Fagstoff

Hvordan fungerer en telesatellitt?

Publisert: 01.10.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
satellitthopp

Den prinsipielle virkemåten for en satellitt er meget enkel. Den er en reléstasjon i rommet med ei mottakerantenne rettet mot jorda, en forsterker og en sender som mater sendeantenner som er rettet mot de områdene på jorda som skal dekkes. Den praktiske realiseringen er derimot meget utfordrende. En typisk geostasjonær kommunikasjonssatellitt, 36 000 km over jordoverflata, veier ved oppskyting typisk 3 tonn, og den skal forsynes med opptil 15 kW effekt, natt og dag, i sol og skygge. Satellitten må holdes i riktig posisjon og med riktig orientering. En kringkastingssatellitt for TV som dekker Norden, har en antennestråle med en diameter på 3 grader, og den må styres tilsvarende nøyaktig for å holdes på målet.

La oss se på noen grunnleggende teknologiske forhold som forklarer muligheter og begrensninger ved satellittkommunikasjon:

Det mottatte signalet må alltid være kraftigere enn støyen. Ved digital overføring må energien i hver bit vi mottar, være ca. 10 ganger større enn den støyen som er i en båndbredde på 1 Hz. Det betyr også at jo høyere datahastighet vi skal overføre, desto større effekt kreves, og nødvendig effekt er proporsjonal datahastigheten.

AtennerAntenner
Opphavsmann: Gunnar Stette

En større antenne samler opp mer mottatt effekt. Når en satellitt belyser jordoverflata med en viss effekt per kvadratmeter, vil den mottatte effekten være proporsjonal med antennearealet. Når Telenor sender satellitt-TV til Norge, vil sendeeffekten fordeles over Norden, og hvis sendeeffekten er 100 watt, sier det seg selv at effekten per kvadratmeter blir ganske liten.

En stråle fra satellitten vil være rettet mot dekningsområdet, men det vil også falle litt effekt utenfor hovedstrålen. Den som er i Spania, kan for eksempel motta norsk TV selv om effekttettheten på bakken er lavere, kanskje med en faktor på 3. Hvis til gjengjeld mottakerantenna som benyttes, har tre ganger så stort areal, blir mottatt effekt den samme og kvaliteten like god.

Ved radiotransmisjon avtar signalstyrken med kvadratet av avstanden. Grunnen til det er at effekten brer seg utover fra senderen som en kuleoverflate, og med økende avstand vil den øke kvadratisk.

Dekningsområde for THOR-satellittenDekningsområde for THOR-satellitten
Opphavsmann: Telenor

Derfor vil effekten per kvadratmeter synke med kvadratet av avstanden. En geostasjonær satellitt er typisk 40 000 km fra mottakeren, og det betyr at om effekten ble sendt fra satellitten i alle retninger, ville effekten måtte fordeles på en overflate som var 40 ganger så stor som hele jordoverflata. Satellittantenner må ”styre” effekten til dekningsområdet på bakken

Vi kan sammenfatte de teknologiske parametrene i en omfattende ligning som gir sammenhengen mellom alle parametrene i systemet. Poenget med denne er å vise at det som betyr noe, er at produktet av de forskjellige faktorene må nå en viss verdi, størrelsesorden 10. Samtidig er det slik at de enkelte parametrene kan velges relativt fritt. Hvis for eksempel mottakerantenna er liten, må senderantenna være tilsvarende større. Detaljene skal vi imidlertid ikke bry oss med her.

TransmisjonsligningLigning
Opphavsmann: Gunnar Stette

Parameteren R = Datarate er av stor betydning i regnestykket. Hvor mange bit per sekund kreves for overføring av tale? De første sivile systemene var basert på 64000 bit/s per kanal (PCM = Pulse Code Modulation). Nå kan denne overføringshastigheten reduseres til under 6400 bit/s. Det betyr igjen at sendeeffekten kan reduseres med en faktor på 10, at antennearealet kan reduseres med samme faktor, eller det kan overføres 10 samtaler i stedet for én. For TV har reduksjonen i nødvendig datahastighet vært enda mer dramatisk, fra ca. 250 Mbit/s til ca. 2 Mbit/s. Uten denne reduksjonen ville digital TV-kringkasting ikke være realiserbart. Nå er det mulig å erstatte én analog TV-kanal med kanskje 20 digitale kanaler som dessuten har høyere overføringskvalitet og mulighet for tilleggstjenester

Møysommelig teknologisk utviklingsarbeid over noen tiår har gitt store forandringer, som følgende eksempel viser. Den 10. juli 1962 ble det for første gang overført levende bilder mellom Amerika og Europa. Det skjedde ved bruk at satellitten Telstar som ikke hadde retningsstyring, og som derfor ikke kunne rette inn antenner mot jordkloden. Følgen var at den lille effekten den sendte ut, ga så lav signalstyrke på bakken at mottakerstasjonen måtte være kjempestor. Den europeiske stasjonen i Pleumeur Bodot var 60 meter høy og veide 340 tonn.

Satellitten, som veide ca. 80 kg, var ikke i geostasjonær bane, slik at den var synlig samtidig fra Amerika og Europa bare i en 10 til 20 minutters periode ved hvert omløp. Likevel var dette en presentasjon som blant annet ble markert ved utsendelse av spesielle frimerker i flere land.

Dagens TV-satellitter er i geostasjonær bane og sender 24 timer i døgnet året rundt. De har en kapasitet på typisk 1000 Mbit/s og kan dermed betjene et område på størrelse av Europa med opp til 500 samtidige TV-program til mottakerantenner med en diameter på 60 cm.
Innenfor de andre anvendelsesområdene ser vi en liknende utvikling.

Relatert innhold