Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Wojskowe systemy łączności satelitarnej autor: Marek Bykowski.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Wojskowe systemy łączności satelitarnej autor: Marek Bykowski."— Zapis prezentacji:

1

2 1 Wojskowe systemy łączności satelitarnej autor: Marek Bykowski

3 2 Plan prezentacji I.Wprowadzenie II.Przedstawienie łączności satelitarnej na przykładzie wojskowego systemu NATO III.Przykłady innych wojskowych systemów łączności satelitarnej IV.Propozycje łączności satelitarnej w WP

4 3 I. I. Wprowadzenie

5 4 Zalety łączności satelitarnej szybkość implementacji globalny obszar pokrycia wysoka jakość łączy duże szybkości transmisji niezależność kosztów wymiany informacji od odległości ich przekazu uniezależnienie się od stanu naziemnej infrastruktury telekomunikacyjnej zamknięty charakter sieci

6 5 Oznaczenie pasma satelitarnego Częstotliwości przekazu w górę/ w dół [GHz] L1,6 / 1,5 C6 / 4 X8 / 7 Ku14 / 12 K17 / 12 Ka30 / 20 Zakresy częstotliwości systemów satelitarnych PasmoCzęstotliwości [MHz] VHF30 – 300 UHF300 – 3GHz

7 6 Schemat blokowy naziemnej stacji satelitarnej Mieszacz OMT Tor nadawczy Tor odbiorczy Modulator/ koder Demodulator/ dekoder We Promiennik LNC LNA Mieszacz SSPA IF 1GHz IF 70MHz OMT – układ rozdzielający fale przychodzącą od wychodzącej wykorzystujący ortogonalne mody wzbudzane w urządzeniu LNC – konwerter niskoszumny F=0,6dB SSPA – półprzewodnikowy wzmacniacz mocy Przewód koncentryczny Mieszacz

8 7 Promiennik Filtr odb. OMT LNC

9 8 Układy odbiorczo-nadawcze na pokładzie satelity Przykład satelita NATO IV CH 1 Wiązka nr 1 CH 1 Wiązka nr 1 CH 2 Wiązka nr 2 CH 2 Wiązka nr 2 CH 4 Wiązka nr 3 CH 4 Wiązka nr 3 CH 3 Wiązka nr 4 CH 3 Wiązka nr 4 Earth RX Wzm. kanału 1 Wzm. kanału 1 Wzm. kanału 2 Wzm. kanału 2 Wzm. kanału 3 Wzm. kanału 3 Wzm. kanału 4 Wzm. kanału 4 Down konwerter Down konwerter Down konwerter Down konwerter UHF TX/RX UHF RX UHF RX UHF MUX UHF MUX Wzm. 1 Wzm. 2 TWTA 1 TWTA 2/4 TWTA 3 Down Konwerter Down Konwerter Przed wzm. Przed wzm. TWTA – wzmacniacz z falą bieżącą Pomiar mocy Wiązka pomiaru mocy Wiązka pomiaru mocy

10 9 Półprzewodnikowy wzmacniacz mocy (SSPA – Solid State Power Amplifier) moc wyjściowa w zakresie od 5 do 100W Wzmacniacz z falą bieżącą (TWTA – Travelling Wave Tube Amplifier) moc wyjściowa w zakresie od 100 do 2kW Wzmacniacz TWTA o mocy 300W Wzmacniacze mocy

11 10 Rodzaje orbit satelitarnych: HEO (Highly Eliptical Orbit)- perygeum 3-5 tys. km, apogeum tys. km., czas obiegu ok. 3 godz. LEO (Low Earth Orbit)- odl km, czas obiegu ok. 100 min. MEO (Medium Earth Orbit)- odl. 10 tys. km, czas obiegu od 6 do kilkunastu godz. GEO (Geostationary Earth Orbit)- odl. 36 tys. km, 24 godz. Orbity satelitarne

12 11 Opóźnienia transmisji Satelita GEO Satelita MEO Satelita LEO

13 12 II. Przedstawienie łączności satelitarnej na przykładzie wojskowego systemu NATO

14 13 Systemy wojskowe w porównaniu od systemów cywilnych powinny się dodatkowo cechować: możliwością utajniania informacji COMSEC i transmisji TRANSEC zwiększoną odpornością na impulsy e-m (EMP – Electromagnetic Pulses) zwiększoną odpornością na zakłócenia celowe (jamming) i środowiskowe

15 14 NATO I NATO IIA NATO IIB NATO IIIA NATO IIIB NATO IIIC NATO IIID NATO IVA NATO IVB NATO V ? Historia satelitów NATO

16 15 Segment kosmiczny i naziemny

17 16 NATO III D 18° W NATO III D 18° W NATO IV A 17.8° W NATO IV A 17.8° W NATO IV B 20.2° W NATO IV B 20.2° W Konstelacje satelitów NATO

18 17 Wygląd satelity NATO IV

19 18 kanał MHz kanał 2 85 MHz kanał 3 60 MHz kanał 4 60 MHz Transmisja w górę (MHz) Transmisja w dół (MHz) Wiązka nr 1 Wiązka nr 2Wiązka nr 4 Wiązka nr 3 Zakresy częstotliwości

20 19 Legenda Wiązka nr 4 Wiązka nr 1 Wiązka nr 2 Wiązka nr 3 Obszary pokrycia

21 20 małe PTS małe PTS duże STS duże PTS duże PTS Rodzaje terminali satelitarnych PTS – Przewoźne Terminale Satelitarne STS – Stacjonarne Terminale Satelitarne

22 21 Rodzaje anten satelitarnych oraz ich charakterystyki promieniowania (zgodność ze STANAG Rodzaje anten satelitarnych oraz ich charakterystyki promieniowania (zgodność ze STANAG 4484)

23 22 Antena paraboliczna F Szum luminancji Ziemi Reflector Promiennik Reflector F Promiennik Kąt elewacji Pow. Ziemi

24 23 F Reflektor Antena offsetowa Reflektor F Kąt offsetu Offset + mechaniczny kąt elewacji = kąt elewacji

25 24 Pasmo X: Dla D/ 50. G( ) z prawd. 90% nie powinno przekraczać: [G( )] dB = log 10 (dBi), dla 1 lub 100 /D (bierzemy większą wart.) 20 ° [G( )] dB = -3.5 (dBi), dla 20 < 26.3° [G( )] dB = log 10 (dBi),dla 26.3 < 48° [G( )] dB = -10 (dBi) dla 48 < 180 Dla D/ < 50. G( ) z prawd. 90% nie powinno przekraczać: [G( )] dB = log 10 (dBi), dla /D < 48° [G( )] dB = -10 (dBi)dla 48 < 180 Charakterystyka promieniowania anteny Zgodność ze STANAG 4484

26 25 Charakterystyka promieniowania anteny dla kąta offsetu w zakresie [0 º, 5º] przykład z anteną paraboliczną o =0.6, D=2.4m, f=8 GHz

27 26 Charakterystyka promieniowania anteny dla kąta offsetu w zakresie [0 º, 60º] przykład z anteną paraboliczną o =0.6, D=2.4m, f=8 GHz

28 27 Kodowanie kanałowe (FEC) i modulacje

29 28 Sposoby kodowania kanałowego (FEC) i rodzaje modulacji Stosowane kody nadmiarowe: kody splotowe o = 7/8, 3/4, 2/3, 1/2 kody blokowe najczęściej Reeda Salomona o = 199/255 Rodzaje modulacji: modulacje fazy (BPSK, QPSK, OQPSK, 8PSK, 16PSK) modulacje częstotliwości (MSK, 8FSK, GMSK) Skuteczność wykorzystania widma : R b – szybkość bitowa B – szerokość pasma

30 29 Szybkość symbolowa, a szybkość bitowa modulacji = liczba bitów przypadających na jeden symbol kodowania = bit na wejściu kodera do odpowiadającej mu liczby bitów na wyjściu kodera E s = energia przypadająca na jeden symbol E s = E b * kodowania * modulacji R s = szybkość symbolowa R s = R b / ( kodowania * modulacji ) Przykłady modulacji = 1 dla BPSK, modulacji = 2 dla QPSK,OQPSK modulacji = 3 dla 8 PSK, 8FSK modulacji = log2(n) dla nPSK, lub nFSK Przykłady modulacji = 1 dla BPSK, modulacji = 2 dla QPSK,OQPSK modulacji = 3 dla 8 PSK, 8FSK modulacji = log2(n) dla nPSK, lub nFSK Przykłady koder splot. kodowania =1/2 koder splot. kodowania = 1/2 w połączeniu z Reed Solomon [255,199] kodowania =1/2*199/255

31 30 Wpływ kodowania nadmiarowego na Eb/No

32 31 Gęstość widma mocy sygnałów zmodulowanych OQPSK i MSK OQPSK: wiązka główna zawiera 92,5 % mocy sygnału listek b. ma o 13,3dB mniejszą moc od listka gł. MSK: wiązka główna zawiera 99,5 % mocy sygnału listek b. ma o 23dB mniejszą moc od listka gł.

33 32 Techniki dostępu wielokrotnego

34 33 Możemy wyróżnić trzy rodzaje technik dostępu wielokrotnego: FDMA (Frequency Division Multiple Access) TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access) Oraz protokoły dostępu wielokrotnego: stałe (fixed assigned) rywalizacyjne (contention/random access), np. Pure Aloha, Slotted Aloha, SREJ Aloha rezerwacyjne (reservation/controlled access), np. DAMA, rezerwacja z lokalną synchro- nizacją, z dostępem: Pure Aloha, SREJ Aloha

35 34 FDMA FDMA: łatwość realizacji oraz niskie koszta związane z implementacją, konieczność zapewnienia należytej separacji pomiędzy pasmami. wiele nośnych na wejściu wzmacniacza transpondera o różnych poziomach mocy może wysterować go w obszar pracy nieliniowej Podział pasma na podpasma, gdzie typowo najwęższe podpasma alokuje się w środku dzielonego pasma #1#2#n Produkty intermodulacji i poziom szumów #j

36 35 TDMA TDMA: wszystkie terminale pracują z tymi samymi prędkościami konieczność zapewnienia synchronizacji Przykład. R b = 128kbit/s, koder splotowy = 1/2, modulator QPSK R s = R b / ( kodowania * modulacji ) = 128 / (1/2 * 2) = 128kbit/s R s z wykorzystaniem jednej szczeliny ramki TDMA = 1/8 * 185 * 8/(13,185m) 42 kbit/s Maksymalna szybkość transmisji z wykorzystaniem wszystkich 7 szczelin wynosi ok. 98kbit/s

37 36 Sposób postępowania przy wyznaczaniu tzw. bilansów (budżetów) energetycznych

38 37 Zakłócenia od innych systemów Antena odbiorcza Antena nadawcza Transmisja w górę Transmisja w dół Zakłócenia od innych satelitów Szum termiczny satelity SATELITA TELEKOMUNIKACYJNY STACJA NADAWCZASTACJA ODBIORCZA Transmisja od jednej stacji końcowej do drugiej stacji końcowej Promieniowanie Ziemi Promieniowanie nieba

39 38 Szumy i zakłócenia w łączu satelitarnym Źródła szumów: promieniowanie słońca, obiektów galaktycznych, itp. promieniowanie Ziemi Sygnały zakłócające: Wytwarzane przez inne systemy radiokomunikacyjne: naziemne satelitarne Szumy intermodulacyjne: Istotne są jedynie produkty intermodulacyjne nieparzystego rzędu. Modelować je możemy za pomocą addytywnego gaussowskiego szumu białego. Szumy i zakłócenia nakładają się na sygnał użyteczny w łączu: Ziemia-Satelita Satelita-Ziemia Satelita-Satelita

40 39 P r S Źródło mocy Tłumik Antenna Gain S A P0P0 P rmrm Gęstość strumienia mocy Moc rozwijana w antenie odbiorczej o pow. S Wyznaczanie EIRP

41 40 Tłumienie l. łącznikowej (duplexer, connector,filter …) LNAAntenna tłumik A F LNA, T ant 12 Obliczenia w punkcie (antena) 1 2 Wyznaczanie współczynnika przydatności anteny G/T

42 41 Waga12.5kg Średnica748mm EIRPod 31.2 do 40.2dBW G/T6.3dB/K Szer. wiązki głównej3.6º

43 42 Średnica1.8m G/T17.5dB/K EIRP65dBW Mechanizm automatycznego pozycjonowania

44 43 Średnica 4.8m Zysk antenowy50dBi G/T26dB/K EIRP83dBW

45 44 EIRP ter d u Satelita L atmos Terminal ( C u jest niezależne od częstotliwości) (L free_space dla SHF GEO, wynosi około 200 dB) Bilans energetyczny łącza w górę Pow. skuteczna anteny

46 45 Satellite EIRP d d PS d Terminal L atmos Całkowity bilans energetyczny Pow. skuteczna anteny L atmos = L deszcz *L inne EIRP d = C u G transp G Txsat u Bilans energetyczny łącza w dół i całkowity bilans energetyczny

47 46 Zależności mocy od energii Zależności E b /N 0 od C/N 0 na wejściu odbiornika satelitarnego (po przebyciu przez sygnał trasy Ziemia-Satelita-Ziemia)

48 47 Obszar pokrycia wyrażony w szerokości wiązki promieniowania 3 1 Zakres częstotliwości praca góra/dół 6,2/414,2/11,76,2/414,2/11,7 Średnica anteny stacji naziemnej [m] 34,52332 EIRP U (dBW) Moc P (W) Tłumienie trasy L (dB) G/T T satelity (dB/K) C/N 0 na satelicie (dBHz) 46,8 2, ,2 77,1 42,2 0, ,2 72,5 56,4 8,3 207,3 0 76,7 53,1 8,3 207,3 0 73,4 37,4 0, ,4 72,9 48,7 1,4 207,3 8,6 77,6 EIRP U (dBW) Tłumienie opadowe (dB) Tłumienie trasy (dB) G/T T satelity (dB/K) C/N 0 na satelicie(dBHz) 6, ,2 18,7 57,5 3, ,2 22,2 57,7 17, ,5 19,3 55,5 13, ,5 19,3 55,7 6, ,2 18,7 56,6 18, ,5 19,3 57,1 Stosunek C/N 0 dla całej trasy (dBHz) 55,5 54,8 55,2 55,0 55,1 55,1 Liczba stacji mogących pracować w paśmie ze względu na moc i pasmo nadajnika pokładowego satelity

49 48 III. Przykłady innych wybranych wojskowych systemów łączności satelitarnej DSCS III (USA) UFO (USA) FLTSATCOM (USA) MILSTAR (USA) SYRACUSE 2 (Francja) SECOMSAT (Hiszpania) SICRAL (Włochy)

50 49 DSCS III

51 50 DSCS III 4 satelity krążące po orbicie GEO pasmo SHF każdy z satelitów posiada: 19 wiązek nadawczych 61 odbiorczych przeciwdziałanie zakłóceniom: detektor poziomu zakłóceń regulowana charakterystyka promieniowania anteny usługi: głos (dupleks) i dane

52 51 Zakłócenie -40.0dB -20.0dB 0.0 dB Zakłócenie o mocy 20 dB Zakłócenie o mocy 40 dB Regulowana charakterystyka promieniowania anteny (zerowanie mocy na określonym kierunku promieniowania - ang. in-beam nulling)

53 52 DSCS III Parametry łącza w górę EIRP w łączu w dół zawierają się w zależności od rodzaju anteny w przedziale od 25dBW do 44dBW A1 – antena wielowiązkowa A2 – antena jednowiązkowa

54 53 UHF Follow-On (UFO)

55 54 UHF Follow-On (UFO) 10 satelitów krążących po orbicie GEO TDMA/DAMA 21 kanałów 5kHz (moc transpondera 25dBW) 17 kanałów 25kHz (moc transpondera 20dBW) 1 kanał 25kHz rozsiewczy UHF: Pasmo Ka: 4 transpondery o mocy 130W każdy szybkość transmisji do klikudziesięciu kbit/s

56 55 IV. Propozycje łączności satelitarnej w WP

57 56 Proponuje się wykorzystanie systemów GEO ze względu na niskie koszta eksploatacyjne i globalny obszar pokrycia poza obszarami podbiegunowymi. Przewiduje się wykorzystanie łączności satelitarnej w następujących przypadkach: do łączności bezpośredniej z komórką strategiczną (NATO) do transmisji dużych ilości informacji na znaczne odległości do łączności z jednostkami znajdującymi się poza granicami kraju w celu dowiązania jednostek oderwanych od systemu radiowo-radioliniowo-przewodowego Analiza potrzeb w zakresie liczby terminali: dla DZ 3 terminale (2 dla SD, 1 dla TSD) dla dwóch BZ po 3 terminale (po 2 dla SD i po 1 dla TSD) dla BPanc 3 terminale (2 dla SD, 1 dla TSD) dla pa 2 terminale (1 dla SD, 1 dla TSD) dla paplot 2 terminale (1 dla SD, 1 dla TSD) Łączna liczba terminali w takim przypadku wynosi 16

58 57 Dziękuję za uwagę pytania/ odpowiedzi

59 58 Wybrane problemy łączności satelitarnej

60 59 koder dekoder przeplatacz rozplatacz modulator demodulator rozpraszacz skupiacz szyfrator deszyfrator Modem Modem interfejsy interfejsy MUX Satelita NSS Utajnianie informacji COMSEC i transmisji TRANSEC NSS – Naziemna Stacja Satelitarna

61 60 Wpływ wybuchów jądrowych na łączność satelitarną Wybuchy jądrowe w jonosferze są przyczyną powstawania obszarów o zwiększonej gęstości elektronowej. Obszary te powodują zwiększoną absorpcję i dyspersję sygnału radiowego. Skutkiem tego mogą być czasowe przerwy w łączności satelitarnej.

62 61 Sygnał w kanale satelitarnym możemy modelować rozkładem Rayleigha lub Ricea. Zaniki w kanale możemy podzielić na: szybkie lub wolne ze względu na częstość ich występowania, płaskie lub selektywne ze względu na długość ich trwania. Dla przykładu, prawdopodobieństwo zaniku sygnału Rayleighowskiego poniżej poziomu: 10dB względem a sk wynosi 10%, 10dB względem a sk wynosi 10%, 20dB względem a sk wynosi 1%, 20dB względem a sk wynosi 1%, 30dB względem a sk wynosi 0,1. 30dB względem a sk wynosi 0,1. Rozproszenie sygnału a sk – wartość skuteczna obwiedni sygnału

63 62 Ilustracja powstawania zaników w kanale czas amplituda sygnał zaniki Sposoby zapobiegania zanikom: nadawanie z określonym marginesem interferencyjnym, zastosowania zaawansowanych technik modulacji, kodowania i przeplotu.

64 63 Margines sygnału dla zaników Rayleighowskich (przypadek kanału bez kodowania) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Margines interferencyjny sygnału wyrażony w E b [dB] Prawdopodobieństwo niezakłóconego odbioru prawdopodobieństwo 90% wymagany margines interferencyjny 10dB

65 64 1.E-08 1.E-07 1.E-06 1.E-05 1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E Średnie Eb/N0 Pb AWGN AWGN + FEC Rayleigh Rayleigh + FEC Dla BER w zakresie od do w wyniku kod. FEC otrzymano: zysk ok dB w kanale AWGN zysk ok dB w kanale z zanikami Rayleigha Wpływ kodowania kanałowego na zaniki Rayleighowskie oraz na zakłócenia AWGN

66 65 Przykłady naziemnych stacji satelitarnych

67 66 Prototypy terminali przewoźnych

68 67 Dodatki

69 68 SNSN NATO IV PNST SHF UHF EHF SSN – Stacjonarna Naziemna Stacja Satelitarna PST – Przewoźna Naziemna Stacja Satelitarna SNSN

70 69 Zakłócenie Najczęściej spotykane rodzaje zakłóceń: szum kosmiczny ciągła falą sinusoidalną (UHF, SHF, EHF). Sposoby przenoszenia zakłóceń: w łączu w górę, w łączu w dół, w łączu międzysatelitarnym. Sposoby zabezpieczeń: zwiększenie mocy nadawczej, transmisje DS-SS i FH, stosowanie zaawansowanych techniki modulacji, kodowania i przeplotu, niszczenie zagłuszaczek. Przykład zakłócania Zakłócenia w łączu w górę

71 70 Satelita telekomunikacyjny Funkcje telekomunikacyjne Część odbiorcza: filtracja wzmocnienie przemiana częstotliwości demodulacja Część nadawcza: komutacja modulacja zmiana polaryzacji wzmocnienie filtracja emisja mocy Funkcje platformy satelitarnej: sterowanie silnikami kontrola wysokości orbity kontrola termiczna telepomiary system zasilania

72 71 HPA 2-gi Up konw 2-gi Up konw 1-rwszy Up konwerter 1-rwszy Up konwerter 1-rwszy Up konwerter 1-rwszy Up konwerter 1-rwszy Up konwerter 1-rwszy Up konwerter + + modem LNA 1-wszy Down konw 1-wszy Down konw 2-gi Down Konwerter 2-gi Down Konwerter 2-gi Down Konwerter 2-gi Down Konwerter 2-gi Down Konwerter 2-gi Down Konwerter MHz 700 MHz Schemat blokowy terminala satelitarnego HPA – wzmacniacz wysokiej mocy

73 72 Nadajnik syg. testowych MODEM HPA Miernik Mocy Miernik Mocy Odb. MODEM MUX MODEM Centrum Kontroli LNA MODEM MUX MODEM MUX MODEM LNA HPA Odbiorniksyg.testowych E b /N 0 System kontroli mocy

74 73 Szerokość Nyquista : 128kHz Gęstość widma mocy ramki TDMA

75 74 Wyznaczenie maksymalnych prędkości transmisji dla użytkownika końcowego

76 75 Wyznaczenie przepływności R w kanale satelitarnym R pasmo = B kanału / ( F mod * F FEC * F odstęp ) (bps) Przykład: QPSK, R=1/2, 10 % odstępu F mod =0.7, F FEC =2, F odstęp =1.1 R pasmo = B kanału / 1.54 Przykład: QPSK, R=1/2, 10 % odstępu F mod =0.7, F FEC =2, F odstęp =1.1 R pasmo = B kanału / 1.54 R moc = EIRP Nas - BO - TX off - DL + G/T - k - E b /N 0 (dBbps) Ograniczenie stanowią: dostępna szerokość pasmo transpondera, maksymalna moc transpondera.

77 76 EIRP w pojedynczym kanale = EIRP Nas - 6 dB L FS = 202 dB Eb/N0 = 10 dB k = dB J/K Nr kanału1234 Szerokość kanału B (MHz) R pasmo (Mbps) EIRP w poj. kanale (dBm) R moc (Mbps) RX G/T=33 dB/K RX G/T=26 dB/K RX G/T=20 dB/K

78 77 Wyznaczenie przepływności w kanale satelitarnym dla terminala końcowego EIRP Nas = EIRP NSS - UL + G RX - RX off + G transp + G TX + G (dB) R = EIRP Nas - TX off - DL + G/T - k - E b /N 0 (dBbps) G transp EIRP NSS UL G RX G TX DL G/T Terminal końcowy

79 78 Zależność przepływności R w kanale satelitarnym od G/T


Pobierz ppt "1 Wojskowe systemy łączności satelitarnej autor: Marek Bykowski."

Podobne prezentacje


Reklamy Google