Fagstoff

Former for satellittkommunikasjon

Publisert: 07.10.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
Den geostasjonære banen

Det er mulig å kommunisere over store avstander, for eksempel fra Norge til Australia, ved hjelp av radiobølger som reflekteres via ionosfæren. Problemet med denne refleksjonsmekanismen var at båndbredden og dermed kapasiteten var sterkt begrenset, og at den varierte med tid og sted. Arthur C. Clarke foreslo i sin berømte artikkel å plasserte reléstasjoner i rommet, i den geostasjonære banen. Det gikk noen år før denne ideen kunne realiseres, men nå har den geostasjonære bane blitt en ettertraktet begrenset naturressurs. Senere er det utviklet også andre kommunikasjonssystemer som benytter satellitter i andre baner, og som kan tilby mange nye tjenester.

Bilde av HF-kommunikasjonHF-kommunikasjon
Opphavsmann: Gunnar Stette
 

Problemer med bruk av ionosfæren

Ionosfæren har spilt en viktig rolle ved kortbølgekommunikasjon, men den har noen alvorlige begrensninger. For det første en båndbredden begrenset. Hvis frekvensen blir høyere en 30–40 MHz, vil ikke radiobølgene bli reflektert. Den øvre frekvensen er avhengig av forholdene i ionosfæren og av innfallsvinkelen. Dessuten kan ionosfæren bestå av flere lag, og det kan gi flerveistransmisjon som spesielt gjør datakommunikasjon svært vanskelig.

Bilde av satellitt med én transponderSatellitt med én transponder
Opphavsmann: Gunnar Stette
 

 

 

Bilde av fire transpondereSatellitt med fire transpondere
Opphavsmann: Gunnar Stette
 

Satellitter som reléstasjon

De første satellittene var rene reléstasjoner. De tok imot signalet fra senderstasjonen, flyttet signalet i frekvens, forsterket det og sendte det ned til mottakerstasjonen. Disse satellittene fungerte som en ”kabel gjennom rommet”, eller som en ”bent pipe”. Grunnen til frekvensforskyvningen er å hindre ustabilitet. Forsterkningen er høy, og en liten lekkasje av signal fra senderantenne til egen mottakerantenne ville gi ustabilitet.

Utfordringen for de første satellittene var å generere nok sendeeffekt. Ved overføring av flere signaler, modulerte bærebølger, er det mulig å la dem gå gjennom den samme forsterkeren, men det er mulig å øke kapasiteten ved å fordele signalene til forskjellige forsterkere. Signalene styres til forsterkerne ved hjelp av valg av bærefrekvens og filtre. Kombinasjonen av et båndpassfilter med tilhørende forsterker betegnes en transponder, og den er karakterisert ved parametrene båndbredde og effekt. Når forsterkeren er knyttet til en bestemt antenne med gitt vinning, benyttes ofte produktet av effekt og antennevinning, EIRP, i stedet for transpondereffekt.

Dagens TV-satellitter kan ha et stort antall transpondere. Telenors Thor 6-satellitt har 36 transpondere som er knyttet til antenner med forskjellig geografisk dekning, Norden, Øst-Europa og Sentral-Europa. Transponderbåndbredden er 27 MHz og EIRP over 52 dBW i sentrale deler av strålen.

Bilde av bitfeilsannsynlighetBitfeilsannsynlighet
Opphavsmann: Public domain
 

Satellitter med regenerering av signalet

Overføringskvaliteten for en satellittforbindelse er bestemt av både opplink (sendeterminal til satellitt) og nedlink (satellitt til mottakerterminal). Vi kan si at den totale støyen er summen av støy på opplink og støy på nedlink. Tradisjonelt har sendeeffekten i satellitten vært en begrensende faktor. På opplink er det billigere å generere høy effekt. Dermed har det vært nedlinkkvaliteten som har vært dominerende.

Ved digital overføring ville det være mulig å demodulere bærebølgen i satellitten og modulere en ny bærebølge før signalet sendes ned til mottakerterminalen. Da vil den totale bitfeilsannsynligheten være summen av bilfeilsannsynlighetene på opp- og nedlink. Det kan lett vises ved å se på kurver for bitfeilsannsynlighet som funksjon av forholdet mellom energi per bit og støytetthet at addisjon av støy gir dårligere resultat enn addisjon av bilfeilsannsynligheter.

Satellitter med signalbehandling om bord

En videreføring av regenerering ville være å innføre svitsjing og ruting i satellitten. Dette åpner for nye systemkonfigurasjoner. I IRIDIUM-systemet blir signalet demodulert og rutet videre fra satellitt til satellitt til det kommer til den satellitten som til enhver tid er nær mottakerstasjonen. Kommunikasjon mellom bærbar terminal og satellitt foregår på frekvenser rundt 1,6 GHz, mens for forbindelsene mellom satellittene brukes frekvenser ved 29 GHz. Fordi satellittene beveger seg i forhold til brukerne, og fordi hver satellitt har 48 antennestråler, er det hele tiden nødvendig å forandre veivalget gjennom satellittkonstellasjonen. Forsinkelsen for signalet gjennom en slik forbindelse vil øke på grunn av reformatering og signaleringen i systemet.

I IRIDIUM-systemet er tjenestetypene nokså enhetlig, telefoni og lavhastighetdata. Det er også utviklet systemer med uensartede terminaltyper. Da vil det i tillegg til ruting av signalet også være nødvendig å remodulere slik at bærebølge og datahastighet er tilpasset mottakeren.

DVB-RCS-systemet, DVB med returkanal via satellitt, er utviklet til å omfatte ruting og remodulasjon i satellitten. Trafikken er Internett-orientert, og dermed vil systemet være meget fleksibelt.

Bilde av orbcomm-satellitteOrbcomm-satellitte
Opphavsmann: Orbcom
 

 

 

Bilde av registrering av hvalerRegistrering av hvaler
Opphavsmann: ARGOS
 

20 hvaler i Stillehavet ble utstyrt med radiosendere som overførte posisjonsdata via en Argos-satellitt. Dette gjorde det mulig å følge bevegelsene over et stort havområde.

”Store and forward”-systemer

Det er så langt tale om overføringssystemer for klassisk telekommunikasjon hvor forsinkelsen gjennom satellitten holdes så lav som mulig. En helt annen systemtype er basert på datalagring i satellitten med fysisk transport til en posisjon hvor informasjonen kan leses ned til mottakerstasjonen. En satellitt i polbane er velegnet til slike tjenester. Den vil i løpet av et døgn passere over alle punkter på jordoverflata og ”plukke opp” signalet fra sendere i vilkårlige posisjoner. Etter et antall omløp vil den være synlig fra mottakerstasjonen hvor informasjonen kan leses ned. Hvis mottakere er plassert nær en pol, for eksempel på Svalbard, vil forsinkelsen være begrenset til ett omløp.

Fordelen for et slikt system er at én satellitt gir global dekning, og at banehøyden er lav. Det benyttes lave frekvenser i VHF og UHF-båndet. Dermed blir brukerterminalene enkle og billige. Det finnes et kommersielt system basert på et slikt system, Orbcomm. Det blir mest brukt for ”maskin-til-maskin”-kommunikasjon, overvåkning av jernbanevogner, containere, oljebrønner, demninger og lignende. Meldingene kan være av forskjellig lengde, fra noen bytes til store filer.

Andre systemer

I tillegg til systemene utviklet for tradisjonell telekommunikasjon finnes det forskjellige satellitter for spesielle anvendelser, som mottaking av nødsignal fra bøyer som flyter opp ved forlis, til innsamling av data fra sendere montert på ville dyr. Argos-systemet tilhører denne kategorien.

Relatert innhold

Kjernestoff

Generelt