Euroacutepou a bol schopnyacute preniesť 240 duplexnyacutech telefoacutennych kanaacutelov alebo 1 TV kanaacutel

V priebehu roka 1976 boli vypusteneacute tri satelity MARISAT 1-3 Sluacutežili pre naacutemornuacute komunikaacuteciu medzi loďami a pobrežiacutem ktoraacute bola predtyacutem zabezpečovanaacute z 90 manuaacutelne operovanou telegrafiou Marisat zabezpečoval prenos hlasu a faxoveacute služby

V roku 1979 bola založenaacute medzinaacuterodnaacute spoločnosť Inmarsat ktoraacute mala za uacutelohu zabezpečiť spojenie pre naacutemorneacute lode po celom svete Z pocircvodneacuteho rozsahu služieb zameraneacuteho na naacutemornuacute oblasť (pomoc pri ohrozeniacute lodi riadenie naacutemornej dopravy) sa pole

pocircsobnosti značneacute rozšiacuterilo a teraz pokryacuteva aj pozemneacute (mobilneacute) a leteckeacute komunikaacutecie Pocircvodneacute analoacutegoveacute systeacutemy suacute od roku 1997 doplneneacute o systeacutemy digitaacutelne

Spoločnosť postupne sprevaacutedzkovala niekoľko komunikačnyacutech satelitov a poskytuje svoje služby dodnes Prvyacute satelitnyacute systeacutem pre mobilnuacute telefoacutennu komunikaacuteciu bol INMARSAT-A Pretože Inmarsat bol GEO satelit (GEO satelit je satelit umiestnenyacute v značenej vzdialenosti od Zeme - približne 36 000km) komunikačnyacute prenos vyžadoval značneacute množstvo energie veľkeacute anteacuteny a komunikaacutecia bola charakteristickaacute veľkyacutem oneskoreniacutem V roku 1988 bol vypustenyacute prvyacute satelitnyacute systeacutem INMARSAT-C s hlasovou aj daacutetovou komunikaacuteciou (600 bitov za sekundu) Jeho aplikaacutecie suacute v pozemnej doprave (cestnyacute transport železnice) naacutemorniacutectve (jachty rybaacuterske lode komerčnaacute preprava) v letectve (vrtuľniacuteky vojenskeacute a suacutekromneacute letectvo) a dokonca aj emailovej službe Prvyacutem digitaacutelnym satelitnyacutem komunikačnyacutem systeacutemom je INMARSAT - M vypustenyacute v roku 1993 ktoryacute umožňuje rovnako ako jeho predchodca prenos hlasu daacutet faxoveacute služby - všetko s max ryacutechlosťou 2400 bits

V suacutečasnosti Inmarsat využiacuteva 4 družice na geostacionaacuternych draacutehach a ponuacuteka mobilneacute družicoveacute komunikaacutecie pre hovor a prenos daacutet strednej kvality pri pomerne malyacutech rozmeroch pozemnyacutech staniacutec označovanyacutech skratkou MES (Mobile Earth Station - mobilneacute pozemneacute stanice) MES suacute vyraacutebaneacute vo dvoch variantoch - prenosneacute (portable) a prevozneacute (transportable) Z celeacuteho radu ponuacutekanyacutech služieb je pre bežneacuteho pozemneacuteho užiacutevateľa najvyacutehodnejšia skupina označovanaacute Inmarsat mi-ni-M Podobne ako pri štandarde GSM je i tu použitaacute karta SIM na identifikaacuteciu a zabezpečenie Na prenos medzi MES a telekomunikačnou družicou sa použiacuteva paacutesmo 1516 GHz Na komunikaacuteciu medzi družicou a pozemnou zaacutekladňovou stanicou LES (Land Earth Station - pevnaacute pozemnaacute stanica) sa potom použiacutevajuacute paacutesma 64 GHz a 36 GHz Systeacutem nepoužiacuteva spojenie medzi jednotlivyacutemi družicami spojenej mobilnej stanice sa uskutočňuje vždy cez niektoruacute LES v danej zoacutene ktoraacute buď umožňuje spojenie cez družicu alebo vstup do niektorej z pozemnyacutech telekomunikačnyacutech sietiacute

V roku 1997 bola založenaacute spoločnosť Iridium ako konzorcium veľkyacutech firiem (Motorola Sprint Kyocera a dalšie) v oblasti mobilnyacutech telekomunikaacuteciiacute Ide o projekt ktoryacute sa začal využiacutevať v roku 1999 Iridium je prvaacute spoločnosť ktoraacute chcela pribliacutežiť satelitneacute telefonovanie koncovyacutem zaacutekazniacutekom Zaacutemerom spoločnosti Iridium bolo vytvorenie medzinaacuterodnej bezdrocirctovej komunikačnej siete mobilnyacutech telefoacutenov a pagerov

Iridium patriacute k projektom LEO jeho naacutezov bol odvodenyacute od skutočnosti že prvok iriacutedium obsahuje 77 valenčnyacutech elektroacutenov a to bol praacuteve počet pocircvodne plaacutenovanyacutech družiacutec V priebehu vyacutevoja sa ukaacutezalo že na zabezpečenie prevaacutedzky postačiacute 66 družiacutec + 6 družiacutec zaacuteložnyacutech ale pocircvodnyacute naacutezov už zostal v platnosti Družice sa pohybujuacute v 6 obežnyacutech rovinaacutech vo vyacuteške 780 km nad Zemou Doba obehu je 101 minuacutet Každaacute družica vaacuteži 689 kg

Zaacutekladnaacute komunikačnaacute štruktuacutera systeacutemu je zobrazenaacute na obr 1 Prevaacutedzka siete je podobnaacute prevaacutedzke v pozemnyacutech bunkovyacutech sieťach rozdiel je v tom že zaacutekladňoveacute stanice (pozemneacute riadiace stanice - Gateway) nekomunikujuacute s mobilnyacutemi stanicami priamo ale cez telekomunikačneacute družice Uacutelohou tyacutechto zaacutekladňovyacutech staniacutec je hlavne sledovať pohyb uacutečastniacuteka riadiť jeho komunikaacuteciu a zaisťovať prechod do inyacutech komunikačnyacutech sietiacute

Komunikaacutecia družiacutec sa deje na obežnej draacutehe každaacute družica zaisťuje spojenie s dvoma družicami na rovnakej obežnej draacutehe a ďalšiacutemi štyrmi družicami v paacutesme 2318-2338 GHz spojenie so zaacutekladňovou pozemnou stanicou prebieha v paacutesme 2030 GHz

Koncoveacute uacutečastniacutecke zariadenia suacute rocirczneho typu (napr vozidloveacute nebo prenosneacute stanice) Na spojenie MS - satelit a pevnaacute uacutečastniacutecka stanica - satelit je využiacutevaneacute paacutesmo 16 GHz Z hľadiska užiacutevateľa je docircležiteacute že konštrukcia anteacutennych systeacutemov umožňuje použiacutevanie telefoacutenu bez nutnosti presneacuteho zamerania na družicu

Systeacutem Iridium je napojenyacute na rocirczne druhy pozemnyacutech telekomunikačnyacutech sietiacute a zabezpečuje tak globaacutelne telekomunikačneacute pokrytie vraacutetane celosvetoveacuteho roamingu

Obr 1 Komunikačneacute siete satelitneacuteho systeacutemu Iriacutedium

Histoacuteria českej a slovenskej satelitnej komunikaacutecie

Histoacuteria Českej a Slovenskej satelitnej komunikaacutecie sa začala piacutesať v roku 1974 kedy zahaacutejilo svoju činnosť prveacute stredisko družicovyacutech spojov v Československu - Sedlec Toto stredisko bolo určeneacute na zaisťovanie TV prenosov a medzinaacuterodneacuteho telefoacutenneho spojenia a uviedla ho do prevaacutedzky vtedajšia Spraacuteva raacutediokomunikaacuteciiacute Praha dnešneacute Českeacute radiokomunikace V počiatočnom obdobiacute bolo navrhnuteacute a vybaveneacute pre prevaacutedzku v systeacuteme Intersputnik Prevaacutedzka bola vedenaacute cez satelity Molnija Dnes stredisko s parabolickyacutemi anteacutenami o priemere 18 m poskytuje služby satelitneacuteho spojenia aj naďalej a to hlavne s Intelsatom a Eutelsatom

Satelitneacute systeacutemy a ich rozdelenie Zaacutekladom satelitnyacutech systeacutemov je družica (satelit) nachaacutedzajuacuteca sa na stabilnej orbite

Zeme Satelitnyacute systeacutem je vlastne anteacutenny systeacutem ktoryacute sa pohybuje resp kruacuteži nad Zemou a komunikuje s jednou alebo viaceryacutemi pozemnyacutemi stanicami Pri komunikačnyacutech satelitnyacutech systeacutemoch komunikuje satelit minimaacutelne s dvoma alebo viaceryacutemi pozemnyacutemi stanicami Pozemnaacute stanica je rovnako anteacutenny systeacutem umiestnenyacute na (alebo takmer na) Zemi Prenos daacutet z pozemnej stanice smerom ku družici je definovanyacute ako uplink (vzostupneacute spojenie) a prenos daacutet z družice smerom k pozemnej stanici je definovanyacute ako downlink (zostupneacute spojenie) Elektronika ktoraacute v satelite konvertuje signaacutel z uplink na downlink sa nazyacuteva transpondeacuter Ak transpondeacuter prijiacutemanyacute signaacutel iba presuacuteva na uplink frekvenciu ide o transparentnyacute transpondeacuter ak vykonaacuteva aj dodatočnuacute regeneraacuteciu signaacutelu ide o regeneratiacutevny transpondeacuter Klasifikaacutecia satelitnyacutech systeacutemov Podľa uacutelohy ktoruacute satelity plnia ich možno rozdeliť do 5-tich skupiacuten

a Vyacuteskumneacute o geodetickeacute o geofyzikaacutelne o astronomickeacute vyacuteskum planeacutet hviezd (Slnka) o diaľkovyacute prieskum Zeme pohyb pevniacuten geologicko-geografickeacute prieskumy

b Meteorologickeacute o sledovanie hurikaacutenov predpoved počasia

c Telekomunikačneacute o prenos televiacutezneho signaacutelu o globaacutelne prepojenie telefoacutenov - nahradzovaneacute optickyacutemi vlaacuteknami o hlavneacute uzly pre globaacutelne siete - nahradzovaneacute optickyacutemi vlaacuteknami o komunikačneacute prepojenie pre vzdialeneacute alebo menej rozvinuteacute lokality o systeacutemy pre rozšiacuterenie pokrytia bunkovyacutech telefoacutennych systeacutemov (GSM)

d Navigačneacute o navigaacutecia (lietadiel lodiacute) o určovanie polohy (lokalizaacutecia) smeru pohybu ryacutechlosti

e Vojenskeacute o komunikačneacute o navigačneacute o vyacutezvedneacute o vyacutestražneacute

Rozdelenie podľa všeobecneacuteho použitia bull komerčneacute bull armaacutedne bull amateacuterske bull experimentaacutelne

Rozdelenie typu služieb podľa Medzinaacuterodnej telekomunikačnej uacutenie (ITU)

bull Fixed service satellite (FSS) - Fixneacute satelitneacute služby bull Broadcasting Satellite Services (BSS) - Vysielacie satelitneacute služby bull Direct Broadcasting Service (DBS) - Priame vysielacie služby bull Mobile Satellite Services (MSS) - Mobilneacute satelitneacute služby bull Radio Determination Satellite Service (RDSS) - Raacutediodeterminačneacute satelitneacute

služby bull Radio Navigation Satellite Service (RNSS) - Raacutedionavigačneacute satelitneacute služby bull Inter Satellite Services (ISS) - Medzisatelitneacute služby

Fixneacute satelitneacute služby FSS je spojenie medzi pevne umiestnenyacutemi pozemskyacutemi stanicami Prenaacutešaneacute

informaacutecie teda nie suacute určeneacute pre priacutejem širokou verejnosťou ale suacute prijiacutemaneacute profesionaacutelnou pozemnou stanicou a ďalej suacute distribuovaneacute prostredniacutectvom pozemnej siete FSS je svojiacutem spocircsobom rozšiacutereniacutem kaacuteblovyacutech spojov s podstatne vaumlčšiacutemi spojovyacutemi možnostami Vysielacie satelitneacute služby

BSS je služba ktoraacute zabezpečuje vysielanie rozhlasu a televiacutezie Daacuteta suacute distribuovaneacute len jednosmerne z vysielaciacutech štuacutediiacute do užiacutevatelskyacutech prijiacutemačov Taacuteto služba realizuje plošneacute pokrytie Zemskeacuteho povrchu signaacutelom s takou vyacutekonovou hustotou aby bol možnyacute priacutejem širokou verejnosťou Od satelitov použiacutevanyacutech v FSS sa liacutešia vyššiacutem vysielaciacutem vyacutekonom Služby BSS suacute navrhovaneacute pre verejnyacute priacutejem pevnyacutech terminaacutelov s veľkyacutemi anteacutenami Ak maacute ale satelit dostatok energie na vysielanie signaacutelu ktoryacute by umožnoval individuaacutelny priacutejem malyacutemi anteacutenami tak sa taacuteto služba nazyacuteva priama vysielacia služba (DBS) S DBS mocircžu prijiacutemať signaacutel aj mobilneacute terminaacutely ako lode vlaky autobusy a ďalšie

Mobilneacute satelitneacute služby Služby MSS umožňujuacute vytvorenie spojenia medzi pohyblivyacutemi stanicami na povrchu

Zeme resp v hlavnej časti zemskej atmosfeacutery MSS sa delia na dve kategoacuterie bull suacutestavy pre duplexneacute spojenie zaacutekladňovej pozemskej stanice s pohyblivyacutemi objektmi

cez satelit bull suacutestavy pre duplexneacute spojenie medzi pohyblivyacutemi stanicami pomocou satelitu bez

uacutečasti zaacutekladňovej stanice

Raacutediodeterminačneacute a raacutedionavigačneacute služby Raacutediodeterminancia je všeobecnejšia ako navigaacutecia Raacutediodeterminačnyacute systeacutem

(RDSS) poznaacute polohu identifikovaneacuteho prijiacutemačavysielača a mocircže ju na požiadanie poskytnuacuteť Systeacutem je teda obojsmernyacute a rovnako ako poskytuje informaacuteciu o polohe samotnej mobilnej stanici mocircže ju poskytnuacuteť aj inyacutem subjektom Na druhej strane v raacutedionavigačnom systeacuteme (RNSS) mocircže svoju polohu zistiť len mobilnaacute stanica Raacutedionavigačnyacute systeacutem je teda len jednosmernyacute Jeho vyacutehodou je bezpečnosť utajenia poziacutecie Medzidružicoveacute satelitneacute služby

ISS zabezpečuje komunikaacuteciu medzi družicami (GEO - GEO GEO - LEO) Tu sa využiacuteva laserovaacute komunikaacutecia s vysoko pokrokovyacutemi technoloacutegiami Porovnanie satelitnej a pozemnej bezdrocirctovej komunikaacutecie

Existuje niekoľko rozdielov medzi satelitnou komunikaacuteciou a pozemnou bezdrocirctovou komunikaacuteciou ktoraacute je ovplyvnenaacute naacutevrhom a prevedeniacutem Porovnaniacutem tyacutechto dvoch typov komunikaacuteciiacute mocircžeme urobiť nasledujuacutece zaacutevery

Vyacutehody satelitnej komunikaacutecie

bull Oblasť pokrytia (dosahu) signaacutelom ktoraacute ďaleko prekračuje dosah pozemnyacutech systeacutemov Pri použitiacute geostacionaacuterneho satelitu je možneacute signaacutelom pokryť až 14 zemskeacuteho povrchu

bull Keďže podmienky pri komunikaacutecii satelitu s pozemnou stanicou suacute podobneacute ako tie pri komunikaacutecii satelitu so satelitom je možneacute dosť preciacutezne navrhnuacuteť a zrealizovať komunikačnyacute spoj medzi dvoma satelitmi Tento potom daacuteva možnosť smerovať signaacutel medzi satelitmi čiacutem sa znižuje doba prenosu na minimum a vyacuterazne sa zredukuje počet pozemnyacutech smerovaciacutech braacuten

bull Cena prenosu je nezaacutevislaacute na vzdialenosti vo vnuacutetri oblasti satelitneacuteho pokrytia bull Je možneacute využiacutevať dvojbodoveacute skupinoveacute aj plošneacute spojenie bull Aj keď suacute satelitneacute spoje naacutechylneacute na jednoraacutezoveacute vyacutepadky alebo pokles kvality

prenosu všeobecne je kvalita prenosu extreacutemne vysokaacute bull Dostupnosť veľkyacutech šiacuterok paacutesma umožňuje použiacutevať vysokeacute ryacutechlosti prenosu daacutet

Satelity nie suacute vystaveneacute priacuterodnyacutem katastrofaacutem

Nedostatky satelitnej komunikaacutecie bull Schopnosť nosnosť kozmickyacutech lodiacute ako i prideleneacute šiacuterky paacutesma suacute limitmi ktoreacute

vyžadujuacute kompromisy pri naacutevrhu parametrov satelitov a pozemnyacutech staniacutec bull U geostacionaacuternych satelitov suacute dlheacute doby prenosu signaacutelu až 14 sekundy Vysokeacute suacute

aj počiatočneacute naacuteklady

Obežneacute draacutehy - orbity Klasifikaacutecia obežnyacutech draacuteh satelitov

1 Draacuteha mocircže byť kruhovaacute so stredom kruhu v strede Zeme alebo eliptickaacute so zemskyacutem stredom na jednom z dvoch ohniacutesk elipsy

2 Satelity mocircžu kruacutežiť okolo Zeme v rozličnyacutech rovinaacutech Rovniacutekovaacute orbita (equatorial) je presne nad rovniacutekom Zeme Polaacuterna (polar) orbita prechaacutedza nad oboma poacutelmi Ďalšie obežneacute draacutehy suacute uvedeneacute ako nakloneneacute či šikmeacute (inclined) obežneacute draacutehy

3 Klasifikaacutecia podľa tvaru a polomeru obežnej draacutehy bull Geostationary Earth Orbit (GEO) - geostacionaacuterne družice ktoryacutech obežnaacute

draacuteha je vo vyacuteške 36000 km doba obehu je zhodnaacute s ryacutechlosťou otaacutečania Zeme pre pozemskeacuteho pozorovateľa suacute teda nehybneacute

bull Medium Earth Orbit (MEO) - družice so strednou kruhovou draacutehou vyacuteška 6 000 ndash 20 000 km doba obehu okolo 5 hodiacuten

bull Low Earth Orbit (LEO) - družice s niacutezkou kruhovou draacutehou obežnaacute draacuteha tyacutechto družiacutec sa nachaacutedza vo vyacuteške zhruba 700-1 500 km doba obehu je 80-130 minuacutet

o [Sun-Synchronous Orbit (SSO)] bull Highly Elliptical Orbit (HEO) - eliptickaacute orbita najbližšiacute bod min 500km a

najvzdialenejšiacute bod približne 50 000km

Umiestnenie družiacutec na obežnyacutech draacutehach nemocircže byť ľubovoľneacute lebo magnetickeacute pole Zeme zachycuje elektroacuteny a ionizovaneacute častice vyžarovaneacute Slnkom a vytvaacutera paacutesma s vysokou energiou (tzv Van Allenove paacutesy) Magnetickeacute pole Zeme tak chraacuteni život na Zemi ale suacutečasne vytvaacutera technickeacute obmedzenia pre umiestnenia družicovyacutech segmentov Obr 2 zjednodušene ukazuje polohu paacutesov okolo Zeme použiteľnyacutech na umiestnenie telekomunikačnyacutech družiacutec i Van Allenove paacutesy (VAP)

Obr 2 Vyacuteškoveacute paacutesma na umiestnenie telekomunikačnyacutech družiacutec LEO (Low Earth Orbiacutet) -

niacutezka obežnaacute draacuteha VAP - vonkajšie a vnuacutetorneacute Van Allenove paacutesy MEO (Meacutedium Earth Orbit) - strednaacute obežnaacute draacuteha GEO (Geostationary Earth Orbit) - geostacionaacuterna draacuteha

Obr 3 Typy orbiacutet

Telekomunikačneacute družice umožňujuacute vytvaacuterať bunkoveacute siete Jedna bunka (satelit) maacute polomer raacutedovo niekoľko stoviek kilometrov (LEO MEO) resp niekoľko tisiacutec km (GEO)

Prehľad niektoryacutech realizovanyacutech i plaacutenovanyacutech projektu zachycuje tab 1 Časť projektov sluacuteži na uacutezko špecializovaneacute uacutečely ineacute suacute určeneacute na obecneacute použitie s naacutevaumlznosťou na pozemneacute telekomunikačneacute siete

Tab 1 Prehľad projektov pre kozmickeacute telekomunikaacutecie

naacutezov projektu suacutestava počet družiacutec realizaacutecia Inmarsat GEO 9 1979 Iriacutedium LEO 66+6 1998 Orbcomm LEO 24 1999 Globstar LEO 56 1999 ECCO LEO 12 2000 Ellipso LEO+GE 10+7 2000 Teledesic LEO 288 2002 ICO MEO 12 2000 Odysseus MEO 18 2001 Cyberstar GEO 3 1999 Sky Bridge LEO 32 2001 Astrolink GEO 9 2000 Spaceway GEO 8 2000 Celestri GEO+LE 9+63 2003

Satelit obieha okolo Zeme ktoraacute maacute podstatne vaumlčšiu hmotnosť po draacutehe nazyacutevanej obežnaacute draacuteha alebo orbita (obr 3) Na tvar obežnej draacutehy resp na odchyacutelky od jej ideaacutelneho tvaru majuacute vplyv priacuterodneacute sily Z tyacutechto vplyvov ktoreacute sa označujuacute ako perturbačneacute efekty maacute najvaumlčšiacute podiel na odchyacutelkach gravitačneacute pole Zeme (ale aj Mesiaca Slnka a inyacutech planeacutet) nehomogenita magnetickeacuteho poľa Zeme atmosfeacutera ktoraacute spocircsobuje brzdenie družice v atmosfeacutere ale aj takyacute jav akyacutem je slnečnyacute vietor

Zaacutekladneacute pojmy v satelitnej komunikaacutecii Docircležityacutem pojmom v satelitnej komunikaacutecii je satelitnaacute stopa diktujuacuteca oblasť pokrytia

signaacutelom Ďalšiacutem pojmom je elevačnyacute uhol (elevation - pozdvihnutie obr 5) čo je uhol medzi orbitou satelitu a tangentou (dotyčnica so zemskyacutem povrchom v bode umiestnenia

anteacuteny) Maximaacutelne satelitneacute pokrytie je možneacute dosiahnuť na elevačnom uhle 0deg Tento uhol by siacutece rozšiacuteril satelitneacute pokrytie k optickeacutemu horizontu do všetkyacutech smerov avšak existujuacute aspoň 3 docircvody prečo maacute byť minimaacutelny elevačnyacute uhol vaumlčšiacute ako 0deg

1 budovy a ďalšie pozemneacute objekty by blokovali priamu viditeľnosť (line of sight) Tieto prekaacutežky by absorbovali odraacutežali alebo laacutemali signaacutel čiacutem by dochaacutedzalo k jeho oslabeniu aalebo skresleniu

2 atmosferickeacute oslabenie je vaumlčšie na malom elevačnom uhle pretože signaacutel prekonaacuteva atmosfeacuterou dlhšiu vzdialenosť

3 elektronickyacute šum generovanyacute v bliacutezkosti zemskeacuteho povrchu by nepriaznivo ovplyvňoval priacutejem

Obr 4 Inklinaacutecia

Obr 5 Elevaacutecia a satelitnaacute stopa

Minimaacutelny elevačnyacute uhol je zaacutevislyacute od frekvencie na ktorej sa komunikuje a je

rozdielny pre uplink (podla FCC 5deg) a downlink (5deg - 20deg) Ďalšiacutem zaacutekladnyacutem pojmom je inklinaacutecia čo je uhol medzi orbitou a rovniacutekom -

obr 4 Satelity na cirkulaacuternej orbite - vyacutepočet

Pre vyacutepočet polomeru umiestnenia satelitu na obežnej draacutehe je možneacute použiť dva nasledovneacute vzorce

Vyacutepočet gravitačnej sily Fg = m g ( R r )2

Vyacutepočet odstredivej sily Gc = m r ω2

pričom m hmotnosť satelitu R polomer Zeme (R = 6370 km) r vzdialenosť satelitu od stredu Zeme g gravitačneacute zryacutechlenie (g = 981 ms2 ) ω uhlovaacute ryacutechlosť (ω = ( 2πf ) kde f je frekvencia rotaacutecie

Satelit zotrvaacuteva na orbite ak Fg = Fc

potom polomer

Ak chceme vypočiacutetať vzdialenosť GEO satelitu od Zeme (H) mocircžeme doplniť nasledujuacutece hodnoty R 6 370 000m g 981 ms2 f = ( 1 T )

kde T = 24h = 86 400s

potom r = 42 221 km

H = r - R = 35 851 km3

H sa bliacuteži k skutočnej hodnote vzdialenosti GEO satelitu od Zeme ktoraacute je 35 786 km

poznnaacutemka 3[H nevychaacutedza presne aj preto že vyacutepočet nezohladňuje reaacutelne parametre Skutočnaacute perioacuteda obletu Zeme GEO satelitom je 23 hod 56 min 41 sek (prechodnyacute rok) Navyše Zem nemaacute presnyacute tvar gule jej priemernyacute rovniacutekovyacute raacutedius je 6378km a priemernyacute polaacuterny raacutedius je 6356 km]

Obr 6 GEO vzdialenosť

V princiacutepe najjednoduchšie satelity suacute satelity umiestneneacute na geostacionaacuternej obežnej draacutehe 35 786 km nad zemskyacutem povrchom rotujuacutece na uacuterovni rovniacuteka (inklinaacutecia 0deg - obr 4) s rovnakou uhlovou ryacutechlosťou ako Zem Veľkaacute vyacutehoda tohto systeacutemu spočiacuteva v tom že satelit obehne Zem za rovnakuacute dobu za akuacute sa Zem otočiacute ndash to znamenaacute že satelit v podstate visiacute nad jednyacutem miestom planeacutety Tyacutem odpadajuacute zložiteacute suacutestavy vzaacutejomne sa križujuacutecich satelitnyacutech draacuteh a prepiacutenaciacutech strediacutesk ktoreacute synchronizujuacute prechody satelitu z paacutesiem do paacutesiem Vyacutehodou i nevyacutehodou je pomerne veľkaacute plocha Zeme ktoruacute tento satelit pokryacuteva Je siacutece potrebnyacute menšiacute počet satelitov na pokrytie planeacutety ale mobilneacute stanice musia byť omnoho vyššie Zo vzdialenosti v ktorej sa GEO satelity nachaacutedzajuacute ležiacute celyacute zemskyacute disk na uacuterovni rovniacuteka pod uhlom 174deg Obr 6 zobrazuje geostacionaacuternu orbitu v pomere vzdialenostiacute a veľkosti Zeme Na geostacionaacuternej draacutehe suacute umiestneneacute napriacuteklad družice určeneacute na prenos televiacutezneho signaacutelu i VSAT (Very Small Aperture Terminals) Toto riešenie sa zatiaľ použiacuteva najviac pre daacutetoveacute prenosy (typicky internetoveacute satelitneacute linky)

Drobnyacute probleacutem predstavujuacute už zmieneneacute van Allenovy paacutesy - ide o zhluky častiacutec ktoreacute majuacute relatiacutevne vysokyacute naacuteboj a poškodzujuacute nielen elektronickeacute zariadenia ale rozrušujuacute aj samotnuacute štruktuacuteru materiaacutelu - životnosť družiacutec v tyacutechto dvoch van Allenovyacutech paacutesoch (vonkajšiacute a vnuacutetornyacute) by byla minimaacutelna

Vyacutehody GEO satelitov bull Sledovanie satelitu jeho pozemnou stanicou je pre rovnakuacute uhlovuacute ryacutechlosť so Zemou

zjednodušeneacute preto upevnenie anteacuten mocircže byť pevneacute a netreba ich dolaďovať bull Vo vyacuteške 35 786km nad Zemou mocircže satelit komunikovať približne zo frac14 Zeme

Takto je možneacute tromi satelitmi oddelenyacutemi po 120deg pokryť vaumlčšinu obyacutevanyacutech častiacute Zeme

Probleacutemy GEO satelitov bull Kvocircli pevnej polohe nad rovniacutekom zostaacutevajuacute oblasti bliacutezko poacutelov nepokryteacute a nad

zemepisnou šiacuterkou 60deg je zlaacute elevaacutecia bull Signaacutel po prekročeniacute vyše 35 tis km mocircže byť pomerne slabyacute a preto je potrebnaacute

vysokaacute vysielacia energia bull Doba prenosu je značnaacute dokonca aj pri ryacutechlosti približne 300 000 kms Komunikaacutecia

medzi dvoma miestami na Zemi priamo pod satelitom je v skutočnosti (2x35786) 300 000 asymp 024s Pre ostatneacute oblasti nie priamo pod satelitom sa taacuteto doba zvyšuje

Ďalšiacutem rysom geostacionaacuternych satelitov je že pridelenou frekvenciou pokryacutevajuacute veľmi veľkeacute uacutezemia čiacutem sa znemožňuje ich opaumltovneacute použitie Pri point-to-mulitpoint aplikaacuteciaacutech ako je TV vysielanie s potrebou rozsiahleho pokrytia rovnakou kolekciou TV programov to nemožno považovať za nedostatok avšak pri point-to-point komunikaacutecii je to plytvaniacutem frekvenčneacuteho spektra Čiastočnyacutem riešeniacutem mocircže byť využitie vysoko-smerovyacutech anteacuten pre kontrolu stopy teda vysielanie užšiacutech luacutečov signaacutelu Niektoreacute z menovanyacutech probleacutemov rieši použitie LEO a MEO satelitov

Vynesenie satelitu na GEO obežnuacute draacutehu Množstvo GEO satelitov je vynaacutešanyacutech na obežnuacute draacutehu z oblastiacute ktoreacute neležia nad

rovniacutekom a preto musiacute byť rovniacutekovaacute rovina dosiahnutaacute počas vypuacutešťacej sekvencie V Prvej etape je satelit vynesenyacute z atmosfeacutery a je mu danaacute značnaacute ryacutechlosť Toto realizuje obetnyacute prostriedok - prvyacute raketovyacute člaacutenok (Boost Stage) ktoryacute sa po vyhoreniacute odpaacuteja od satelitu a zvyšnyacutech člaacutenkov Odpojenyacute člaacutenok padaacute k Zemi pričom je zničenyacute pri prelete atmosfeacuterou Ďalšiu etapu realizuje druhyacute člaacutenok ktoryacute vynaacuteša satelit na niacutezko-zemskuacute orbitu vo vyacuteške 150 až 300 km Po odhodeniacute druheacuteho člaacutenku zostaacuteva satelit určituacute dobu v niacutezko-zemskej orbite Vo vhodnom čase je ďalšiacutem člaacutenkom (Peering Stage) satelit katapultovanyacute do eliptickeacuteho

presunoveacuteho orbitu tak aby dosiahol geostacionaacuternu vyacutešku Ak sa satelit po eliptickej draacutehe dostane na potrebnuacute vzdialenosť od Zeme odpaľuje motor ktoryacute je už zvyčajne zabudovanyacute do tela satelitu a smeruje satelit na cirkulaacuternu orbitu v rovine rovniacuteka Ak je satelit na GEO orbite anteacutena a solaacuterne panely mocircžu byť vysunuteacute (rozloženeacute) a satelit sa stavia do finaacutelnej fyzickej konfiguraacutecie

Behom prevaacutedzky musiacute satelit korigovať svoju vyacutešku a spraacutevny smer k čomu mu dopomaacuteha internyacute gyroskop a maleacute pomocneacute raketoveacute trysky MEO satelity (Medium Earth Orbit)

MEO satelity suacute satelity na strednej obežnej draacutehe vo vyacuteškach asi 6000 - 20 000 km nad zemskyacutem povrchom s nasledujuacutecimi charakteristikami

bull doba obletu Zeme je približne 6 až 8 hodiacuten bull priemer pokrytia je od 10 000 do 15 000 km bull oneskorenie signaacutelu približne 70 ndash 80 ms

Obr 7 MEO Satelity

MEO satelity vyžadujuacute omnoho menej predaacutevaniacute (handover4) ako LEO satelity Doba šiacuterenia signaacutelu na Zem ako aj energia potrebnaacute na vysielanie suacute siacutece vaumlčšie ako pri LEO avšak staacutele podstatne menšie ako pri GEO satelitoch Priacuteklad MEO satelitneacuteho systeacutemu je ICO - Intermediate Circular Orbit ktoryacute bol založenyacute v roku 1995 a vypustenyacute do roku 2001 ICO satelitnaacute konštelaacutecia pozostaacuteva z 10+2 satelitov pre prevaacutedzku na 12 rokov Satelity suacute vo vyacuteške 10 390 kilometrov a kruacutežia v dvoch obežnyacutech draacutehach s inklinaacuteciou 45deg od rovniacuteka Na každej obežnej draacutehe operuje 5 satelitov plus jeden naacutehradniacutek ICO bol navrhnutyacute na prenos digitaacutelneho hlasu daacutet pre faxoveacute a odkazoveacute služby a je využiacutevanyacute (naacutemornou) dopravou štaacutetnou spraacutevou ťažobnyacutemi a ďalšiacutemi spoločnosťami

Strednaacute obežnaacute draacuteha ležiacute medzi oboma van Allenovyacutemi paacutesmi niacutezka obežnaacute draacuteha je pod nimi Pri takyacutechto obežnyacutech draacutehach je možneacute veľkosť uacutezemia pokryteacuteho jednou prevaacutedzacou bunkou obmedziť na raacutedovo stovky kilometrov Vyacutesledkom takeacutehoto riešenia je potom miniaturizaacutecia mobilnyacutech staniacutec predĺženie vyacutedrže bateacuteriiacute potrebnyacutech na prevaacutedzku navyše je však nutnyacute vyššiacute počet satelitov vyššie suacute aj zriaďovacie naacuteklady ale takeacuteto riešenie komunkaacutecie poskytuje vaumlčšiu kapacitu siete a vyššiu kvalitu i ryacutechlosť

poznaacutemka4[Handover Termiacuten handover sa použiacuteva v terminoloacutegiiacute mobilnej komunikaacutecie Pri prevaacutedzke mobilnej bezdrocirctovej komunikaacutecie mocircže nastať priacutepad že mobilnyacute uacutečastniacutek sa počas komunikaacutecie presunie z oblasti ktoruacute pokryacuteva jeden vysielač do dosahu ineacuteho vysielača Mocircže iacutest o satelity zaacutekladňoveacute stanice v bunkovyacutech sieťach kombinovaneacute siete ktoreacute využiacutevajuacute na mobilnuacute komunikaacuteciu pozemneacute vysielače a satelity ako aj ineacute systeacutemy umožňujuacutece mobilitu Aby komunikaacutecia mohla pokračovať systeacutem poskytujuacuteci mobilnuacute komunikaacuteciu musiacute vykonať zmenu a predať komunikaacuteciu na novyacute vysielač bez straty aktiacutevneho spojenia Takeacuteto predanie sa nazyacuteva handover

V technickej literatuacutere je možneacute naacutejsť termiacuten handover rovnako aj termiacuten handoff Handoff sa nachaacutedza v dokumentoch US celulaacuternych štandardov a handover v dokumentoch ITU Oba znamenajuacute to isteacute LEO satelity (Low Earth Orbit

Suacute satelity na niacutezke obežnej draacutehe vo vyacuteške 500 do 1500km s kruhovyacutem alebo mierne elipsovityacutem tvarom Majuacute nasledovneacute charakteristiky

bull perioacuteda obežnej draacutehy je 90 až 120 minuacutet

bull viditelnosť satelitu je 10 až 40 minuacutet bull priemer pokrytia je približne 8000 km bull doba oneskorenia je bliacutezka oneskoreniu na dlhyacutech pozemnyacutech spojoch 5 ndash 10 ms bull ryacutechly pohyb satelitov robiacute systeacutemy zložiteacute (častyacute handover a probleacutemy so zmenou

frekvencie kvocircli Dopplerovyacutem posunom) bull vplyvom atmosferickeacuteho ťahu5 sa orbita satelitu kaziacute

poznaacutemka5 [Vplyv atmosferickeacuteho ťahu na satelit V niacutezkych orbitaacutech suacute satelity ovplyvňovaneacute atmosferickyacutem tahom (atmospheric drag) čo je trenie spocircsobeneacute koliacuteziou s atoacutemmi ioacutenov v atmosfeacutere Zeme Satelity tyacutemto treniacutem straacutecajuacute vyacutešku a naacutesledne orbitu Vo vyacuteškach okolo 180 km je efekt trenia takyacute veľkyacute že nadmerneacute teplo spocircsobiacute spaacutelenie satelitu Efekt atmosferickeacuteho ťahu je zaacutevažnyacute do vyacutešky aspoň 1000 km a nie je zanedbateľnyacute až do vyacutešky 3000 km Atmosferickyacute ťah redukuje životnosť satelitu na orbite tvar jeho orbity a počiatočnuacute vyacutešku Typicky malyacute satelit vo veľmi niacutezkej orbite ndash bližšie k zemskeacutemu povrchu (okolo 400 km) mocircže vydržať na orbite iba niekoľko mesiacov a satelit tej istej veľkosti na kruhovej orbite 800 km mocircže zotrvať niekoľko desaťročiacute teda omnoho viac ako je jeho očakaacutevanaacute operačnaacute doba 10 - 15 rokov]

Obr 8 Globalstar (velkeacute LEO) 48 satelitov Orbcomm (maleacute LEO) 35 satelitov Globalstar Teledesic (velkeacute LEO) 288 satelitov

Praktickeacute nasadenie tohoto systeacutemu vyžaduje použitie viacnaacutesobnyacutech orbiacutet s viaceryacutemi satelitmi na každej orbite Počet satelitov pre rovnakuacute oblasť pokrytia je vaumlčšiacute ako pri MEO LEO systeacutemy suacute často navrhovaneacute pre satelitnuacute mobilnuacute komunikaacuteciu pre jej niektoreacute vyacutehody Prijiacutemanyacute signaacutel je silnejšiacute ako z GEO a MEO satelitov (pri rovnakej sile vysielania) čo je docircležiteacute pretože mobilneacute terminaacutely a osobneacute terminaacutely potrebujuacute silnejšie signaacutely pre svoju činnosť Menšie oneskorenie a možnosť znovu-použitia frekvenčneacuteho paacutesma docircsledkom menšiacutech oblastiacute pokrytia dovoľuje na pridelenej šiacuterke paacutesma spojiť viac uacutečastniacutekov (nie v jednej stope) Na druhej strane prevaacutedzkovanie rozsiahleho pokrytia 24 hodiacuten denne je potrebneacute vaumlčšie množstvo satelitov Na prevaacutedzku LEO satelitov bolo vytvorenyacutech množstvo naacutevrhov ktoreacute možno rozdelit do dvoch kategoacuteriiacute Priacutekladom systeacutemu určeneacuteho pre niacutezku obežnuacute draacutehu LEO je už spomiacutenanyacute systeacutem satelitov Iridium

Maleacute LEO Suacute určeneacute pracovať na komunikačnyacutech frekvenciaacutech pod 1GHz s nie viac ako 5 MHz šiacuterkou paacutesma a podporou ryacutechlosti prenosu daacutet do 10 kbits Tieto systeacutemy suacute zameraneacute na pagery stopovanie a niacutezko ryacutechlostnuacute vyacutemenu spraacutev Priacutekladom takeacutehoto satelitneacuteho systeacutemu je Orbcomm ktoryacute bol prvyacute malyacute LEO v prevaacutedzke Jeho prveacute dva satelity boli vypusteneacute v roku 1995 Je navrhnutyacute pre dvojcestnyacute paging email a je optimalizovanyacute pre prenos maleacuteho zhluku daacutet Využiacuteva sa na riadenie kamioacutenovej dopravy železničnyacutech vozňov ťažkej techniky a inyacutech vzdialenyacutech mobilnyacutech prostriedkov Systeacutem

využiacuteva frekvencie 137-138 MHz a 400 MHz pre downlink na mobilneacute zariadenia alebo pevneacute daacutetoveacute komunikačneacute zariadenia a frekvencie 148-150 MHz pre vysielanie ku satelitu Tieto frekvencie použiacutevaneacute LEO satelitnyacutemi systeacutemami boli alokovaneacute organizaacuteciou FCC (Federal Communications Commission) pre maleacute LEO mobilneacute satelitneacute služby v roku 1993 Satelitneacute systeacutemy s niacutezkou orbitou mocircžu byť tiež využiteacute na prenos daacutet z monitorovaciacutech meračov naacutedržiacute potrubiacute alebo ropnyacutech a plynovyacutech zaacutesobnyacutech rezervoaacuterov Orbicom maacute viac ako 35 satelitov na niacutezkej obežnej draacutehe Zeme (825 km) s podporou ryacutechlosti prenosu 24kb upload a 48 download

Veľkeacute LEO Pracujuacute na frekvenciaacutech nad 1GHz a podporujuacute ryacutechlosti až do niekoľko maacutelo Mbs Tieto systeacutemy inklinujuacute k rovnakej ponuke služieb ako systeacutemy maleacuteho LEO s pridaniacutem hlasu a lokalizačnyacutech služieb Priacutekladmi takeacuteho satelitneacuteho systeacutemu suacute Globalstar a Teledesic

Globalstar je už od roku 1991 suacutečasťou konkurenčneacuteho prostredia v oblasti satelitnej komunikaacutecie ako konzorcium vyacuteznamnyacutech spoločnosti (napr France Telecom Alcatel Loral a ďalšie) Prevaacutedzku Globalstar realizuje 48 satelitov vo vyacuteške 1413km ktoreacute pokryacutevajuacute iba niektoreacute časti Zeme (od 70deg severnej do 70deg južnej zemepisnej šiacuterky) Ich uacutelohou je zabezpečenie hlasovej komunikaacutecie

Ďalšia sieť Teledesic použiacuteva 288 LEO satelitov ktoreacute suacute vzaacutejomne prepojeneacute a sluacutežia na poskytovanie priacutestupu k zvukovyacutem daacutetovyacutem alebo video - komunikačnyacutem službaacutem Pomocou tyacutechto satelitov zabezpečuje systeacutem prepiacutenaneacute digitaacutelne spojenia (cez uacutestredňu) medzi použiacutevateľmi rocircznych sietiacute Teledesic maacute všetkyacutech 288 satelitov rozdelenyacutech do 12 roviacuten každaacute s 24 satelitmi Družice obiehajuacute okolo Zeme vo vyacuteške 700 km Každyacute satelit je uzlom prepiacutenacej siete a je prepojenyacute pomocou medzisatelitnyacutech komunikačnyacutech liniek s ocircsmimi susednyacutemi družicami Každyacute jeden satelit je prepojenyacute so 4 satelitmi v rovnakej rovine (2 vpredu a 2 vzadu) a so štyrmi v oboch susednyacutech rovinaacutech na oboch stranaacutech (vpredu aj vzadu) Toto vzaacutejomneacute prepojenie formuje viaccestnuacute sieť a poskytuje robustnuacute sieťovuacute konfiguraacuteciu ktoraacute je odolnaacute voči poruchaacutem a miestnym preťaženiam Teledesic pracuje v Ka paacutesme na frekvenciaacutech 286 - 291 GHz pre uplink a 188 - 193 GHz pre downlink HEO satelity

Satelitneacute systeacutemy s vysoko eliptickou orbitou boli spočiatku využiacutevaneacute Rusmi na prevaacutedzku komunikaacutecie so severnyacutemi regioacutenmi ktoreacute nepokryacutevali ich GEO satelitneacute systeacutemy HEO systeacutemy majuacute typicky orbitu s najbližšiacutem bodom k zemskeacutemu povrchu (apogeum) okolo 500 km a najvzdialenejšiacutem bodom od Zeme (perigeum) približne 50 000km Pre prevaacutedzkovanie komunikačnyacutech služieb v severnyacutech zemepisnyacutech šiacuterkach je inklinaacutecia orbity 634deg Perioacuteda obletu Zeme je od 8 do 24 hod V dobre navrhnutom HEO systeacuteme suacute satelity umiestneneacute tak aby ich apogeum bolo nad oblasťou zaacuteujmu pokrytia Doba prenosu a strata signaacutelu vo voľnom priestore suacute porovnateľneacute s GEO satelitmi Kvocircli relatiacutevne ryacutechlemu pohybu musia byť satelity schopneacute sa vyrovnať s veľkyacutemi Dopplerovyacutemi posunmi Priacutekladom HEO je napr ruskyacute satelitnyacute systeacutem Molnija ktoryacute bol navrhnutyacute na pokrytie Sibiacuteru Tento využiacuteval 3 satelity s 12 hodinovou orbitou oddelenou okolo Zeme po 120deg Apogeum Molnoy je 1 000 km a perigeum 39 354 km Ďalšiacutem priacutekladom je rovnako ruskyacute systeacutem Tundra ktoryacute zamestnaacuteva 2 satelity s 24 hodinovou obežnou draacutehou oddelenou po 180deg

SSO satelity

SSO satelity - je ďalšiacute typ obežnej draacutehy satelitov a to slnečne-synchroacutenna orbita (Sun-Synchronous Orbit) SS Orbita je špeciaacutelny priacutepad koordinovaneacuteho polaacuterneho LEO orbitu V takejto orbite sa satelit pohybuje synchronizovane so Slnkom čo znamenaacute že sa každyacute deň nachaacutedza nad rovnakou časťou Zeme v tom istom lokaacutelnom čase Satelit kruacutežiaci

na SS orbite mocircže byť vyacutehodne umiestnenyacute tak aby na jeho solaacuterne kolektory dopadalo slnečneacute svetlo nepretržite a je teda značne nezaacutevislyacute na zaacutesobaacutech energie z bateacuteriiacute Využitie tyacutechto satelitov je zvaumlčša pri rocircznych meraniach alebo sniacutemaniach Zemskeacuteho povrchu v hydroloacutegii geoloacutegii kartografii lesniacutectve a ďalšiacutech avšak SSO satelitneacute systeacutemy majuacute aj humanitneacute uplatnenie (Cospas-Sarsat Network System) na detekciu a lokalizaacuteciu nehocircd (lodneacute leteckeacute katastrofy alebo individuaacutelne) Na priacutepadneacute volanie o pomoc možno využiť svetlice - tzv pozičneacute zaacutechranneacute raacutedio indikaacutetory s manuaacutelnou alebo vodnou aktivaacuteciou Konfiguraacutecie predaacutevanie a smerovanie v satelitnyacutech systeacutemoch

Pre satelitneacute siete suacute bežneacute dva typy konfiguraacutecie na komunikaacuteciu Prvou je point-to-point spojenie medzi dvoma vzdialenyacutemi anteacutenami a druhou je vysielanie point-to-multipoint na komunikaacuteciu medzi jednyacutem pozemnyacutem vysielačom a niekoľkyacutemi pozemnyacutemi prijiacutemačmi

Ak sa komunikujuacutece strany nenachaacutedzajuacute v satelitnej stope (resp luacutečoch) jedneacuteho satelitu komunikaacutecia bude smerovanaacute medzisatelitnyacutemi linkami (ISL Inter-Satellite Link) alebo v braacutenach po Zemi Smerovanie pozemnyacutemi braacutenami využiacuteva napr satelitnyacute systeacutem Globalstar a ISL systeacutem Iriduim Vyacutehodou ISL je značnaacute redukcia počtu braacuten skraacutetenie doby spojenia a prenosu paketov na minimum V mobilnej satelitnej komunikaacutecii je na spojenie dvoch mobilnyacutech uacutečastniacutekov nutnyacute len jeden uplink a jeden downlink Probleacutemy suacute v zložitejšom zameraniacute anteacuten medzi satelitmi Systeacutem sa staacuteva zložitejšiacutem pre pohyb satelitov a vyžaduje si vaumlčšiu spotrebu energie čo skracuje dobu životnosti

Ak satelitnyacute systeacutem prevaacutedzkuje mobilnuacute komunikaacuteciu (čo je aj priacutepad oboch vyššie spomenutyacutech Globalstar a Iridium) a uacutečastniacutek mobilnej satelitnej komunikaacutecie prechaacutedza medzi stopami je systeacutem nuacutetenyacute urobiť predanie - handover Ak uacutečastniacutek prechaacutedza medzi luacutečmi toho isteacuteho satelitu ide o vnuacutetrosatelitneacute predanie Pri prechode uacutečastniacuteka zo stopy jedneacuteho satelitu na stopu ineacuteho satelitu ide o medzisatelitneacute predanie V tomto je satelitnyacute systeacutem podobnyacute pozemnyacutem bunkovyacutem sieťam Odlišnosť satelitnyacutech sietiacute je pri využitiacute strednyacutech a niacutezko orbitaacutelnych satelitov (MEO a LEO pohybujuacute sa ryacutechlejšie ako Zem) spolu so smerovaniacutem pozemnyacutemi braacutenami Vtedy je nutneacute vykonať predanie aj keď mobilnyacute uacutečastniacutek zostaacuteva v stope ale braacutena priacutečinou pohybu satelitu stopu opuacutešta

Špecifickyacute priacutepad nastaacuteva ak suacute satelity využiacutevaneacute len ako doplnkoveacute resp pomocneacute vykryacutevače pre pozemneacute bunkoveacute siete Vtedy je nutneacute urobiť predanie ak mobilnaacute stanica prechaacutedza zo satelitnej stopy do oblasti pokrytia bunkovou sieťou alebo naopak Ak sa mobilnaacute stanica nachaacutedza v prieniku tyacutechto dvoch oblastiacute je vyacutehodnejšie ju prepojiť na pozemnyacute systeacutem kvocircli lacnejšej prevaacutedzke a skraacuteteniu oneskorenia Satelitnyacute signaacutel a frekvenčneacute paacutesma Kvalita prijiacutemaneacuteho signaacutelu

Satelitneacute vysielanie ktoreacute sa uskutočňuje na mikrovlnyacutech frekvenciaacutech je realizovaneacute pomocou vysoko-smerovyacutech anteacuten Signaacutel teda nieje vysielanyacute izotropne ale je cielenyacute na špecifickyacute bod Zeme zaacutevislyacute na požadovanom pokrytiacute oblasti V strede tejto oblasti bude prijiacutemanyacute najvyššiacute signaacutel a jeho intenzita klesaacute s pohybom zo stredoveacuteho bodu do všetkyacutech smerov Tento efekt je zobrazenyacute do satelitnej stopy - obr 9

Zoslabovanie signaacutelu na vaumlčšom elevačnom uhle je docircsledkom zvyšovania vzdialenosti ktoruacute musiacute signaacutel prekonať Stratu signaacutelu vplyvom prekonania vzdialenosti vo voľnom priestore (free space loss) možno vyjadriť nasledovne

Kde LdB (Loss) je strata signaacutelu v decibeloch λ je vlnovaacute dĺžka nosnej frekvencie d vzdialenosť (d a λ musia byť v rovnakyacutech jednotkaacutech)

Obr 9 Satelitnaacute stopa

Ako zo vzorca vidno vplyv na silu signaacutelu maacute okrem vzdialenosti aj frekvencia Obr 10 zobrazuje minimaacutelnu stratu signaacutelu vo voľnom priestore ako funkciu vzdialenosti orbity Ďalšiacutemi faktormi ktoreacute vplyacutevajuacute na kvalitu prijiacutemaneacuteho signaacutelu je okrem satelitom vysielanej energie aj ziskovosť anteacuteny (schopnosť zachytaacutevať elektromagnetickeacute vlny) Všetky doteraz menovaneacute vplyvy tvoria minimaacutelne teoretickeacute kriteacuterium na určenie intenzity signaacutelu a beruacute do uacutevahy len priamu viditelnuacute vzdialenosť s priamo šiacuterenyacutem signaacutelom bez atmosfeacutery a poveternostnyacutech vplyvov Ako už predchaacutedzajuacuteca veta naznačuje tienenie prenosovej cesty prekaacutežkami viaccestneacute šiacuterenie signaacutelu a atmosferickeacute oslabovanie majuacute dalšiacute nepriaznivyacute vplyv na signaacutel

Obr 10 Strata signaacutelu

Zaacutekladnyacutemi priacutečinami oslabovania signaacutelu atmosfeacuterou suacute kysliacutek (ktoryacute je samozrejme všadepriacutetomnyacute) a voda Oslabenie spocircsobeneacute docircsledkom vody ktoraacute je priacutetomnaacute vo vlhkom

vzduchu je viac vyacuterazneacute s hmlou a daždom Pri tyacutechto elementoch hraacute opaumlť rolu elevačnyacute uhol a frekvencia ktoreacute určujuacute vzdialenosť akou cez atmosfeacuteru signaacutel prechaacutedza a danosť frekvencie byť atmosfeacuterou (hmlou daždom) oslabenaacute Vo všeobecnosti platiacute že čiacutem je frekvencia vyššia tyacutem je efekt oslabenia atmosfeacuterou vaumlčšiacute Obr 11 ukazuje typickyacute rozsah oslabenia ako funkciu elevačneacuteho uhla pre frekvencie v paacutesme C Možnyacutemi riešeniami tyacutechto probleacutemov je buď skraacutetenie odstupov spojov alebo diverzita satelitov Diverzita je použitie viaceryacutech viditeľnyacutech satelitov naraz čo umožnuje použiacutevať menšiacute vysielaciacute vyacutekon

Obr 11 Atmosferickeacute oslabenie

Frekvenčneacute paacutesma Tab 2 Frekvenčneacute paacutesma Paacutesmo Frekvenčnyacute rozsah Šiacuterka paacutesma Hlavneacute aplikaacutecie

L 1 až 2 GHz 1 GHz Mobilneacute satelitneacute sluŽby (MSS) S 2 až 4 GHz 2 GHz MSS NASA vesmiacuterny vyacuteskum C 4 až 8 GHz 4 GHz Fixneacute satelitneacute sluŽby (FSS)

X 8 až 125 GHz 45 GHz FSS armaacuteda prieskum povrchu Zemea meteorologickeacute satelity

Ku 125 až 18 GHz 55 GHz FSS vysielacie satelitnyacute sluŽby (BSS) K 18 až 265 GHz 85GHz BSS FSSKa 265 až 40GHz 135 GHz FSS

V tabuľke 2 suacute vymenovaneacute frekvenčneacute paacutesma dostupneacute pre satelitnuacute komunikaacuteciu aj

s ich hlavnyacutemi aplikaacuteciami Je možneacute si všimnuacuteť že na vyššiacutech frekvenciaacutech je dostupnaacute vaumlčšia šiacuterka paacutesma Avšak v podstate vyššia frekvencia vaumlčšmi trpiacute poškodeniami prenosu Mobilnaacute satelitnaacute služba (MSS) maacute prideleneacute frekvencie v S a L paacutesmach Tieto suacute v porovnaniacute z vyššiacutemi paacutesmami vhodneacute najmauml pre lepšie prenikanie fyzickyacutemi predmetmi s nekovovou štruktuacuterou Toto je vyacutehodneacute hlavne pre mobilneacute služby L a S paacutesma suacute rovnako vyacutehodneacute pre pozemneacute oblastneacute aplikaacutecie preto existuje silneacute suacuteperenie medzi rocircznymi mikrovlnyacutemi službami pre tieto paacutesma

Ďalšie delenie frekvenciiacute pre satelitneacute služby je vydelenie paacutesiem pre uplink a downlink Uplink paacutesmo maacute vždy vyššiu frekvenciu ako downlink Vyššie frekvencie majuacute vaumlčšiacute rozptyl a rovnako trpia vaumlčšou stratou vo voľnom priestore ako frekvencie nižšie

Vďaka energetickej dostatočnosti je pozemnaacute stanica schopnaacute kompenzovať tuacuteto vlastnosť vyššiacutech frekvenciiacute vyššou vysielacou silou

Satelitneacute ATM siete Rastuacuteci zaacuteujem o satelitneacute spojenia viedol k prepojeniu družicovyacutech sietiacute a ATM sietiacute Uvedeneacute prepojenie možno charakterizovať nasledovne bull použitiacutem družiacutec sa mocircžu komunikačneacute služby zabezpečovať pokrytiacutem veľkyacutech

geografickyacutech oblasti vraacutetane vzdialenyacutech vidieckyacutech mestskyacutech a nepriacutestupnyacutech oblastiacute bull družicoveacute komunikačneacute systeacutemy majuacute globaacutelny dosah so všetkyacutemi flexibilnyacutemi

schopnosťami požiadaviek pre vlnovuacute dĺžku Taacuteto vynikajuacuteca pružnosť družicovyacutech komunikaacutecii ideaacutelne suacutehlasiacute s hlavnyacutemi charakteristikami ATM sieti ktoreacute zabezpečujuacute požiadavku vlnoveacuteho paacutesma a multimediaacutelnych služieb

bull družice ponuacutekajuacute flexibilitu v podmienkach sieťovej konfiguraacutecie a pridelenie kapacity bull družice zabezpečujuacute vysielanie a schopnosť prepojenia bod - bod bull alternatiacutevne kanaacutely suacute zabezpečeneacute pre spojenia z požiadavky vlnoveacuteho paacutesma a

z charakteristiky prevaacutedzky a mocircžu mať za naacutesledok maximaacutelne zdrojoveacute využitie bull noviacute použiacutevatelia mocircžu byť ľahko zaradeniacute do systeacutemu inštalovaniacutem ATM staniacutec

v objektoch zaacutekazniacuteka bull družice sa mocircžu spraacutevať ako zaacutechytnyacute bod pre optickeacute vlaacutekno ATM siete Nedostatok

optickeacuteho vlaacutekna alebo nahromadeneacute sieťoveacute probleacutemy mocircžu byť ľahko obiacutedeneacute družicovyacutem kanaacutelom so zaacutekladnyacutemi požiadavkami

Družicoveacute ATM siete mocircžu sluacutežiť ako efektiacutevna pracovnaacute sieť prepojeniacute sietiacute LANMAN s využitiacutem vyacutehod sietiacute ATM a družicovej technoloacutegie Existujuacute však určiteacute obmedzenia pre LANMAN prepojenia bull vyacuteznamneacute vyacutekonoveacute parametre pre LANMAN aplikaacutecie obsahujuacute oneskorenie a zaacutekmity

oneskoreniacute z LANMAN paketov Dlheacute prenosoveacute oneskorenia prirodzeneacute pre družicoveacute komunikačneacute systeacutemy mocircžu narušovať priepustnosť LANMAN protokolov Zaacutekmit oneskorenia mocircže rušivo pocircsobiť najmauml na hlasoveacute video a multimediaacutelne prenosy LANMAN užiacutevateľov Preto je nutnyacute novyacute mechanizmus pre optimalizovanie vyacutekonu zaacutekmitu a oneskorovacej charakteristiky

bull jednou z najdocircležitejšiacutech funkciiacute použiacutevanyacutech v družicovyacutech ATM je prekladanie raacutemcov Predpokladaacute sa využitie aj inej daacutetovej štruktuacutery pre všetky LANMAN každaacute z nich je nekompatibilnaacute s ATM bunkami Preto sa vyžaduje učinnyacute konverznyacute protokol bez oneskorenia procesu mapovania tyacutechto štruktuacuter a ATM bunkoveacuteho formaacutetu

So suacutečasnyacutem vyacutevojom technoloacutegie kompresie digitaacutelnych daacutet mocircžu byť

širokopaacutesmoveacute video daacuteta redukovaneacute na paacuter megabitov za sekundu a prenaacutešaneacute v kombinaacutecii s rozdielnymi signaacutelmi vo forme multimediaacutelnych daacutet

V bliacutezkej buduacutecnosti sa očakaacuteva od družicovyacutech ATM sietiacute promptnaacute a pritom nie drahaacute ponuka tyacutechto služieb v širokej oblasti pretože družicoveacute siete suacute lepšie ako terestriaacutelne siete v pokrytiacute uacutečastniacutekov a buduacute staacutele docircležitejšie v multimediaacutelnej eacutere Preto družicoveacute telekomunikačneacute systeacutemy buduacute jednyacutemi z prvyacutech telekomunikačnyacutech infraštruktuacuter pre ponuacuteknutie multimediaacutelnych služieb širokej verejnosti

Nakoniec aj keď družice majuacute množstvo vyacutehod oproti terestriaacutelnemu systeacutemu ako je mnohonaacutesobnyacute priacutestup širokeacute pokrytie mnohonaacutesobnaacute distribuacutecia ryacutechle a pružneacute sieťoveacute uacutepravy maacute terestriaacutelny systeacutem vyššiu kapacitu ako družicovyacute Na uspokojenie rocircznych širokopaacutesmovyacutech požiadaviek a ponuky uspokojiveacuteho zdieľania obmedzenej kapacity množstvom uacutečastniacutekov sa vyžaduje vysokyacute vyacutekon družicovyacutech transpondeacuterov

Štandardy pre satelitneacute služby Vydaacutevanie medzinaacuterodnyacutech štandardov pre telekomunikačnyacute sektor maacute v kompetencii

medzinaacuterodnaacute telekomunikačnaacute uacutenia ITU v raacutemci ktorej sa vydaacutevajuacute aj štandardy pre satelitnuacute komunikaacuteciu Tieto (nie všetky) spadajuacute pod ITU-R čo je raacutediokomunikačnyacute sektor v raacutemci organizačnej štruktuacutery uacutenie Množstvo vydaacutevanyacutech štandardov praacuteve pre satelitneacute služby majuacute pod ITU-R na starosť študijneacute skupiny

bull SG 4 - Fixneacute satelitneacute služby bull SG 6 - Vysielacie služby bull SG 8 - Mobilneacute raacutediodeterminačneacute amateacuterske a s nimi spojeneacute satelitneacute služby

Avšak nie suacute to len tieto skupiny oblasť satelitnej komunikaacutecie zasahuje aj do

zameraniacute inyacutech skupiacuten (napr SG - 3 šiacuterenie raacutediovyacutech vĺn) Nie je možneacute vymenovať všetky štandardy vydaneacute ITU uveďme aspon preto niekoľko priacutekladov

bull ITU-R BO1211 (SG 6 199510) Digitaacutelny multiprogramovyacute vysielaciacute systeacutem pre televiacutezne zvukoveacute a daacutetoveacute služby pre satelity operujuacutece vo frekvenčnom paacutesme 1112 GHz

bull ITU-R M1182-1 (SG 8 200306) Integraacutecia oblastnej a satelitnej mobilnej komunikaacutecie

bull ITU-R M818 (SG 8 200306) Satelitnaacute prevaacutedzka v MIT-2000 bull ITU-R BT1126 (SG 6 199407) Protokol prenosu daacutet a scheacutema riadenia prenosu pre

vysielacie systeacutemy s vyuŽitiacutem daacutetoveacuteho kanaacutelu v satelitnom TV vysielaniacute bull ITU-R S1066 (SG 4 199409) Spocircsoby zniacuteženia interferencie zo satelitnej vysielacej

služby z jednej oblasti do fixnej satelitnej služby v ďalšej oblasti v okoliacute 12GHz

ITU - R rozdeľuje normy do seacuteriiacute nielen podľa študijnyacutech skupiacuten ale aj podľa teacutemy ktoreacute pokryacutevajuacute a v suacutelade s nimi suacute alfabeticky označeneacute

ITU nie je jedinyacute orgaacuten vydaacutevajuacuteci štandardy Euroacutepske štandardy vydaacutevajuacute napr EBU (European Broadcasting Union) alebo ETSI SES (The European Telecommunications Standards Institute Satellite Earth Stations and systems)

K euroacutepskym štandardom patriacute napr bull ETS 300421 (UBU) digitaacutelne vysielajuacutece systeacutemy pre televiacuteziu zvuk a daacutetoveacute služby

raacutemcoveacute štruktuacutery kanaacuteloveacute koacutedovanie a modulaacuteciu pre 1112 GHz satelitneacute služby bull prETS 300 802 (UBU) digitaacutelne vysielajuacutece systeacutemy pre televiacuteziu zvuk a daacutetoveacute

služby sieťovo nezaacutevisleacute protokoly pre DVB interaktiacutevne služby