Telecomunicații prin satelit

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Comunicațiile prin satelit sunt o formă de telecomunicații fără fir la radio pentru comunicarea la distanță a informațiilor prin legături radio , prin satelit între stațiile terestre bidirecționale și prin satelit în orbită sub formă de legături radio , satelit, transmisii , emisiuni de televiziune , rețele de telecomunicații și sisteme de radiolocație și navigație .

Aceste sisteme, făcute posibile prin nașterea și dezvoltarea tehnologiilor de lansare (vezi racheta ) începând din a doua jumătate a secolului al XX-lea , reprezintă adesea singura soluție aplicabilă în absența infrastructurilor terestre sau dificil de localizat și cu un cost global mai mic decât realizarea sistemelor de comunicații terestre echivalente, găsind astăzi o largă aplicație în domeniul telecomunicațiilor ( telefonie , televiziune și telematică ), în navigație maritimă , aeriană și terestră, în teledetecție și în domeniul militar.

Istorie

Scriitorul Arthur C. Clarke (co-scriitor al lucrării lui Stanley Kubrick din 2001: Odiseea spațială ) este cunoscut ca fiind creatorul așa-numitelor sisteme de satelit geostaționare ; de fapt, într-un articol științific din 1945 intitulat Relee extraterestre [1] , Clarke a scris că un satelit artificial pe orbită circulară ecuatorială cu o rază de aproximativ 42424 km (de la centrul Pământului ) ar avea o viteză unghiulară exact egală cu cel al planetei, rămânând astfel relativ nemișcat pe cer față de sol și devenind astfel o posibilă legătură radio între două puncte ale emisferei vizibile din satelit. Mai mult, trei sateliți distanțați la 120 ° ar putea (cu unele suprapuneri) să acopere întreaga circumferință a planetei; în acest caz, mesajele ar putea fi schimbate și între sateliți ( legătură inter-satelit ) sau printr-un salt dublu la sol, făcând posibilă comunicarea directă între oricare două puncte de pe glob.

Ideea lui Clarke este incredibil de inovatoare atunci când consideri că lansarea Sputnik de către Uniunea Sovietică a avut loc abia în 1957 ; în acest caz, în plus, exista suficientă tehnologie de rachetă doar pentru a aduce satelitul pe o orbită joasă. Așa a fost și pentru primii sateliți de telecomunicații, care au fost: Project SCORE ( 1958 ), ECHO 1 ( 1960 ), Courier 1B (1960) și Telstar ( 1962 ). Nu va fi posibil să se atingă o orbită sincronă înainte de 1963 . Seria Syncom a fost primul sistem de comunicații prin satelit geostationar și a început în 1963, la puțin mai puțin de 20 de ani după ce Clarke a venit cu ideea. Syncom I a eșuat în faza de lansare, dar Syncom II și III au fost plasate cu succes pe orbită la 26 iulie 1963 și respectiv la 19 iulie 1964 (cu efortul NASA și al Departamentului Apărării).

Primul satelit comercial geostacionar a fost Intelsat I , dezvoltat de Comsat pentru Intelsat (1965-1969). Deoarece sateliții pe orbită geostaționară nu sunt potriviți pentru siturile situate în regiunile polare, în 1965 , Uniunea Sovietică a lansat pe orbită primul sateliți Molniya , plasat pe o anumită orbită eliptică; inițial acești sateliți au fost folosiți pentru comunicații militare și mai târziu și pentru emisiuni de televiziune. Primele comunicații regulate între Statele Unite și Europa au început la 28 iunie 1965 , data nașterii comunicațiilor comerciale prin satelit. În 1979 a fost fondat sistemul de comunicații INMARSAT , destinat comunicațiilor maritime.

Prin intermediul sateliților, întreaga apărare militară va fi gestionată în conformitate cu prevederile protocoalelor Internet 2 , care pentru aceste utilizări trebuiau să rezolve problemele de robustețe și securitate ale actualului TCP . O mare parte din tranzacțiile comerciale din SUA trec deja criptate prin satelit.

Descriere

Acoperirea prin satelit (constelația) Inmarsat
Antena antenă satelit pentru comunicații cu sateliți artificiali pe orbită

Avantaje și dezavantaje

Rețelele prin satelit pot fi, prin urmare, sisteme de comunicații radio pentru a sprijini rețelele terestre sub formă de integrare în servicii de acoperire (de exemplu, legături radio intercontinentale) sau redundanță de transmisie în rețeaua de transport utilă în caz de nevoie (este necesară o capacitate mai mare de transmisie , defecțiuni, defecțiuni), de exemplu ca urmare a unor evenimente precum dezastre naturale care pot apărea la suprafața pământului, subminând respectivele infrastructuri de comunicații terestre.

În anii nouăzeci , utilizarea comercială și viitorul militar al sateliților au determinat experții în telecomunicații să-și supraestimeze potențialul și să-i considere mijloacele viitorului în detrimentul fibrelor optice . În anii 1990, pe de altă parte, o cantitate de fibră optică egală cu 10 000 de ori diametrul Pământului a fost plasată în lume, în timp ce satelitul a fost eliberat către televizoare prin satelit mai mici, iar costurile conexiunii au scăzut pe verticală. În ultimul deceniu, s-a gândit să folosească satelitul ca serviciu de bandă largă . Cu toate acestea, trebuie să se țină cont de faptul că sateliții geostaționari introduc cel puțin 250 ms de latență de comunicare. Sateliții INTELSAT aveau deja latență pentru traficul vocal (a 4 kHz ) foarte mare, deci cablurile submarine mult mai scumpe au fost preferate ca conexiune pentru apelurile intercontinentale.

Cantitatea de lățime de bandă a serviciului de internet prin satelit poate fi mai mare decât o conexiune ADSL , dar are un cost mai mare; având în vedere latența deloc neglijabilă, poate fi important să folosiți tehnologia potrivită după cum este necesar. Cu termenul „ADSL prin satelit” au fost adesea identificate diferite tehnologii care au puține în comun unele cu altele. Compararea cablului de conexiune cu satelitul, pentru comunicarea punct la punct (punct la punct) este de obicei mai convenabilă prima. Există excepții care depind de numărul de puncte care trebuie conectate și de tipul de trafic necesar.

Cu toate acestea, satelitul rămâne imbatabil în toate aplicațiile de tip difuzare , adică în toate acele aplicații pentru care aceleași date trebuie trimise către mai multe receptoare, mult mai mult decât difuzarea sistemelor terestre (difuzarea și difuzarea terestră a televiziunii). Scalabilitatea sa, în comparație cu rețeaua terestră, pur și simplu nu este comparabilă. Fie că este vorba de a trimite același flux audio / video (de exemplu, pentru aplicații de învățare la distanță în timp real) sau același fișier către un număr mare de stații de recepție, satelitul este capabil să servească, la costuri practic independente de numărul de stații, toți destinatarii cu aceeași calitate. Acest avantaj imens se datorează și absenței practice a așa-numitelor peeringuri multicast în rețelele terestre. Într-adevăr, dacă rețelele terestre ar face schimb de trafic multicast , scalabilitatea soluțiilor terestre ar crește semnificativ. Cu toate acestea, în acest moment, furnizorii preferă să păstreze multicastul limitat în rețelele lor, cu speranța de a obține un avantaj competitiv legat de diseminarea conținutului exclusiv (de exemplu, evenimente sportive sau spectacole).

Tipuri de sisteme

Orbita geostaționară
Orbita MEO - Orbită medie a Pământului

Sistemele de satelit pot fi clasificate în funcție de tipul de orbită și altitudinea pe care sunt așezate:

După ce ați definit unul dintre aceste tipuri, mai trebuie specificați unii parametri de proiectare ai constelației, cum ar fi:

  • numărul de sateliți (total și pe fiecare orbită)
  • numărul de planuri orbitale
  • înclinarea planurilor orbitale
  • distanța relativă între planuri
  • distanța unghiulară între sateliți pe aceeași orbită

În general, cu cât scade altitudinea orbitei, cu atât scade eficiența acoperirii prin satelit și, prin urmare, crește numărul de sateliți necesari pentru a acoperi teritoriul care urmează să fie deservit cu fasciculele lor de antenă (datorită mișcării satelitului). puterea de transmisie scade (ceea ce se traduce prin panouri solare mai mici) și costul unic de lansare (datorită altitudinii și greutății mai mici), cu atât timpul de întârziere sau de latență datorat propagării electromagnetice a semnalului scade și invers.

Setul de mai mulți sateliți artificiali folosiți pentru un anumit scop dă viață unei constelații de sateliți sau sistem de satelit. Exemple de sisteme de satelit pentru telecomunicații sunt Iridium , Globalstar , Teledesic , Hot Bird, în timp ce principalii furnizori de satelit includ Intelsat , Eutelsat și Inmarsat .

Bazele teoriei transmiterii

Din 1947, totalul sateliților pe orbită (inclusiv cei care au rămas sau au devenit neutilizați) au depășit 25 000. Multe sisteme sunt instalate pe satelit, dintre care unele sunt utilizate pentru a opera satelitul în sine (baterii, elice, panouri solare , controlul navigației) sistem, telemetrie, sistem de control termic ). Aceste sisteme sunt controlate de pe Pământ printr-un canal de bandă transmisă. Restul acestuia din urmă este destinat în principal sarcinii utile, adică traficului de date necesar, care face necesară utilizarea acestui „link”.

  • De asemenea, satelitul este echipat cu una sau mai multe antene
  • unități de receptoare și emițătoare (numite transpondere ) care comunică cu suprafața terestră și / sau stațiile de control / de reglare de la sol.
  • calculatoare electronice dacă satelitul are un sistem de procesare la bord

Semnalele transmise sunt modulate pe un operator de transport către și de la satelit. În general, tipurile de sisteme de telecomunicații prin satelit diferă în ceea ce privește caracteristicile lor tehnice în funcție de aplicație sau de utilizarea intenționată (de exemplu, difuzare , telefonie prin satelit , internet prin satelit , sisteme de localizare radio și radionavigație ).

Frecvențe

Utilizarea unei anumite frecvențe de transmisie depinde de aplicarea unui sistem dat. Gama de frecvențe se extinde de la banda P la banda Ka și dincolo de:

De regulă, se poate presupune că, cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai largă banda pe care este transmisă și capacitatea legăturii . Mai mult, cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai mare atenuarea indusă de atmosferă și cu atât este mai mare zgomotul care se va adăuga semnalului (acest lucru necesită o putere mai mare, deci mai multă energie, pentru a echilibra raportul semnal / zgomot ). Cu toate acestea, utilizarea frecvențelor înalte oferă avantajul de a avea câștiguri mai mari ale antenelor, care permit reducerea dimensiunilor antenelor, deși acest lucru face ca indicarea să fie mai dificilă din cauza direcționalității mai mari a fasciculului de transmisie.

Antene

Toate sistemele de satelit ca sisteme de comunicații radio sunt echipate cu antene în interfața radio pentru transducția / iradierea semnalelor electrice de informații sub formă de semnale electromagnetice care urmează să fie transmise pe canalul radio și prezente atât pe sateliți pe orbită pentru a deservi secțiunea de legătură descendentă atât pe stațiile terestre pentru a deservi traseele respective de legătură descendentă și ascendentă către și de la satelit. De obicei, aceste antene sunt antene direcționale, deoarece trebuie să îndrepte pământul de la satelit numai pentru anumite zone de interes cu o zonă mai mult sau mai puțin extinsă și variabilă în funcție de aplicația sau serviciul dorit. Intersecția fasciculului antenei de radiație și a suprafeței pământului determină o zonă cunoscută sub numele de amprentă . Stațiile de la sol folosesc de obicei antene parabolice care vizează satelitul de interes, în timp ce antenele de pe sateliți pot fi antene de corn specifice, tablouri în etape, antene patch etc.

Acoperire multi-fascicul

Adesea, multe sisteme de satelit adoptă o acoperire spațială multibeam a antenei ( multibeam ) sau au antene de transmisie mai directe cu fascicule respective dedicate fiecare acoperirii porțiunilor suprafeței terestre prin implementarea reutilizării frecvenței ca pentru sistemele celulare terestre și astfel creșterea eficienței. în avantajul numărului de utilizatori care pot fi deserviți, contrastând în același timp interferențele dintre grinzi prin acoperirea tipică a clusterului. În acest fel este, de asemenea, posibil să se evite acoperirea inutilă a unor porțiuni de teritoriu, cum ar fi suprafața oceanului, care nu sunt destinate să utilizeze anumite tipuri de servicii prin satelit și, în același timp, să aibă fascicule cu o directivitate mai mare și, prin urmare, cu o putere mai mică de emisie pentru același a puterii primite.

Tehnici de modulare și multiplexare

Transmisia prin satelit folosește două modulații diferite, în funcție de transmisia analogică sau digitală : transmisiile analogice adoptă modulații de frecvență (FM), în timp ce cele digitale adoptă modulații de fază, cum ar fi modulația QPSK. În ceea ce privește multiplexarea în legătura descendentă și „legătura ascendentă multiplă, sunt mecanisme de tip larg răspândite TDM / TDMA în banda de servicii atribuită.

Bugetul legăturii radio

Evident, datorită distanței mari dintre satelit și stația de bază radio de la sol sau utilizatorilor simpli și, prin urmare, atenuării puternice suferite de semnalul din calea pământ-satelit (și invers), puterea de transmisie va fi neapărat foarte mare și supusă la o dimensionare adecvată prin balanța legăturii radio .

Tulburări de propagare

Ca orice altă formă de comunicație radio, o transmisie prin satelit poate fi perturbată de evenimente atmosferice precum precipitații ( ploaie , zăpadă , grindină ) pe canalul radio: această perturbare crește odată cu frecvența purtătorului și poate duce la o creștere a BER până la indisponibilitatea serviciului.în cazul transmisiilor deosebit de critice (frecvență înaltă). Datorită frecvențelor radio mai mari utilizate și a caracteristicilor de propagare a acestora, transmisiile prin satelit suferă mult mai mult de aceste probleme decât sistemele de difuzare , difuzarea televiziunii terestre și sistemele radio mobile celulare. La sol, prezența munților sau a clădirilor înalte (zgârie-nori) constituie perturbări de propagare radio prin satelit care provoacă umbrire ( umbrire ) care este obstrucție pe semnal de-a lungul liniei sale de vedere .

Legături inter-satelite

Unele sisteme de satelit au, de asemenea, capacitatea de a pune diferiții sateliți pe orbita aceleiași constelații în comunicație între ei prin legături inter-satelite (legătură inter-satelit ), în scopul redundanței transmisive și al toleranței / robusteții la orice defecțiuni / disfuncționalități, astfel asigurarea unei disponibilități mai mari a serviciilor.

Stații terestre

Toate sistemele de satelit trebuie să fie într-un fel interfațate și întrețesute cu stații terestre pentru recepția datelor încărcate de pe suprafața pământului și retransmiterea în descărcare către utilizatorii de pe suprafața pământului. În general, stațiile de la sol pot fi stații de emisie-recepție sau mai simplu stații de recepție. În orice caz, acestea se caracterizează prin antene direcționale, cum ar fi antenele parabolice, direcționate direct către satelit, urmărindu-l cât mai mult posibil de-a lungul orbitei sale și capabile să se acorde la diferiți sateliți din aceeași constelație pe măsură ce trec în raza lor de acoperire. datorită procedurilor de predare prin satelit (în cazul sateliților pe orbită non-geostaționară).

Exemplu de sistem VSAT

În special în timpul încărcării, adică în timpul trimiterii de date către satelit înainte de retransmiterea lor pe suprafața terestră, sunt deseori necesare stații complexe de satelit la sol, adică centre de transmisie și control satelit dedicate reale sau stații de satelit fixe / mobile dedicate. La descărcare, dacă aplicația este destinată să deservească orice utilizator, ca în cazul radio-ului, televizorului și internetului prin satelit, stațiile de recepție de la sol coincid cu stațiile de recepție ale utilizatorului final (intern sau privat) numite în general sisteme VSAT ( Terminal cu deschidere foarte mică ) (cu excepția telefoanelor prin satelit care au antene simple cu fir omnidirecțional conectate în principal la sisteme fără fir terestre sau pliate corespunzător spre satelit). Sateliții de teledetecție , pe de altă parte, trimit datele detectate direct la centrele de recepție și procesare dedicate solului.

Stațiile terestre pot fi la rândul lor legate între ele cu rețele de telecomunicații terestre, cum ar fi, de exemplu, rețelele de telefonie mobilă celulară pentru a suplini orice lacune de acoperire sau direct interconectate cu rețelele de transport prin cablu . Unul dintre cele mai mari și mai importante centre din lume pentru telecomunicații prin satelit este centrul Telespazio din Fucino : aceste centre controlează / administrează sateliții pe orbită și gestionează aspectul transmisiei / recepției radio în funcție de calitatea specifică a serviciului oferit.

Arhitectura protocolului

Fiind o rețea de telecomunicații la toate punctele de vedere, complexul de funcționalități logice este organizată într - un tipic stratificat arhitectura de rețea sau cu o stivă de protocol inspirat de ISO / OSI standard , pornind de la stratul fizic până la stratul de aplicație , inclusiv acces la multiple funcții ( nivel 2 ), internet ( nivel 3 ), transport (control transmisie) ( nivel 4 ) și securitate ( nivel 6 ).

Servicii / aplicații ale rețelelor de satelit

Principalele servicii și aplicații oferite de o rețea de telecomunicații prin satelit sunt:

Performanță și costuri

Performanța transmisiilor prin satelit și, prin urmare, și calitatea serviciului oferit utilizatorilor pentru serviciile menționate anterior în ceea ce privește lățimea de bandă , adică viteza de transmisie cel puțin pentru ceea ce privește serviciile de transfer de voce și date, poate fi chiar mai mare, dar lățimea de bandă totală, așa cum se întâmplă și pentru rețelele celulare , este apoi împărțit între diverși utilizatori și viteza reală scade considerabil. Pe de altă parte, duratele de latență considerabil mai lungi, cu repercusiuni asupra TCP, sunt absolut negative și nedorite. Costurile care pot fi impozitate utilizatorului sunt, de asemenea, mai mari în comparație cu serviciile oferite de rețelele de cablu în teritoriile acoperite în prezent. Evident, ceea ce sa spus anterior se aplică, adică costurile ar fi, în principiu, mai mici dacă sunt comparate cu cele oferite de orice infrastructură terestră echivalentă situată în teritorii dificile sau slab locuite.

Internet prin satelit cu unul și două sensuri

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Conexiune în bandă largă prin satelit .

În 2001 s-au născut primele conexiuni bidirecționale prin satelit, total independente de linia telefonică de pe perechea răsucită care în cele unidirecționale este utilizată pentru încărcare . Satelitul avea o bandă generală de 2 GHz pentru a fi împărțit între diferiți utilizatori, astăzi cu diferite sisteme multiplex și antene cu deplasare axială, este posibil să se ajungă la o acoperire și benzi mai largi. Acest lucru crește spațiul pentru conexiunile noi și multiple cu utilizatorii distribuiți pe teritoriul acoperit de satelit. Benzile Ka și Ku trebuie să fie umplute cu semnale digitale care pot fi utilizate de acest tip de sistem pentru transmiterea datelor și navigarea pe internet.

Numărul de sateliți care pot insista și geostata pe o zonă a Pământului a fost limitat și nu a fost incrementabil. Până în prezent, nu mai putem afirma că banda de satelit este o resursă limitată, de fapt, cu noile tehnici de transmisie digitală și tehnicile de compresie a datelor conexe, au fost deschise noi frontiere către acest tip de transmisie până la punctul de a da naștere la proiecte care includ trecerea unor cantități mari de date prin tehnologia digitală prin satelit. Tarifele ridicate nu mai sunt atribuite acestui tip de serviciu (comparativ cu o conexiune de televiziune prin satelit) și acest lucru încurajează utilizarea acestuia acolo unde este necesar, în zonele care nu sunt atinse de un semnal ADSL sau pentru stațiile de internet nomade.

Modem satelit

Satelitul bidirecțional oferă lățime de bandă mai mare la un cost mai mic: nu necesită un tarif ISDN , deoarece nu folosește perechea răsucită (linia telefonică normală) și oferă până la 2 064 kbit în descărcare (10 240 kbit până în 2010 cu noul satelit) și 512 kbit în încărcare, acest lucru le face acum utilizabile ca orice rețea ADSL cu avantajul unei mai mari fiabilități și continuitate a serviciului. Satelitul bidirecțional are o latență de cel puțin 450 ms ; un canal avea 45 megațiți de lățime de bandă (acum multiplexat și comprimat atinge benzi mai mari de ordinul a 4 ori) și costa 200.000 de dolari pe an. O lățime de bandă de 2 megabiți , care costă în jur de 600 de euro pe lună, costă acum aproximativ 100 de euro pe lună.

Satelitul de internet Magellano se alătură Telecom Italia și Netsystem, care nu mai sunt singurii operatori din acest segment de piață, din 2008 Eutelsat le-a alăturat cu un sistem de satelit bidirecțional dedicat care nu necesită nicio conexiune terestră, cum ar fi o linie telefonică sau similar, deci mult mai puțin scumpe decât sistemele propuse până acum de concurență. Este disponibil kitul de pornire care oferă viteze de descărcare de 10 Mbit / s și viteze de încărcare de 4 Mbit / s

Telecom Italia, Netsystem și de câțiva ani oferă antene parabolice și modemuri cu conexiune prin satelit vândute doar la lățimea de bandă tăiată de 640 kbit / s în descărcare și 256 în încărcare la 39 euro plat lunar sau la consum cu 15 euro de taxă lunară , răspuns și rată pe minut de doi cenți de euro, dublu față de o conexiune analogică. Încărcarea de 256 kbit este pentru utilizatorii de afaceri (cu număr de TVA) care pot activa până la maximum 2 ISDN-uri. Pentru utilizatorii casnici este de 128 kbit / s, putând activa doar o singură linie ISDN. La această cifră trebuie adăugat costul liniei ISDN care este precis necesar pentru încărcare.

Notă

  1. ^ AC Clarke, Relee extra-terestre. Pot stațiile de rachete să ofere acoperire radio la nivel mondial? , Wireless World, octombrie 1945, pp. 305-308

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh85008244 · NDL (EN, JA) 00.57354 milioane
Astronautică Portalul astronauticii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de astronautică