Satellitenkommunikation - Kurzanleitung

Im Allgemeinen a satelliteist ein kleineres Objekt, das sich um ein größeres Objekt im Raum dreht. Zum Beispiel ist der Mond ein natürlicher Satellit der Erde.

Wir wissen das Communicationbezieht sich auf den Austausch (Austausch) von Informationen zwischen zwei oder mehr Entitäten über ein Medium oder einen Kanal. Mit anderen Worten, es ist nichts anderes als das Senden, Empfangen und Verarbeiten von Informationen.

Wenn die Kommunikation zwischen zwei beliebigen Bodenstationen über einen Satelliten stattfindet, wird sie als bezeichnet satellite communication. Bei dieser Kommunikation werden elektromagnetische Wellen als Trägersignale verwendet. Diese Signale übertragen Informationen wie Sprache, Audio, Video oder andere Daten zwischen Boden und Raum und umgekehrt.

Die Sowjetunion hatte 1957 den weltweit ersten künstlichen Satelliten namens Sputnik 1 gestartet. Fast nach 18 Jahren startete Indien 1975 auch den künstlichen Satelliten Aryabhata.

Notwendigkeit der Satellitenkommunikation

Die folgenden zwei Arten der Ausbreitung werden früher für die Kommunikation bis zu einer gewissen Entfernung verwendet.

• Ground wave propagation- Die Bodenwellenausbreitung ist für Frequenzen bis 30 MHz geeignet. Diese Kommunikationsmethode nutzt die Troposphärenbedingungen der Erde.

• Sky wave propagation - Die geeignete Bandbreite für diese Art der Kommunikation liegt im Allgemeinen zwischen 30 und 40 MHz und nutzt die Ionosphäreneigenschaften der Erde.

Der maximale Sprung oder die Stationsentfernung ist sowohl bei der Bodenwellenausbreitung als auch bei der Himmelwellenausbreitung auf 1500 km begrenzt. Die Satellitenkommunikation überwindet diese Einschränkung. Bei dieser Methode stellen Satelliten zur Verfügungcommunication for long distances, was weit außerhalb der Sichtlinie liegt.

Da sich die Satelliten in einer bestimmten Höhe über der Erde befinden, erfolgt die Kommunikation zwischen zwei beliebigen Bodenstationen problemlos über Satellit. Damit wird die Einschränkung der Kommunikation zwischen zwei Bodenstationen aufgrund der Erdkrümmung überwunden.

Wie ein Satellit funktioniert

EIN satelliteist ein Körper, der sich auf einem bestimmten Weg um einen anderen Körper bewegt. Ein Kommunikationssatellit ist nichts anderes als eine Mikrowellen-Repeater-Station im Weltraum. Es ist hilfreich in Telekommunikation, Radio und Fernsehen sowie in Internetanwendungen.

EIN repeaterist eine Schaltung, die die Stärke des empfangenen Signals erhöht und es dann sendet. Aber dieser Repeater funktioniert alstransponder. Das heißt, es ändert das Frequenzband des gesendeten Signals von dem empfangenen.

Die Frequenz, mit der das Signal in den Raum gesendet wird, heißt Uplink frequency. In ähnlicher Weise wird die Frequenz, mit der das Signal vom Transponder gesendet wird, als bezeichnetDownlink frequency. Die folgende Abbildung veranschaulicht dieses Konzept deutlich.

Die Übertragung des Signals von der ersten Bodenstation zum Satelliten über einen Kanal wird als bezeichnet uplink. In ähnlicher Weise wird die Übertragung des Signals vom Satelliten zur zweiten Bodenstation über einen Kanal als bezeichnetdownlink.

Uplink frequencyist die Frequenz, mit der die erste Bodenstation mit dem Satelliten kommuniziert. Der Satellitentransponder wandelt dieses Signal in eine andere Frequenz um und sendet es an die zweite Bodenstation. Diese Frequenz wird als bezeichnetDownlink frequency. In ähnlicher Weise kann die zweite Bodenstation auch mit der ersten kommunizieren.

Der Prozess der Satellitenkommunikation beginnt an einer Bodenstation. Hier soll eine Installation Signale von einem Satelliten in einer Umlaufbahn um die Erde senden und empfangen. Bodenstationen senden die Informationen in Form von Hochleistungssignalen mit hoher Leistung (GHz-Bereich) an Satelliten.

Die Satelliten empfangen und senden die Signale zurück zur Erde, wo sie von anderen Bodenstationen im Versorgungsbereich des Satelliten empfangen werden. Satellitenfootprint ist der Bereich, der vom Satelliten ein Signal von nützlicher Stärke empfängt.

Vor- und Nachteile der Satellitenkommunikation

In diesem Abschnitt werfen wir einen Blick auf die Vor- und Nachteile der Satellitenkommunikation.

Es folgen die advantages der Nutzung der Satellitenkommunikation:

• Der Abdeckungsbereich ist mehr als der von terrestrischen Systemen

• Jeder Winkel der Erde kann abgedeckt werden

• Die Übertragungskosten sind unabhängig vom Versorgungsgebiet

• Mehr Bandbreite und Übertragungsmöglichkeiten

Es folgen die disadvantages der Nutzung der Satellitenkommunikation -

• Das Starten von Satelliten in Umlaufbahnen ist ein kostspieliger Prozess.

• Die Ausbreitungsverzögerung von Satellitensystemen ist größer als die von herkömmlichen terrestrischen Systemen.

• Es ist schwierig, Reparaturarbeiten durchzuführen, wenn in einem Satellitensystem ein Problem auftritt.

• Der Verlust von freiem Speicherplatz ist mehr

• Es kann zu einer Überlastung der Frequenzen kommen.

Anwendungen der Satellitenkommunikation

Satellitenkommunikation spielt eine wichtige Rolle in unserem täglichen Leben. Es folgen die Anwendungen der Satellitenkommunikation -

• Rundfunk und Sprachkommunikation

• Fernsehsendungen wie Direct To Home (DTH)

• Internetanwendungen wie die Bereitstellung einer Internetverbindung für die Datenübertragung, GPS-Anwendungen, Surfen im Internet usw.

• Militärische Anwendungen und Navigationen

• Fernerkundungsanwendungen

• Überwachung und Vorhersage des Wetterzustands

Wir wissen, dass der Pfad des Satelliten, der sich um die Erde dreht, bekannt ist als orbit. Dieser Pfad kann mit mathematischen Notationen dargestellt werden. Die Orbitalmechanik ist die Untersuchung der Bewegung der Satelliten, die in Umlaufbahnen vorhanden sind. So können wir die Weltraumoperationen mit dem Wissen über die Orbitalbewegung leicht verstehen.

Orbitalelemente

Orbitalelemente sind die Parameter, die zur Beschreibung der Orbitalbewegung von Satelliten hilfreich sind. Es folgen dieorbital elements.

• Semi-Major-Achse
• Eccentricity
• Mittlere Anomalie
• Argument des Perigäums
• Inclination
• Rechter Aufstieg des aufsteigenden Knotens

Die obigen sechs Orbitalelemente definieren die Umlaufbahn von Erdsatelliten. Daher ist es einfach, einen Satelliten von anderen Satelliten basierend auf den Werten von Orbitalelementen zu unterscheiden.

Semi-Major-Achse

Die Länge von Semi-major axis (a)definiert die Größe der Umlaufbahn des Satelliten. Es ist die Hälfte der Hauptachse. Dies verläuft von der Mitte durch einen Fokus bis zum Rand der Ellipse. Es ist also der Radius einer Umlaufbahn an den beiden am weitesten entfernten Punkten der Umlaufbahn.

Sowohl die Halb-Hauptachse als auch die Halb-Nebenachse sind in der obigen Abbildung dargestellt. Länge des Halbmajor axis (a) bestimmt nicht nur die Größe der Umlaufbahn des Satelliten, sondern auch den Zeitraum der Umdrehung.

Wenn die Kreisbahn als Sonderfall betrachtet wird, ist die Länge der Semi-Major-Achse gleich radius dieser Kreisbahn.

Exzentrizität

Der Wert von Eccentricity (e)legt die Form der Umlaufbahn des Satelliten fest. Dieser Parameter gibt die Abweichung der Umlaufbahnform von einem perfekten Kreis an.

Wenn die Längen der Semi-Major-Achse und der Semi-Minor-Achse einer elliptischen Umlaufbahn a & b sind, dann ist der mathematische Ausdruck für eccentricity (e) wird sein

$$e = \frac{\sqrt{a^2 - b^2}}{a}$$

Der Wert der Exzentrizität einer Kreisbahn ist zero, da beide a & b gleich sind. Der Wert der Exzentrizität einer elliptischen Umlaufbahn liegt zwischen null und eins.

Folgende figure zeigt die verschiedenen Satellitenbahnen für verschiedene Exzentrizitätswerte (e)

In der obigen Abbildung ist die Satellitenbahn, die dem Exzentrizitätswert (e) von Null entspricht, eine Kreisbahn. Die verbleibenden drei Satellitenbahnen sind elliptisch und entsprechen den Exzentrizitätswerten (e) von 0,5, 0,75 und 0,9.

Mittlere Anomalie

Für einen Satelliten ist der Punkt, der der Erde am nächsten liegt, als Perigäum bekannt. Mean anomaly (M) gibt den Durchschnittswert der Winkelposition des Satelliten in Bezug auf das Perigäum an.

Wenn die Umlaufbahn kreisförmig ist, gibt die mittlere Anomalie die Winkelposition des Satelliten in der Umlaufbahn an. Wenn die Umlaufbahn jedoch elliptisch ist, ist die Berechnung der genauen Position sehr schwierig. Zu diesem Zeitpunkt wird die mittlere Anomalie als Zwischenschritt verwendet.

Argument von Perigee

Die Satellitenumlaufbahn schneidet die Äquatorialebene an zwei Punkten. Der erste Punkt heißtdescending node, wo der Satellit von der Nordhalbkugel zur Südhalbkugel übergeht. Der zweite Punkt heißtascending node, wo der Satellit von der südlichen zur nördlichen Hemisphäre gelangt.

Argument of perigee (ω)ist der Winkel zwischen aufsteigendem Knoten und Perigäum. Wenn sowohl das Perigäum als auch der aufsteigende Knoten an demselben Punkt vorhanden sind, ist das Argument des Perigäums Null Grad

Das Argument des Perigäums wird in der Orbitalebene im Erdmittelpunkt in Richtung der Satellitenbewegung gemessen.

Neigung

Der Winkel zwischen der Orbitalebene und der Äquatorialebene der Erde ist bekannt als inclination (i). Sie wird am aufsteigenden Knoten mit einer Richtung von Ost nach Nord gemessen. Die Neigung definiert also die Ausrichtung der Umlaufbahn, indem der Erdäquator als Referenz betrachtet wird.

Es gibt vier Arten von Umlaufbahnen, die auf dem Neigungswinkel basieren.

• Equatorial orbit - Der Neigungswinkel beträgt entweder null Grad oder 180 Grad.

• Polar orbit - Der Neigungswinkel beträgt 90 Grad.

• Prograde orbit - Der Neigungswinkel liegt zwischen null und 90 Grad.

• Retrograde orbit - Der Neigungswinkel liegt zwischen 90 und 180 Grad.

Rechter Aufstieg des aufsteigenden Knotens

Wir wissen das ascending node ist der Punkt, an dem der Satellit die Äquatorialebene überquert, während er von der südlichen zur nördlichen Hemisphäre geht.

Rechter Aufstieg des aufsteigenden Knotens (Ω)ist der Winkel zwischen der Widderlinie und dem aufsteigenden Knoten in Richtung Osten in der Äquatorialebene. Widder wird auch als Frühlings- und Äquinoktium bezeichnet.

Satelliten ground trackist der Pfad auf der Erdoberfläche, der genau unter seiner Umlaufbahn liegt. Die Bodenspur eines Satelliten kann abhängig von den Werten der Orbitalelemente verschiedene Formen annehmen.

Orbitalgleichungen

Lassen Sie uns in diesem Abschnitt die Gleichungen diskutieren, die sich auf die Orbitalbewegung beziehen.

Kräfte, die auf Satelliten wirken

Wenn sich ein Satellit um die Erde dreht, erfährt er aufgrund der Gravitationskraft der Erde eine Zugkraft von der Erde. Diese Kraft ist bekannt alsCentripetal force(F ₁ ) weil diese Kraft den Satelliten dazu neigt.

Mathematisch gesehen ist die Centripetal force(F ₁ ) Einwirkung auf Satelliten aufgrund der Erde kann geschrieben werden als

$$F_{1} = \frac{GMm}{R^2} $$

Wo,

• Gkonstant ist universelle Gravitations und es ist gleich 6,673 x 10 ^-11 N ∙ m ² / kg ² .

• Mist die Masse der Erde und entspricht 5,98 x 10 ²⁴ kg.

• m ist die Masse des Satelliten.

• R ist die Entfernung vom Satelliten zum Erdmittelpunkt.

Wenn sich ein Satellit um die Erde dreht, erfährt er aufgrund seiner Gravitationskräfte eine Zugkraft von Sonne und Mond. Diese Kraft ist bekannt alsCentrifugal force(F ₂ ) weil diese Kraft den Satelliten von der Erde wegbewegt.

Mathematisch gesehen ist die Centrifugal force(F ₂ ) auf Satellit einwirken kann geschrieben werden als

$$F_{2} = \frac{mv^2}{R} $$

Wo, v ist die Umlaufgeschwindigkeit des Satelliten.

Orbitalgeschwindigkeit

Die Umlaufgeschwindigkeit des Satelliten ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Satellit um die Erde dreht. Der Satellit weicht nicht von seiner Umlaufbahn ab und bewegt sich in dieser Umlaufbahn mit einer bestimmten Geschwindigkeit, wenn sowohl zentripetale als auch zentrifugale Kräfte vorhanden sindbalance gegenseitig.

Damit, equateZentripetalkraft (F ₁ ) und Zentrifugalkraft (F ₂ ).

$$\frac{GMm}{R^2} = \frac{mv^2}{R}$$

$$= > \frac{GM}{R} = v^2$$

$$= > v = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$

deshalb, die orbital velocity von Satellit ist

$$v = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$

Wo,

• GGravitationskonstante ist , und es ist gleich 6,673 x 10 ^-11 N ∙ m ² / kg ² .

• Mist die Masse der Erde und entspricht 5,98 x 10 ²⁴ kg.

• R ist die Entfernung vom Satelliten zum Erdmittelpunkt.

Also hauptsächlich die Umlaufgeschwindigkeit depends auf die Entfernung vom Satelliten zum Erdmittelpunkt (R), da G & M Konstanten sind.

Wir wissen, dass sich der Satellit um die Erde dreht, ähnlich wie sich die Erde um die Sonne dreht. Die Prinzipien, die auf die Erde und ihre Bewegung um die Sonne angewendet werden, gelten also auch für den Satelliten und seine Bewegung um die Erde.

Viele Wissenschaftler haben von Anfang an verschiedene Arten von Theorien aufgestellt. Aber nurJohannes Kepler (1571-1630) war einer der anerkanntesten Wissenschaftler bei der Beschreibung des Prinzips eines Satelliten, der sich um die Erde bewegt.

Kepler formulierte drei Gesetze, die die gesamte Theorie und Beobachtung der Satellitenkommunikation veränderten. Diese sind im Volksmund bekannt alsKepler’s laws. Diese sind hilfreich, um die Bewegung durch den Raum zu visualisieren.

Keplers erstes Gesetz

Keplers erstes Gesetz besagt, dass der Pfad, dem ein Satellit um seine Primärseite (die Erde) folgt, ein Pfad sein wird ellipse. Diese Ellipse hat zwei Brennpunkte (Brennpunkte) F1 und F2, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Der Massenschwerpunkt der Erde wird immer an einem der beiden Brennpunkte der Ellipse liegen.

Wenn der Abstand vom Mittelpunkt des Objekts zu einem Punkt auf seinem elliptischen Pfad berücksichtigt wird, wird der am weitesten vom Zentrum entfernte Punkt einer Ellipse als bezeichnet apogee und der kürzeste Punkt einer Ellipse vom Zentrum wird als bezeichnet perigee.

Eccentricity "e" dieses Systems kann geschrieben werden als -

$$e = \frac{\sqrt{a^2 - b^2}}{a}$$

Wo, a & b sind die Längen der Semi-Major-Achse und der Semi-Minor-Achse der Ellipse.

Für ein elliptical pathliegt der Wert der Exzentrizität (e) immer zwischen 0 und 1, dh $0$ < $e$ < $1$, da a größer als b ist. Angenommen, wenn der Wert der Exzentrizität (e) Null ist, hat der Pfad keine elliptische Form mehr, sondern wird in eine Kreisform umgewandelt.

Keplers zweites Gesetz

Keplers zweites Gesetz besagt, dass für gleiche Zeitintervalle die areaDie vom Satelliten abgedeckte Fläche ist in Bezug auf den Massenschwerpunkt der Erde gleich. Dies kann anhand der folgenden Abbildung verstanden werden.

Angenommen, der Satellit legt im gleichen Zeitintervall die Entfernungen p1 und p2 zurück. Dann sind die vom Satelliten in diesen beiden Fällen abgedeckten Bereiche B1 und B2 gleich.

Keplers drittes Gesetz

Keplers drittes Gesetz besagt, dass das Quadrat der periodischen Zeit einer elliptischen Umlaufbahn proportional zum Würfel seiner Halbhauptachsenlänge ist. Mathematicallykann es wie folgt geschrieben werden -

$$T^2\:\alpha\:a^3$$

$$=> T^2=\left(\frac{4\pi ^2}{\mu }\right) a^3$$

Wo, $\frac{4\pi^2}{\mu}$ ist die Proportionalitätskonstante.

$\mu$ist die Kepler-Konstante und ihr Wert ist gleich 3,986005 x 10 ¹⁴ m ³ / s ²

$$1 = \left(\frac{2\pi}{T}\right)^2\left(\frac{a^2}{\mu}\right)$$

$$1 = n^2\left(\frac{a^3}{\mu}\right)$$

$$=> a^3 = \frac{\mu}{n^2}$$

Wo, ‘n’ ist die mittlere Bewegung des Satelliten im Bogenmaß pro Sekunde.

Note- Ein Satellit erfährt, wenn er sich um die Erde dreht, eine Zugkraft von der Erde, die Gravitationskraft. In ähnlicher Weise erfährt es eine weitere Zugkraft von Sonne und Mond. Daher muss ein Satellit diese beiden Kräfte ausgleichen, um sich in seiner Umlaufbahn zu halten.

Der Satellit sollte ordnungsgemäß in der entsprechenden Umlaufbahn platziert werden, nachdem er im Raum belassen wurde. Es dreht sich auf eine bestimmte Art und Weise und erfüllt seinen Zweck für wissenschaftliche, militärische oder kommerzielle Zwecke. Die Umlaufbahnen, die Satelliten in Bezug auf die Erde zugeordnet sind, werden als bezeichnetEarth Orbits. Die in diesen Umlaufbahnen vorhandenen Satelliten werden als bezeichnetEarth Orbit Satellites.

Wir sollten eine Umlaufbahn für einen Satelliten entsprechend der Anforderung auswählen. Zum Beispiel, wenn der Satellit in platziert istlower orbitDann dauert es weniger Zeit, um die Erde zu bereisen, und eine Bordkamera bietet eine bessere Auflösung. Ebenso, wenn der Satellit in platziert isthigher orbitDann dauert es länger, um die Erde zu bereisen, und es bedeckt gleichzeitig mehr Erdoberfläche.

Es folgen die drei wichtigsten types of Earth Orbit satellites - -

• Geosynchrone Erdumlaufbahnsatelliten
• Satelliten mit mittlerer Erdumlaufbahn
• Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn

Lassen Sie uns nun nacheinander über jeden Typ von Erdumlaufbahnsatelliten sprechen.

Geosynchrone Erdumlaufbahn-Satelliten

Eine geosynchrone Erdumlaufbahn (GEO) Satellite ist eine, die auf einer Höhe von platziert ist 22,300Meilen über der Erde. Diese Umlaufbahn wird mit einem realen Seitentag synchronisiert (dh 23 Stunden 56 Minuten). Diese Umlaufbahn kann Neigung und Exzentrizität aufweisen.

Es darf nicht kreisförmig sein. Diese Umlaufbahn kann an den Polen der Erde gekippt werden. Aber es scheint stationär zu sein, wenn es von der Erde aus beobachtet wird. Diese Satelliten werden für das Satellitenfernsehen verwendet.

Dieselbe geosynchrone Umlaufbahn, wenn sie kreisförmig und in der Äquatorebene ist, wird als bezeichnet Geostationary orbit. Diese Satelliten befinden sich 35.900 km (wie Geosynchron) über dem Erdäquator und drehen sich weiter in Richtung der Erdrichtung (West nach Ost).

Die in diesen Bahnen vorhandenen Satelliten haben die gleiche Winkelgeschwindigkeit wie die Erde. Daher werden diese Satelliten als betrachtetstationary in Bezug auf die Erde seitdem sind diese synchron mit der Erdrotation.

Das advantage der geostationären Umlaufbahn ist, dass keine Notwendigkeit besteht, die Antennen zu verfolgen, um die Position von Satelliten zu finden.

Geostationäre Erdumlaufbahnsatelliten werden für Wettervorhersagen, Satellitenfernsehen, Satellitenradio und andere Arten der globalen Kommunikation verwendet.

Die folgende Abbildung zeigt den Unterschied zwischen geosynchronen und geostationären Umlaufbahnen. Die Rotationsachse zeigt die Bewegung der Erde an.

Note- Jede geostationäre Umlaufbahn ist eine geosynchrone Umlaufbahn. Das Gegenteil muss jedoch nicht der Fall sein.

Satelliten mit mittlerer Erdumlaufbahn

Mittlere Erdumlaufbahn (MEO) Satelliten umkreisen in Entfernungen von etwa 8000 milesvon der Erdoberfläche. Von einem MEO-Satelliten übertragene Signale legen eine kürzere Strecke zurück. Dadurch wird die Signalstärke am Empfangsende verbessert. Dies zeigt, dass am Empfangsende kleinere und leichtere Empfangsanschlüsse verwendet werden können.

Transmission delaykann als die Zeit definiert werden, die ein Signal benötigt, um zu einem Satelliten und zurück zu einer Empfangsstation zu gelangen. In diesem Fall gibt es weniger Übertragungsverzögerung. Weil das Signal eine kürzere Strecke zum und vom MEO-Satelliten zurücklegt.

Zum real-time communicationsJe kürzer die Übertragungsverzögerung ist, desto besser ist das Kommunikationssystem. Wenn ein GEO-Satellit beispielsweise 0,25 Sekunden für eine Hin- und Rückfahrt benötigt, benötigt der MEO-Satellit weniger als 0,1 Sekunden, um dieselbe Fahrt abzuschließen. MEOs arbeiten im Frequenzbereich von 2 GHz und höher.

Diese Satelliten werden für Hochgeschwindigkeitstelefonsignale verwendet. Zehn oder mehr MEO-Satelliten sind erforderlich, um die gesamte Erde abzudecken.

Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn

Niedrige Erdumlaufbahn LEO)Satelliten werden hauptsächlich in drei Kategorien eingeteilt. Das sind kleine LEOs, große LEOs und Mega-LEOs. LEOs werden in einer Entfernung von umkreisen500 to 1000 milesüber der Erdoberfläche. Diese Satelliten werden für Satellitentelefone und GPS verwendet.

Diese relativ kurze Strecke reduziert die Übertragungsverzögerung auf nur 0,05 Sekunden. Dies reduziert den Bedarf an empfindlichen und sperrigen Empfangsgeräten weiter. Zwanzig oder mehr LEO-Satelliten sind erforderlich, um die gesamte Erde abzudecken.

Kleine LEOs arbeiten im Bereich von 800 MHz (0,8 GHz). Große LEOs arbeiten im Bereich von 2 GHz oder höher, und Mega-LEOs arbeiten im Bereich von 20 bis 30 GHz.

Die höheren Frequenzen sind mit verbunden Mega-LEOs Dies führt zu mehr Informationstragfähigkeit und ergibt die Fähigkeit eines Echtzeit-Videoübertragungsschemas mit geringer Verzögerung.

Folgende figure zeigt die Wege von LEO, MEO und GEO

Orbitalschlitze

Hier kann sich die Frage stellen, dass mit mehr als 200 satellites Wie können wir verhindern, dass sie sich in einer geosynchronen Umlaufbahn befinden oder versuchen, denselben Ort im Weltraum zu verwenden?

Um dieses Problem (Frage) zu beantworten, haben internationale Regulierungsbehörden wie die International Telecommunications Union (ITU) und nationale Regierungsorganisationen wie die Federal Communications Commission (FCC) Bestimmen Sie die Orte auf der geosynchronen Umlaufbahn, an denen sich die Kommunikationssatelliten befinden können.

Diese Orte werden in Längengraden angegeben und als bezeichnet orbital slots. Die FCC und die ITU haben den erforderlichen Abstand für C-Band- und Ku-Band-Satelliten aufgrund der großen Nachfrage nach Orbitalschlitzen schrittweise auf nur 2 Grad reduziert.

Die Bodenstation empfängt den maximalen Signalpegel, wenn sie sich direkt unter dem Satelliten befindet. Andernfalls wird kein maximaler Signalpegel empfangen, und dieser Signalpegel nimmt mit zunehmender Differenz zwischen Längen- und Breitengrad der Bodenstation ab.

Je nach Anforderung können wir den Satelliten also in einer bestimmten Umlaufbahn platzieren. Lassen Sie uns nun über die Blickwinkel diskutieren.

Blickwinkel

Die folgenden zwei Winkel der Bodenstationsantenne zusammen werden als bezeichnet look angles.

• Azimutwinkel
• Höhenwinkel

Im Allgemeinen ändern sich die Werte dieser Winkel für nicht geostationäre Umlaufbahnen. Während sich die Werte dieser Winkel für geostationäre Umlaufbahnen nicht ändern. Denn die in geostationären Umlaufbahnen vorhandenen Satelliten erscheinen in Bezug auf die Erde stationär.

Diese beiden Winkel sind hilfreich, um direkt von der Antenne der Bodenstation auf den Satelliten zu zeigen. Also, diemaximum gain der Bodenstation Antenne kann auf Satelliten gerichtet werden.

Wir können calculate die Blickwinkel der geostationären Umlaufbahn unter Verwendung von Längen- und Breitengrad der Erdstation und Position der Satellitenumlaufbahn.

Azimutwinkel

Der Winkel zwischen der lokalen horizontalen Ebene und der Ebene, die durch die Erdstation, den Satelliten und den Erdmittelpunkt verläuft, wird als bezeichnet azimuth angle.

Das formula für Azimutwinkel ($\alpha$) ist

$$\alpha\: = 180^0 + Tan^{-1}\left(\frac{Tan G}{TanL}\right)$$

Wo,

• L ist Breitengrad der Bodenstationsantenne.

• G ist der Unterschied zwischen der Position der Satellitenumlaufbahn und der Antenne der Bodenstation.

Folgende figure veranschaulicht den Azimutwinkel.

Messen Sie die horizontal anglean der Bodenstationsantenne zum Nordpol wie in Abbildung gezeigt. Es repräsentiert den Azimutwinkel. Es wird verwendet, um den Satelliten horizontal zu verfolgen.

Höhenwinkel

Der Winkel zwischen der vertikalen Ebene und der zum Satelliten zeigenden Linie wird als Höhenwinkel bezeichnet. Die vertikale Ebene ist nichts anderes als die Ebene, die senkrecht zur horizontalen Ebene verläuft.

Das formula für Höhenwinkel ($\beta$) ist

$$\beta = Tan^{-1}\left(\frac{cosG.cosL-0.15}{\sqrt{1-cos^2G.cos^2L}}\right)$$

Wir können den Höhenwinkel unter Verwendung der obigen Formel berechnen. Folgendefigure veranschaulicht den Höhenwinkel.

Messen Sie die vertical anglean der Bodenstationsantenne vom Boden zum Satelliten wie in der Abbildung gezeigt. Es repräsentiert den Höhenwinkel.

Orbitalstörungen

Es folgen die Orbitalstörungen aufgrund von Gravitationskräften und Nichtgravitationskräften oder -parametern.

• Unregelmäßige Gravitationskraft um die Erde aufgrund ungleichmäßiger Massenverteilung. Auch das Erdmagnetfeld verursacht Orbitalstörungen.

• Die wichtigsten externen Störungen kommen von Sonne und Mond. Wenn sich ein Satellit in der Nähe dieser externen Körper befindet, erhält er eine stärkere Anziehungskraft.

• Satelliten mit niedriger Umlaufbahn werden durch Reibung durch Kollision mit Atomen und Ionen beeinträchtigt.

• Der Sonnenstrahlungsdruck wirkt sich auf große GEO-Satelliten aus, die große Solaranlagen verwenden.

• Selbst erzeugte Drehmomente und Drücke, die durch HF-Strahlung von der Antenne verursacht werden.

Die meisten Satelliten verwenden a propulsion subsystem um eine korrekte Drehrichtungsrichtung beizubehalten und die Höhe des Satelliten gegen Störkräfte zu steuern.

Satelliten bleiben die meiste Zeit ihres Lebens im Weltraum. Wir wissen, dass die Umgebung der Schwerelosigkeit im Raum vorhanden ist. Aus diesem Grund benötigen Satelliten keine zusätzlichen starken Rahmen im Weltraum. Diese sind jedoch während des Startvorgangs erforderlich. Denn in diesem Prozess zittert der Satellit heftig, bis der Satellit in eine richtige Umlaufbahn gebracht wurde.

Das design of satellites sollte mit einem oder mehreren Trägerraketen kompatibel sein, um den Satelliten in eine Umlaufbahn zu bringen.

Wir wissen, dass die Zeit der Revolution mehr für höhere sein wird apogeeHöhe nach Keplers zweitem Gesetz. Die Dauer der geostationären Transferbahn beträgt nahezu 16 Stunden. Wennperigee Wird die GEO-Höhe (ca. 36.000 km) erhöht, erhöht sich die Umdrehungsdauer auf 24 Stunden.

Start von Satelliten

Der Vorgang des Platzierens des Satelliten in einer geeigneten Umlaufbahn ist bekannt als launching process. Während dieses Prozesses können wir von Bodenstationen aus den Betrieb des Satelliten steuern. Der Start eines Satelliten erfolgt hauptsächlich in vier Schritten.

• First Stage - Die erste Stufe der Trägerrakete enthält Raketen und Treibstoff zum Anheben des Satelliten zusammen mit der Trägerrakete vom Boden.

• Second Stage- Die zweite Stufe der Trägerrakete enthält kleinere Raketen. Diese werden nach Abschluss der ersten Stufe gezündet. Sie haben ihre eigenen Treibstofftanks, um den Satelliten ins All zu schicken.

• Third Stage- Die dritte (obere) Stufe der Trägerrakete ist mit der Satellitenverkleidung verbunden. Diese Verkleidung ist ein Metallschild, das den Satelliten enthält und den Satelliten schützt.

• Fourth Stage- Der Satellit wird von der oberen Stufe der Trägerrakete getrennt, wenn er außerhalb der Erdatmosphäre erreicht wurde. Dann geht der Satellit in eine „Transferbahn“. Diese Umlaufbahn schickt den Satelliten höher in den Weltraum.

Wenn der Satellit die gewünschte Höhe der Umlaufbahn erreicht hat, werden seine Subsysteme wie Sonnenkollektoren und Kommunikationsantennen entfaltet. Dann nimmt der Satellit seine Position in der Umlaufbahn mit anderen Satelliten ein. Jetzt ist der Satellit bereit zu liefernservices zur Öffentlichkeit.

Satelliten-Trägerraketen

Satelliten-Trägerraketen starten die Satelliten je nach Anforderung in eine bestimmte Umlaufbahn. Satelliten-Trägerraketen sind nichts anderes als mehrstufige Raketen. Es folgen dietwo types von Satelliten-Trägerraketen.

• Verbrauchbare Trägerraketen (ELV)
• Wiederverwendbare Trägerraketen (RLV)

Verbrauchbare Trägerraketen

Verbrauchbare Trägerraketen (ELV) werden zerstört, nachdem die Satelliten im Weltraum belassen wurden. Das folgende Bild zeigt, wie ein ELV aussieht.

Das ELV enthält drei Stufen. Die erste und zweite Stufe der ELV erhöhen den Satelliten auf ungefähr 50 Meilen und 100 Meilen. Die dritte Stufe der ELV versetzt den Satelliten in eine Transferbahn. Die Aufgabe vonELV wird fertiggestellt und seine Ersatzteile werden auf die Erde fallen, wenn der Satellit die Umlaufbahn erreicht.

Wiederverwendbare Trägerraketen

Wiederverwendbare Trägerraketen (RLV) können verwendet werden multiple timeszum Starten von Satelliten. Im Allgemeinen kehren diese Art von Trägerraketen nach dem Verlassen des Satelliten im Weltraum zur Erde zurück.

Das folgende Bild zeigt eine wiederverwendbare Trägerrakete. Es ist auch bekannt alsspace shuttle.

Die Funktionen von space shuttlesind ähnlich den Funktionen der ersten und zweiten Stufe der ELV. Der Satellit ist zusammen mit der dritten Stufe des Space Shuttles im Frachtraum montiert. Es wird aus dem Frachtraum ausgeworfen, wenn das Space Shuttle eine Höhe von 150 bis 200 Meilen erreicht.

Dann wird die dritte Stufe des Space Shuttles abgefeuert und versetzt den Satelliten in eine Transferbahn. Danach kehrt das Space Shuttle für zur Erde zurückreuse.

Im Satellitenkommunikationssystem finden verschiedene Operationen statt. Unter diesen sind die Hauptoperationen die Umlaufbahnsteuerung, die Höhe des Satelliten, die Überwachung und Steuerung anderer Subsysteme.

Eine Satellitenkommunikation besteht hauptsächlich aus zwei segments. Das sind Raum- und Erdsegment. Dementsprechend wird es zwei Arten von Subsystemen geben, nämlich Raum-Segment-Subsysteme und Erdsegment-Subsysteme. Folgendefigure veranschaulicht dieses Konzept.

Wie in der Abbildung gezeigt, ist die communication findet zwischen Raum-Segment-Subsystemen und Erdsegment-Subsystemen über Kommunikationsverbindungen statt.

Raum-Segment-Subsysteme

Die im Raumsegment vorhandenen Subsysteme werden als Raumsegment-Subsysteme bezeichnet. Es folgen diespace segment subsystems.

• AOC-Subsystem
• TTCM-Subsystem
• Stromversorgungs- und Antennensubsysteme
• Transponders

Erdsegment-Subsysteme

Die im Bodensegment vorhandenen Subsysteme können auf den Satelliten-Repeater zugreifen, um die Kommunikation zwischen den Benutzern bereitzustellen. Earth segment wird auch als Bodensegment bezeichnet.

Das Erdsegment erfüllt hauptsächlich zwei Funktionen. Dies sind das Senden eines Signals an den Satelliten und das Empfangen eines Signals vom Satelliten.Earth stations sind die wichtigsten Teilsysteme, die im Erdsegment vorhanden sind.

In den folgenden Kapiteln werden wir alle diese Subsysteme des Weltraumsegments und des Erdsegments diskutieren.

Wir wissen, dass der Satellit aufgrund der Gravitationskräfte von Sonne, Mond und anderen Planeten von seiner Umlaufbahn abweichen kann. Diese Kräfte ändern sich zyklisch über einen Zeitraum von 24 Stunden, da sich der Satellit um die Erde bewegt.

Höhen- und Umlaufbahnkontrolle (AOC)Das Subsystem besteht aus Raketenmotoren, die den Satelliten in die richtige Umlaufbahn bringen können, wenn er von der jeweiligen Umlaufbahn abweicht. Das AOC-Subsystem ist hilfreich, um die Antennen, die vom schmalen Strahl sind, zur Erde zeigen.

Wir können dieses AOC-Subsystem wie folgt gestalten two parts.

• Höhenkontroll-Subsystem
• Orbit Control Subsystem

Lassen Sie uns nun nacheinander über diese beiden Subsysteme diskutieren.

Höhenkontroll-Subsystem

Das Höhenkontroll-Subsystem kümmert sich um die Ausrichtung des Satelliten in seiner jeweiligen Umlaufbahn. Es folgen dietwo methods um den Satelliten, der sich in einer Umlaufbahn befindet, als stabil zu machen.

• Den Satelliten drehen
• Drei-Achsen-Methode

Den Satelliten drehen

Bei dieser Methode dreht sich der Körper des Satelliten um seinen spin axis. Im Allgemeinen kann es mit 30 bis 100 U / min gedreht werden, um eine Kraft zu erzeugen, die vom gyroskopischen Typ ist. Dadurch wird die Drehachse stabilisiert und der Satellit zeigt in die gleiche Richtung. Satelliten dieses Typs werden als bezeichnetspinners.

Der Spinner enthält eine Trommel, die eine zylindrische Form hat. Diese Trommel ist mit Solarzellen bedeckt. In dieser Trommel sind Antriebssysteme und Raketen vorhanden.

Das Kommunikationssubsystem befindet sich oben auf der Trommel. Ein Elektromotor treibt dieses Kommunikationssystem an. Die Richtung dieses Motors ist entgegengesetzt zur Drehung des Satellitenkörpers, so dass die Antennen zur Erde zeigen. Die Satelliten, die diese Art von Operation ausführen, werden als bezeichnetde-spin.

Während der Startphase der Satellit spinswenn die kleinen radialen Gasstrahlen betrieben werden. Danach wird diede-spin Das System arbeitet so, dass die Antennen des TTCM-Subsystems auf die Bodenstation zeigen.

Drei-Achsen-Methode

Bei dieser Methode können wir den Satelliten mit einem oder mehreren Impulsrädern stabilisieren. Diese Methode heißt alsthree-axis method. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die Ausrichtung des Satelliten in drei Achsen gesteuert wird und der Hauptkörper des Satelliten nicht gedreht werden muss.

Bei dieser Methode gilt Folgendes three axes gelten als.

• Roll axis wird in der Richtung betrachtet, in die sich der Satellit in der Orbitalebene bewegt.

• Yaw axis wird in Richtung Erde betrachtet.

• Pitch axis wird in der Richtung betrachtet, die senkrecht zur Orbitalebene ist.

Diese drei Achsen sind unten dargestellt figure.

Es sei X _R , Y _R und Z _R die Rollachse, Gierachse bzw. Nickachse. Diese drei Achsen werden definiert, indem die Position des Satelliten als betrachtet wirdreference. Diese drei Achsen definieren die Höhe des Satelliten.

X, Y und Z seien ein weiterer Satz kartesischer Achsen. Dieser Satz von drei Achsen liefert Informationen über die Ausrichtung des Satelliten in Bezug auf Referenzachsen. Wenn sich die Höhe des Satelliten ändert, werden die Winkel zwischen den jeweiligen Achsen geändert.

Bei diesem Verfahren enthält jede Achse zwei Gasstrahlen. Sie liefern die Drehung in beide Richtungen der drei Achsen.

• Das first gas jet wird für einen bestimmten Zeitraum betrieben, wenn die Bewegung des Satelliten in einer bestimmten Achsenrichtung erforderlich ist.

• Das second gas jetwird für den gleichen Zeitraum betrieben, wenn der Satellit die gewünschte Position erreicht. Der zweite Gasstrahl stoppt also die Bewegung des Satelliten in dieser Achsenrichtung.

Orbit Control Subsystem

Das Orbit Control Subsystem ist nützlich, um den Satelliten in seine korrekte Umlaufbahn zu bringen, wenn der Satellit von seiner Umlaufbahn abweicht.

Das an der Bodenstation vorhandene TTCM-Subsystem überwacht die Position des Satelliten. Wenn sich die Satellitenumlaufbahn ändert, sendet sie ein Signal bezüglich der Korrektur an das Orbit-Steuerungssubsystem. Dann wird dieses Problem behoben, indem der Satellit in die richtige Umlaufbahn gebracht wird.

Auf diese Weise kann die AOC subsystem kümmert sich um die Satellitenposition in der richtigen Umlaufbahn und in der richtigen Höhe während der gesamten Lebensdauer des Satelliten im Weltraum.

Telemetrie, Verfolgung, Steuerung und Überwachung (TTCM)Das Subsystem ist sowohl in der Satelliten- als auch in der Bodenstation vorhanden. Im Allgemeinen erhält der Satellit Daten über Sensoren. Das im Satelliten vorhandene Telemetrie-Subsystem sendet diese Daten an die Bodenstation (en). Daher ist das TTCM-Subsystem für jeden Kommunikationssatelliten sehr wichtig, um es erfolgreich zu betreiben.

Es liegt in der Verantwortung des Satellitenbetreibers, den Satelliten in seiner Lebensdauer zu steuern, nachdem er in die richtige Umlaufbahn gebracht wurde. Dies kann mit Hilfe von erfolgenTTCM subsystem.

Wir können dieses TTCM-Subsystem wie folgt gestalten three parts.

• Subsystem Telemetrie und Überwachung
• Tracking-Subsystem
• Kommandierendes Subsystem

Subsystem Telemetrie und Überwachung

Das Wort ‘Telemetry’bedeutet Messung in der Ferne. Die folgenden Operationen finden hauptsächlich in 'Telemetrie' statt.

• Erzeugung eines elektrischen Signals, das proportional zur zu messenden Größe ist.

• Codierung des elektrischen Signals.

• Übertragen dieses Codes in eine weite Entfernung.

Telemetry subsystem im Satelliten vorhanden erfüllt hauptsächlich zwei Funktionen -

• Empfangen von Daten von Sensoren und
• Übertragung dieser Daten an eine Bodenstation.

Satelliten verfügen über zahlreiche Sensoren zur Überwachung verschiedener Parameter wie Druck, Temperatur, Status usw. verschiedener Subsysteme. Im Allgemeinen werden die Telemetriedaten als FSK oder PSK übertragen.

Das Telemetrie-Subsystem ist ein ferngesteuertes System. Es sendet Überwachungsdaten vom Satelliten zur Bodenstation. Im Allgemeinen ist dietelemetry signals Tragen Sie die Informationen zu Höhe, Umgebung und Satellit.

Tracking-Subsystem

Das Tracking-Subsystem ist nützlich, um die Position des Satelliten und seine aktuelle Umlaufbahn zu kennen. Satellitensteuerungszentrum(SCC)überwacht die Funktionsweise und den Status von Raumsegment-Subsystemen mithilfe von Telemetrie-Downlink. Und es steuert diese Subsysteme über den Befehl Uplink.

Wir wissen, dass die tracking subsystemist auch in einer Bodenstation vorhanden. Es konzentriert sich hauptsächlich auf Reichweite und Blickwinkel des Satelliten. Anzahl der Techniken, die zur Verfolgung des Satelliten verwendet werden. ZumexampleEine Änderung der Umlaufbahnposition des Satelliten kann unter Verwendung der Daten identifiziert werden, die von Geschwindigkeits- und Beschleunigungssensoren erhalten werden, die auf dem Satelliten vorhanden sind.

Das tracking subsystemDas, was in einer Bodenstation vorhanden ist, verfolgt den Satelliten, wenn er aus der letzten Stufe des Trägerraketen freigegeben wird. Es führt die Funktionen aus, wie das Lokalisieren des Satelliten im Anfangsorbit und im Transferorbit.

Kommandierendes Subsystem

Das befehlende Subsystem ist erforderlich, um den Satelliten in einer Umlaufbahn zu starten und in dieser Umlaufbahn zu arbeiten. Dieses Subsystem passt die Höhe und Umlaufbahn des Satelliten an, wenn diese Werte abweichen. Es steuert auch das Kommunikationssubsystem. Diesecommanding subsystem ist für das Ein- und Ausschalten anderer im Satelliten vorhandener Subsysteme verantwortlich, basierend auf den Daten, die von Telemetrie- und Tracking-Subsystemen stammen.

Im Allgemeinen werden Steuercodes in Befehlswörter umgewandelt. Diese Befehlswörter werden zum Senden in Form von verwendetTDM frames. Zunächst wird die Gültigkeit von Befehlswörtern im Satelliten überprüft. Danach können diese Befehlswörter an die Bodenstation zurückgesendet werden. Hier werden diese Befehlswörter noch einmal überprüft.

Wenn die Bodenstation auch dasselbe (korrekte) Befehlswort empfängt, sendet sie eine Ausführungsanweisung an den Satelliten. Dieser Befehl wird also ausgeführt.

In Bezug auf die Funktionalität stehen sich das Telemetrie-Subsystem und das befehlende Subsystem gegenüber. Da der erste die Informationen des Satelliten an die Bodenstation überträgt und der zweite Befehlssignale von der Bodenstation empfängt.

Lassen Sie uns in diesem Kapitel darüber diskutieren Power systems von denen verschiedene Subsysteme des Satelliten Strom erhalten und Antenna subsystems Einer nach dem anderen.

Energiesysteme

Wir wissen, dass der in einer Umlaufbahn vorhandene Satellit während seiner Lebensdauer kontinuierlich betrieben werden sollte. Der Satellit benötigt also interne Energie, um verschiedene elektronische Systeme und Kommunikationsnutzlasten zu betreiben, die in ihm vorhanden sind.

Power systemist ein wichtiges Subsystem, das die für den Betrieb eines Satelliten erforderliche Leistung liefert. In diesen Systemen werden hauptsächlich Solarzellen (oder Module) und wiederaufladbare Batterien verwendet.

Solarzellen

Grundsätzlich ist die solar cellsStrom aus einfallendem Sonnenlicht erzeugen. Daher werden Solarzellen hauptsächlich verwendet, um andere Teilsysteme des Satelliten mit Strom zu versorgen.

Wir wissen, dass einzelne Solarzellen sehr viel weniger Strom erzeugen. Um mehr Strom zu erzeugen, kann eine Gruppe von Zellen verwendet werden, die in einer Array-Form vorliegen.

Solaranlagen

Es gibt zwei types of solar arraysdie in Satelliten verwendet werden. Dies sind zylindrische Solaranlagen und rechteckige Sonnenanlagen oder Sonnensegel.

• Cylindrical solar arrayswerden in sich drehenden Satelliten verwendet. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird nur ein Teil der zylindrischen Anordnung unter Sonnenschein bedeckt sein. Aus diesem Grund wird aus der partiellen Solaranlage elektrischer Strom erzeugt. Dies ist der Nachteil dieses Typs.

• Der Nachteil von zylindrischen Solaranlagen wird überwunden Solar sail. Dieser produziert mehr Strom, weil alle Solarzellen des Sonnensegels Sonnenlicht ausgesetzt sind.

Wiederaufladbare Batterien

Während der Finsterniszeit ist es schwierig, die Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen. In dieser Situation beziehen die anderen Subsysteme die Stromversorgungrechargeable batteries. Diese Batterien versorgen auch andere Subsysteme beim Start des Satelliten mit Strom.

Im Allgemeinen laden sich diese Batterien aufgrund von Überstrom auf, der von Solarzellen in Gegenwart von Sonnenlicht erzeugt wird.

Antennensubsysteme

Antennen sind sowohl in Satelliten- als auch in Bodenstationen vorhanden. Lassen Sie uns nun über die Satellitenantennen sprechen.

Satellitenantennen arbeiten two typesvon Funktionen. Diese empfangen Signale, die von der Bodenstation kommen, und senden je nach Anforderung Signale an eine oder mehrere Bodenstationen. Mit anderen Worten, die Satellitenantennen empfangen Aufwärtssignale und senden Abwärtssignale.

Wir wissen, dass die Länge der Satellitenantennen umgekehrt proportional zur Betriebsfrequenz ist. Die Betriebsfrequenz muss erhöht werden, um die Länge der Satellitenantennen zu verringern. Daher arbeiten Satellitenantennen in der Größenordnung vonGHz Frequenzen.

Satellitenantennen

Die im Satelliten verwendeten Antennen werden als Satellitenantennen bezeichnet. Es gibt hauptsächlich viertypes of Antennas. Sie sind:

• Drahtantennen
• Hornantennen
• Array-Antennen
• Reflektorantennen

Lassen Sie uns nun nacheinander über diese Antennen sprechen.

Drahtantennen

Drahtantennen sind die Basisantennen. Mono pole und dipole antennasfallen unter diese Kategorie. Diese werden in sehr hohen Frequenzen verwendet, um die Kommunikation für das TTCM-Subsystem bereitzustellen.

Die Länge des Gesamtdrahtes, der als Dipol verwendet wird, wenn eine Hälfte der Wellenlänge (dh l = λ / 2) entspricht, wird eine solche Antenne als bezeichnet half-wave dipole antenna.

Wire antennassind geeignet, um den Zugriffsbereich abzudecken und Signalstärke in alle Richtungen bereitzustellen. Das heißt, Drahtantennen sind Rundstrahlantennen.

Hornantennen

Eine Antenne mit einer Öffnung am Ende kann als bezeichnet werden Aperture antenna. Wenn der Rand einer Übertragungsleitung mit einer Öffnung abgeschlossen ist, strahlt er Energie ab. Diese Öffnung, die eine Apertur ist, macht sie zu einer Aperturantenne.

Horn antennaist ein Beispiel für eine Aperturantenne. Es wird in Satelliten verwendet, um mehr Fläche auf der Erde abzudecken.

Hornantennen werden in verwendet microwaveFrequenzbereich. Das gleiche Speisehorn kann sowohl zum Senden als auch zum Empfangen der Signale verwendet werden. Ein Gerät namens Duplexer, das diese beiden Signale trennt.

Array-Antennen

Wenn eine Antenne einzeln eine Energiemenge in eine bestimmte Richtung ausstrahlt, führt dies zu einer besseren Übertragung, wie es wäre, wenn nur wenige Elemente hinzugefügt würden, um eine effizientere Ausgabe zu erzielen. Genau diese Idee führte zur Erfindung vonArray Antennasoder Antennenarrays. Array-Antennen werden in Satelliten verwendet, um mehrere Strahlen aus einer einzigen Apertur zu bilden.

Reflektorantennen

Reflektorantennen eignen sich zur Erzeugung von Strahlen, die in einer bestimmten Richtung eine höhere Signalstärke aufweisen. Das heißt, dies sind stark gerichtete Antennen. Damit,Parabolic reflectorsErhöhen Sie den Antennengewinn im Satellitenkommunikationssystem. Daher werden diese in der Telekommunikation und im Rundfunk eingesetzt.

Wenn eine Parabolreflektorantenne für verwendet wird transmittingEin Signal, das Signal von der Einspeisung, kommt aus einem Dipol oder einer Hornantenne, um die Welle auf die Parabel zu fokussieren. Dies bedeutet, dass die Wellen aus dem Brennpunkt kommen und auf den Paraboloidreflektor treffen. Diese Welle wird nun als kollimierte Wellenfront reflektiert.

Wenn dieselbe Antenne als verwendet wird receiverWenn die elektromagnetische Welle auf die Form der Parabel trifft, wird die Welle auf den Einspeisepunkt reflektiert. Der Dipol oder die Hornantenne, die bei ihrer Einspeisung als Empfängerantenne fungiert, empfängt dieses Signal, um es in ein elektrisches Signal umzuwandeln und an die Empfängerschaltung weiterzuleiten.

Das Subsystem, das die Verbindungsverbindung zwischen Sende- und Empfangsantennen eines Satelliten herstellt, ist bekannt als Transponder. Es ist eines der wichtigsten Subsysteme von Raumfahrtsegment-Subsystemen.

Der Transponder erfüllt die Funktionen von Sender und Empfänger (Responder) in einem Satelliten. Daher wird das Wort "Transponder" durch Kombinieren weniger Buchstaben von zwei Wörtern, Sender, erhalten(Trans) und Antwortender (ponder).

Blockdiagramm des Transponders

Transponder arbeitet hauptsächlich two functions. Diese verstärken das empfangene Eingangssignal und übersetzen dessen Frequenz. Im Allgemeinen werden unterschiedliche Frequenzwerte sowohl für die Aufwärtsverbindung als auch für die Abwärtsverbindung gewählt, um die Interferenz zwischen den gesendeten und empfangenen Signalen zu vermeiden.

Das block diagram des Transponders ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wir können die Funktionsweise von Transponder leicht anhand des Blockdiagramms selbst verstehen. Die Funktion jedes Blocks wird unten erwähnt.

• Duplexerist ein Zweiwege-Mikrowellentor. Es empfängt ein Uplink-Signal von der Satellitenantenne und sendet ein Downlink-Signal an die Satellitenantenne.

• Low Noise Amplifier (LNA) verstärkt das schwach empfangene Signal.

• Carrier Processorführt die Frequenzabwärtswandlung des empfangenen Signals (Uplink) durch. Dieser Block bestimmt den Typ des Transponders.

• Power Amplifier verstärkt die Leistung des frequenzabwärts konvertierten Signals (Downlink) auf den erforderlichen Pegel.

Arten von Transpondern

Grundsätzlich gibt es two typesvon Transpondern. Dies sind gebogene Rohrtransponder und regenerative Transponder.

Gebogene Rohrtransponder

Der gebogene Rohrtransponder empfängt ein Mikrowellenfrequenzsignal. Es wandelt die Frequenz des Eingangssignals in eine HF-Frequenz um und verstärkt sie dann.

Gebogener Rohrtransponder wird auch als Repeater und bezeichnet conventional transponder. Es ist sowohl für analoge als auch für digitale Signale geeignet.

Regenerative Transponder

Der regenerative Transponder erfüllt die Funktionen des Bent Pipe Transponders. dh Frequenzumsetzung und -verstärkung. Zusätzlich zu diesen beiden Funktionen führt der Regenerative Transponder auch die Demodulation des HF-Trägers zum Basisband, die Regeneration von Signalen und die Modulation durch.

Regenerativer Transponder wird auch als Verarbeitungstransponder bezeichnet. Es ist nur für digitale Signale geeignet. Die Hauptadvantages von Regenerativen Transpondern verbessern das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und sind flexibler bei der Implementierung.

Das earth segmentdes Satellitenkommunikationssystems besteht hauptsächlich aus zwei Bodenstationen. Diese senden eine Bodenstation und empfangen eine Erdstation.

Das Senden earth stationüberträgt die Informationssignale an den Satelliten. Während die empfangende Bodenstation die Informationssignale vom Satelliten empfängt. Manchmal kann dieselbe Bodenstation sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet werden.

Im Allgemeinen empfangen Bodenstationen die Basisbandsignale in einer der folgenden Formen. Sprachsignale und Videosignale entweder in analoger oder digitaler Form.

Zunächst wurde die analoge Modulationstechnik genannt FM modulationwird zur Übertragung von Sprach- und Videosignalen verwendet, die in analoger Form vorliegen. Später digitale Modulationstechniken, nämlich Frequenzumtastung(FSK) und Phasenumtastung (PSK)werden zur Übertragung dieser Signale verwendet. Denn sowohl Sprach- als auch Videosignale werden zur digitalen Darstellung verwendet, indem sie von analog konvertiert werden.

Blockdiagramm der Erdstation

Gestaltung eines Earth stationhängt nicht nur vom Standort der Bodenstation ab, sondern auch von einigen anderen Faktoren. Der Standort von Bodenstationen könnte an Land, auf Schiffen im Meer und in Flugzeugen sein. Die abhängigen Faktoren sind die Art der Leistungserbringung, die Frequenzbandauslastung, die Eigenschaften von Sender, Empfänger und Antenne.

Das block diagram der digitalen Bodenstation ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wir können die Funktionsweise der Bodenstation anhand der obigen Abbildung leicht verstehen. Es gibt vier Hauptsubsystemsdie in jeder Bodenstation vorhanden sind. Dies sind Sender, Empfänger, Antenne und Tracking-Subsystem.

Sender

Die binären (digitalen) Informationen werden an der Basisbandausrüstung der Bodenstation vom terrestrischen Netzwerk eingegeben. Encoder enthält Fehlerkorrekturbits, um die Bitfehlerrate zu minimieren.

In der Satellitenkommunikation die Zwischenfrequenz (IF)kann unter Verwendung eines Transponders mit einer Bandbreite von 36 MHz als 70 MHz gewählt werden. In ähnlicher Weise kann die ZF auch als 140 MHz gewählt werden, indem ein Transponder mit einer Bandbreite von entweder 54 MHz oder 72 MHz verwendet wird.

Der Aufwärtswandler führt die Frequenzumwandlung des modulierten Signals in eine höhere Frequenz durch. Dieses Signal wird mit einem Hochleistungsverstärker verstärkt. Die Bodenstationsantenne sendet dieses Signal.

Empfänger

Während receptionempfängt die Bodenstationsantenne ein Downlink-Signal. Dies ist ein moduliertes HF-Signal mit niedrigem Pegel. Im Allgemeinen hat das empfangene Signal eine geringere Signalstärke. Also, um dieses Signal zu verstärken, Low Noise Amplifier(LNA)wird eingesetzt. Aufgrund dessen verbessert sich der SNR-Wert (Signal to Noise Ratio).

HF-Signal kann sein down convertedauf den Zwischenfrequenzwert (IF), der entweder 70 oder 140 MHz beträgt. Weil es bei diesen Zwischenfrequenzen leicht zu demodulieren ist.

Die Funktion der decoderist genau entgegengesetzt zu dem des Encoders. Der Decoder erzeugt also eine fehlerfreie Binärinformation, indem er Fehlerkorrekturbits entfernt und gegebenenfalls die Bitpositionen korrigiert.

Diese binären Informationen werden zur weiteren Verarbeitung an Basisbandgeräte weitergegeben und dann an das terrestrische Netzwerk übermittelt.

Erdstationsantenne

Die Hauptteile von Earth station Antennasind Zufuhrsystem und Antennenreflektor. Diese beiden Teile zusammen strahlen oder empfangen elektromagnetische Wellen. Da das Speisesystem dem Reziprozitätssatz folgt, sind die Bodenstationsantennen sowohl zum Senden als auch zum Empfangen elektromagnetischer Wellen geeignet.

Parabolic reflectorswerden als Hauptantenne in Bodenstationen verwendet. Die Verstärkung dieser Reflektoren ist hoch. Sie haben die Fähigkeit, einen parallelen Strahl auf einen Punkt im Fokus zu fokussieren, an dem sich das Zuführsystem befindet.

Tracking-Subsystem

Das Tracking subsystemVerfolgt den Satelliten und stellt sicher, dass der Strahl auf ihn zukommt, um die Kommunikation herzustellen. Das in der Bodenstation vorhandene Verfolgungssystem arbeitet hauptsächlichtwo functions. Dies sind Satellitenerfassung und Satellitenverfolgung. Diese Verfolgung kann auf eine der folgenden Arten erfolgen. Dies sind automatische Verfolgung, manuelle Verfolgung und Programmverfolgung.

Lassen Sie uns in diesem Kapitel zwei Beispiele für Bodenstationen diskutieren: Receive-only Home TV system und Community Antenna TV system.

Empfangen Sie nur das Home-TV-System

Wenn die Übertragung direkt an Heimfernsehempfänger erfolgt, wird diese Art von Dienst als Direct Broadcast Satellite bezeichnet (DBS) Bedienung.

Ein Netzreflektor kann zum Fokussieren der Signale in a verwendet werden dual feed-horn. Es hat zwei separate Ausgänge. Von einem Ausgang werden C-Band-Signale empfangen und von einem anderen Ausgang werden Ku-Band-Signale empfangen.

Fernsehprogramme entstehen meist als Signale der ersten Generation. Diese Signale werden über Satellit an Netzwerk-Hauptendstationen im C-Band übertragen. Diese Signale werden komprimiert und in digitaler Form an Kabel- und DBS-Anbieter übertragen.

C-Band-Benutzer können Pay-TV-Kanäle abonnieren. Diese Abonnementdienste sindcheaper im Vergleich zu Kabel aufgrund der Verfügbarkeit von Mehrquellenprogrammen.

Das block diagram des DBS-TV-Empfängers ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Außengerät

Außengerät besteht hauptsächlich aus receiving antenna und rauscharmer Konverter (LNC). Low Noise Converter (LNC) ist nichts anderes als die Kombination von Low Noise Amplifier (LNA) gefolgt von einem Konverter. Die Empfangsantenne wird direkt in LNC eingespeist.

Im Allgemeinen ist die parabolic reflector wird auch mit der Empfangshornantenne zur stärkeren Fokussierung des Strahls verwendet.

Innengerät

Im Allgemeinen ist das dem Innengerät zugeführte Signal ein Breitbandsignal. Die Frequenz dieses Signals liegt zwischen 950 MHz und 1450 MHz. In Innengeräten wird dieses Signal mit einem verstärktamplifier.

Das verstärkte Signal wird an ein Nachführfilter und einen Abwärtswandler angelegt. Es wählt den gewünschten Kanal aus und wandelt seine Frequenz in einen umIntermediate Frequency (IF) von 70 MHz.

IF amplifierverstärkt die Signalstärke, um sie richtig zu demodulieren. Das Basisbandsignal (demoduliert) wird verwendet, um ein VSSB-Signal (Vestigial Single Side Band) zu erzeugen. Dieses Signal wird in einen der VHF / UHF-Kanäle eines Standardfernsehgeräts eingespeist.

Die Frequenzmodulation (FM) wird in DBS TV verwendet. Während die Amplitudenmodulation (AM) in Form von VSSB im herkömmlichen Fernsehen verwendet wird. Dies ist dasmajor difference zwischen DBS TV und konventionellem TV.

Gemeinschaftsantennen-TV-System

Das Community-Antennenfernsehen (CATV)Das System verwendet ein einzelnes Außengerät und mehrere Einspeisungen. Diese Feeds sind für jeden Polarisationssinn separat erhältlich. Aus diesem Grund sind alle Kanäle gleichzeitig am Innenempfänger verfügbar.

Das block diagram Die Inneneinheit des CATV-Systems ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

In diesem Fall ist nicht für jeden Benutzer ein separater Empfänger erforderlich. Denn alle Träger werden in einem gemeinsamen Empfänger-Filter-System demoduliert. Danach werden die Kanäle zu einem gemultiplexten Signal kombiniert. Dieses Signal wird dann über ein Kabel an die Teilnehmer (Benutzer) übertragen.

In Satellitenkommunikationssystemen gibt es zwei Arten von Leistungsberechnungen. Das sind Sende- und Empfangsleistungsberechnungen. Im Allgemeinen werden diese Berechnungen als bezeichnetLink budget calculations. Die Leistungseinheit istdecibel.

Lassen Sie uns zunächst die grundlegende Terminologie diskutieren, die in Link Budget verwendet wird, und dann werden wir die Berechnungen von Link Budget erläutern.

Grundbegriffe

Ein isotropic radiator(Antenne) strahlt gleichmäßig in alle Richtungen. Aber praktisch existiert es nicht. Es ist nur eine theoretische Antenne. Wir können die Leistung aller realen (praktischen) Antennen in Bezug auf diese Antenne vergleichen.

Leistungsflussdichte

Angenommen, ein isotroper Strahler befindet sich in der Mitte der Kugel mit dem Radius r. Wir wissen, dass die Leistungsflussdichte das Verhältnis von Leistungsfluss und Flächeneinheit ist.

Power flux density,$\Psi_i$ eines isotropen Strahlers ist

$$\Psi_i = \frac{p_s}{4\pi r^2}$$

Wo, $P_s$ist der Kraftfluss. Im Allgemeinen variiert die Leistungsflussdichte einer praktischen Antenne mit der Richtung. Aber es istmaximum value wird nur in eine bestimmte Richtung sein.

Antennengewinn

Das gain der praktischen Antenne ist definiert als das Verhältnis der maximalen Leistungsflussdichte der praktischen Antenne und der Leistungsflussdichte der isotropen Antenne.

Daher ist der Gewinn der Antenne oder Antenna gainG ist

$$G = \frac{\Psi_m}{\Psi_i}$$

Wo, $\Psi_m$ist die maximale Leistungsflussdichte einer praktischen Antenne. Und,$\Psi_i$ ist die Leistungsflussdichte des isotropen Strahlers (Antenne).

Äquivalente isotrope Strahlungsleistung

Die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) ist der Hauptparameter, der bei der Messung des Verbindungsbudgets verwendet wird. Mathematicallykann geschrieben werden als

$$EIRP = G\:\:P_s$$

Wir können EIRP in vertreten decibels wie

$$\left [ EIRP \right ] = \left [ G \right ] + \left [ P_s \right ]dBW$$

Wo, G ist der Gewinn der Sendeantenne und $P_s$ ist die Leistung des Senders.

Übertragungsverluste

Die Differenz zwischen der an einem Ende gesendeten und an der Empfangsstation empfangenen Leistung ist bekannt als Transmission losses. Die Verluste können in 2 Typen eingeteilt werden.

• Ständige Verluste
• Variable Verluste

Die konstanten Verluste wie Feeder-Verluste sind bekannt als constant losses. Unabhängig davon, welche Vorsichtsmaßnahmen wir getroffen haben könnten, müssen diese Verluste dennoch auftreten.

Eine andere Art von Verlusten sind variable loss. Der Himmel und die Wetterbedingungen sind ein Beispiel für diese Art von Verlust. Bedeutet, wenn der Himmel nicht klar ist, erreicht das Signal den Satelliten nicht effektiv oder umgekehrt.

Daher beinhaltet unser Verfahren die Berechnung der Verluste aufgrund klaren Wetter oder klaren Himmels Zustand als 1 ^st , da diese Verluste konstant sind. Sie werden sich mit der Zeit nicht ändern. Dann in 2 ^nd Schritt können wir die Verluste aufgrund von schlechtem Wetter Zustand berechnen.

Budgetberechnungen verknüpfen

Es gibt zwei Arten von Linkbudgetberechnungen, da es zwei Links gibt, nämlich uplink und downlink.

Uplink der Erdstation

Es ist der Prozess, bei dem die Erde das Signal an den Satelliten sendet und der Satellit es empfängt. Es istmathematical equation kann geschrieben werden als

$$\left(\frac{C}{N_0}\right)_U = [EIRP]_U+\left(\frac{G}{T}\right)_U - [LOSSES]_U -K$$

Wo,

• $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ ist das Verhältnis von Träger zu Rauschdichte

• $\left [\frac{G}{T}\right ]$ ist das G / T-Verhältnis des Satellitenempfängers und die Einheiten sind dB / K.

Hier stellen Verluste die Verluste der Satellitenempfänger-Einspeisung dar. Die von der Frequenz abhängigen Verluste werden alle berücksichtigt.

Der EIRP-Wert sollte für einen effektiven UPLINK so niedrig wie möglich sein. Und dies ist möglich, wenn der Himmel klar ist.

Hier haben wir die (tiefgestellte) Notation „U“ verwendet, die das Uplink-Phänomen darstellt.

Satelliten-Downlink

In diesem Prozess sendet der Satellit das Signal und die Bodenstation empfängt es. Die Gleichung ist dieselbe wie beim Satelliten-Uplink, mit dem Unterschied, dass wir überall die Abkürzung "D" anstelle von "U" verwenden, um die Downlink-Phänomene zu bezeichnen.

Es ist mathematical Gleichung kann geschrieben werden als;

$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ LOSSES \right ]_D - K$$

Wo,

• $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ ist das Verhältnis von Träger zu Rauschdichte
• $\left [\frac{G}{T}\right ]$ ist das G / T-Verhältnis des Empfängers der Bodenstation und die Einheiten sind dB / K.

Hier alle Verluste, die rund um Bodenstationen vorhanden sind.

In der obigen Gleichung haben wir die Signalbandbreite B nicht berücksichtigt. Wenn wir jedoch einschließen, dass die Gleichung wie folgt modifiziert wird.

$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ LOSSES \right ]_D -K-B$$

Budget verknüpfen

Wenn wir den Bodensatelliten berücksichtigen, sollte auch der Ausbreitungsverlust des freien Raums (FSP) berücksichtigt werden.

Wenn die Antenne nicht richtig ausgerichtet ist, können Verluste auftreten. also nehmen wirAML(Antennenfehlausrichtungsverluste) berücksichtigt. Wenn das Signal vom Satelliten zur Erde kommt, kollidiert es mit der Erdoberfläche und einige von ihnen werden absorbiert. Diese werden durch den atmosphärischen Absorptionsverlust von berücksichtigt“AA” und gemessen in db.

Jetzt können wir die Verlustgleichung für den freien Himmel als schreiben

$$Losses = FSL + RFL+ AML+ AA + PL$$

Wo,

• RFL steht für Received Feeder Loss und Units sind db.

• PL steht für Polarisationsfehlanpassungsverlust.

Jetzt die decibel equation für empfangene Leistung kann geschrieben werden als

$$P_R = EIRP + G_R + Losses$$

Wo,

• $P_R$ steht für die Empfangsleistung, die in dBW gemessen wird.
• $G_r$ ist der Antennengewinn des Empfängers.

Das Entwerfen von Downlink ist kritischer als das Entwerfen von Uplink. Aufgrund von Leistungsbeschränkungen, die zum Senden und Verstärken der Antenne erforderlich sind.

Manchmal ist der Dienst eines Satelliten an einem bestimmten Ort auf der Bodenstation vorhanden, und manchmal ist er nicht vorhanden. Das heißt, ein Satellit kann verschiedene eigene Tankstellen an verschiedenen Orten auf der Erde haben. Sie senden ein Trägersignal für den Satelliten.

In dieser Situation führen wir Mehrfachzugriffe durch, damit der Satellit gleichzeitig Signale von verschiedenen Stationen empfangen oder senden kann, ohne dass zwischen ihnen Störungen auftreten. Es folgen diethree types von Mehrfachzugriffstechniken.

• FDMA (Frequency Division Multiple Access)
• TDMA (Time Division Multiple Access)
• CDMA (Code Division Multiple Access)

Lassen Sie uns nun jede Technik einzeln diskutieren.

FDMA

Bei dieser Art des Mehrfachzugriffs weisen wir jedem Signal eine andere Art von Frequenzband (Bereich) zu. Daher sollten zwei beliebige Signale nicht den gleichen Frequenzbereich haben. Daher gibt es keine Interferenz zwischen ihnen, selbst wenn wir diese Signale in einem Kanal senden.

Eins perfekt exampleVon dieser Art des Zugangs sind unsere Funkkanäle. Wir können sehen, dass jeder Station ein anderes Frequenzband zugewiesen wurde, um zu arbeiten.

Nehmen wir drei Stationen A, B und C. Wir möchten über die FDMA-Technik darauf zugreifen. Also haben wir ihnen verschiedene Frequenzbänder zugewiesen.

Wie in der Abbildung gezeigt, wurde die Satellitenstation A im Frequenzbereich von 0 bis 20 Hz gehalten. In ähnlicher Weise wurde den Stationen B und C der Frequenzbereich von 30 bis 60 Hz bzw. 70 bis 90 Hz zugewiesen. Es gibt keine Interferenz zwischen ihnen.

Die Haupt disadvantagevon dieser Art von System ist, dass es sehr geplatzt ist. Diese Art des Mehrfachzugriffs wird nicht für Kanäle empfohlen, die dynamisch und ungleichmäßig sind. Weil dadurch ihre Daten unflexibel und ineffizient werden.

TDMA

Wie der Name schon sagt, ist TDMA ein zeitbasierter Zugriff. Hier geben wir jedem Kanal einen bestimmten Zeitrahmen. Innerhalb dieses Zeitrahmens kann der Kanal auf die gesamte Frequenzbandbreite zugreifen

Jede Station hat eine feste Länge oder einen festen Schlitz. Die nicht genutzten Steckplätze bleiben im Leerlauf.

Angenommen, wir möchten fünf Datenpakete in TDMA-Technik an einen bestimmten Kanal senden. Also sollten wir ihnen bestimmte Zeitfenster zuweisen odertime frame innerhalb dessen es auf die gesamte Bandbreite zugreifen kann.

In der obigen Abbildung sind die Pakete 1, 3 und 4 aktiv, die Daten übertragen. Die Pakete 2 und 5 sind wegen ihrer Nichtteilnahme inaktiv. Dieses Format wird jedes Mal wiederholt, wenn wir diesem bestimmten Kanal Bandbreite zuweisen.

Wir haben zwar einem bestimmten Kanal bestimmte Zeitfenster zugewiesen, diese können jedoch auch abhängig von der Tragfähigkeit geändert werden. Das heißt, wenn ein Kanal schwerere Lasten überträgt, kann ihm ein größerer Zeitschlitz zugewiesen werden als dem Kanal, der leichtere Lasten überträgt. Das ist das größteadvantagevon TDMA über FDMA. Ein weiterer Vorteil von TDMA ist, dass der Stromverbrauch sehr gering ist.

Note - In einigen Anwendungen verwenden wir die combination von beiden TDMA and FDMATechniken. In diesem Fall wird jeder Kanal in einem bestimmten Frequenzband für einen bestimmten Zeitrahmen betrieben. In diesem Fall ist die Frequenzauswahl robuster und hat über die Zeitkomprimierung eine größere Kapazität.

CDMA

Bei der CDMA-Technik wurde jedem Kanal ein eindeutiger Code zugewiesen, um sich voneinander zu unterscheiden. Eine perfekteexampleVon dieser Art des Mehrfachzugriffs ist unser zellulares System. Wir können sehen, dass die Handynummer von zwei Personen nicht miteinander übereinstimmt, obwohl es sich um denselben X- oder Y-Mobilfunkdienst handelt, der den Kunden des Unternehmens dieselbe Bandbreite bietet.

Im CDMA-Prozess führen wir die Decodierung des inneren Produkts des codierten Signals und der Chipping-Sequenz durch. Daher kann es mathematisch geschrieben werden als

$$Encoded\:signal = Orginal\:data\:\: \times\:\: chipping\:sequence$$

Das Grundlegende advantageBei dieser Art des Mehrfachzugriffs können alle Benutzer gleichzeitig existieren und die gesamte Bandbreite gleichzeitig nutzen. Da jeder Benutzer einen anderen Code hat, treten keine Störungen auf.

Bei dieser Technik kann eine Anzahl von Stationen im Gegensatz zu FDMA und TDMA eine Anzahl von Kanälen aufweisen. Das Beste an dieser Technik ist, dass jede Station jederzeit das gesamte Spektrum nutzen kann.

Die Dienste der Satellitenkommunikation können in die folgenden zwei Kategorien eingeteilt werden.

• Einweg-Satellitenkommunikationsverbindungsdienst
• Zweiwege-Satellitenkommunikationsverbindungsdienst

Lassen Sie uns nun nacheinander über jeden Service sprechen

Einweg-Satellitenkommunikationsverbindungsdienst

Im one-waySatellitenkommunikationsverbindungsdienst, die Informationen können von einer Bodenstation zu einer oder mehreren Bodenstationen über einen Satelliten übertragen werden. Das heißt, es bietet sowohl Punkt-zu-Punkt-Konnektivität als auch Punkt-zu-Mehrpunkt-Konnektivität.

Unten figure zeigt ein Beispiel für einen Einweg-Satellitenkommunikationsverbindungsdienst.

Hier findet die Kommunikation zwischen der ersten Bodenstation (Sender) und der zweiten Bodenstation (Empfänger) auf der Erdoberfläche über einen Satelliten in statt one direction.

Im Folgenden sind einige der one-way Satellitenkommunikationsverbindung services.

• Ausstrahlung von Satellitendiensten wie Radio-, Fernseh- und Internetdiensten.

• Raumfahrtdienste wie Telemetrie-, Verfolgungs- und Befehlsdienste.

• Funkbestimmungssatellitendienst wie Positionsortungsdienst.

Zweiwege-Satellitenkommunikationsverbindungsdienst

Im two-waySatellitenkommunikationsverbindung, die Informationen können zwischen zwei beliebigen Bodenstationen über einen Satelliten ausgetauscht werden. Das heißt, es bietet nur Punkt-zu-Punkt-Konnektivität.

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für einen bidirektionalen Satellitenkommunikationsverbindungsdienst.

Hier findet die Kommunikation zwischen der ersten Bodenstation (Sender) und der zweiten Bodenstation (Empfänger) auf der Erdoberfläche über einen Satelliten in statt two (beide) directions.

Im Folgenden sind einige der bidirektionalen Satellitenkommunikationsverbindungen aufgeführt services.

• Feste Satellitendienste wie Telefon, Fax und Daten von Diensten mit hoher Bitrate.

• Mobile Satellitendienste wie Land Mobile, Maritime und Aero Mobile Communication Services.

Global Positioning System (GPS)ist ein auf Satellit basierendes Navigationssystem. Es hat die Revolution in der Navigation und Positionsbestimmung geschaffen. Es wird hauptsächlich in Positionierungs-, Navigations-, Überwachungs- und Vermessungsanwendungen verwendet.

Der Bürgermeister advantagesder Satellitennavigation sind Echtzeitpositionierung und Zeitsynchronisation. Aus diesem Grund sind Satellitennavigationssysteme in den meisten Anwendungen, in denen Mobilität der Schlüsselparameter ist, ein wesentlicher Bestandteil geworden.

Ein vollständiges betriebsbereites GPS-Weltraumsegment enthält vierundzwanzig Satelliten in MEO. Diese Satelliten werden in sechs Gruppen eingeteilt, sodass jede Gruppe vier Satelliten enthält. Die Gruppe von vier Satelliten wird als einer bezeichnetconstellation. Zwei beliebige benachbarte Konstellationen sind um 60 Längengrade voneinander getrennt.

Das orbital period jedes Satelliten ist ungefähr gleich twelve hours. Daher drehen sich alle Satelliten jeden Tag zweimal um die Erde. Die GPS-Empfänger empfangen jederzeit die Signale von mindestens vier Satelliten.

GPS-Codes und Dienste

Jeder GPS-Satellit sendet zwei Signale: L₁ and L₂ sind von unterschiedlichen Frequenzen. Trilaterationist eine einfache Methode zum Ermitteln der Position (Breite, Länge, Höhe) des GPS-Empfängers. Mit dieser Methode kann die Position eines unbekannten Punktes an drei bekannten Punkten gemessen werden

GPS-Codes

Im Folgenden sind die beiden Arten von GPS-Codes aufgeführt.

• Groberfassungscode oder C / A-Code
• Präziser Code oder P-Code

Das Signal L ₁ wird mit einer Pseudozufallsbitsequenz von 1,023 Mbit / s moduliert. Dieser Code wird als Coarse Acquisition Code oder bezeichnetC/A code und es wird von der Öffentlichkeit verwendet.

Das Signal L ₂ wird mit einer Pseudozufallsbitsequenz von 10,23 Mbit / s moduliert. Dieser Code wird als Präziser Code oder bezeichnetP codeund es wird in militärischen Positionierungssystemen verwendet. Im Allgemeinen wird dieser P-Code in einem verschlüsselten Format übertragen und als bezeichnetY code

Der P-Code bietet im Vergleich zum C / A-Code eine bessere Messgenauigkeit, da die Bitrate des P-Codes größer ist als die Bitrate des C / A-Codes.

GPS-Dienste

Im Folgenden sind die beiden Arten von Diensten aufgeführt, die von GPS bereitgestellt werden.

• Präziser Positionierungsservice (PPS)
• Standard Positioning Service (SPS)

PPS receiversVerfolgen Sie sowohl den C / A-Code als auch den P-Code auf zwei Signalen, L ₁ und L ₂ . Der Y-Code wird am Empfänger entschlüsselt, um den P-Code zu erhalten.

SPS receiversVerfolgen Sie nur den C / A-Code im Signal L ₁ .

GPS-Empfänger

Es gibt nur eine Einwegübertragung vom Satelliten zu Benutzern im GPS-System. Daher benötigt der einzelne Benutzer nicht den Sender, sondern nur aGPS receiver. Es wird hauptsächlich verwendet, um den genauen Standort eines Objekts zu ermitteln. Diese Aufgabe wird unter Verwendung der von Satelliten empfangenen Signale ausgeführt.

Das block diagram des GPS-Empfängers ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Funktion jedes im GPS-Empfänger vorhandenen Blocks wird unten erwähnt.

• Receiving Antennaempfängt die Satellitensignale. Es handelt sich hauptsächlich um eine zirkular polarisierte Antenne.

• Low Noise Amplifier (LNA) verstärkt das schwach empfangene Signal

• Down converter wandelt die Frequenz des empfangenen Signals in ein Zwischenfrequenzsignal (IF-Signal) um.

• IF Amplifier verstärkt das Zwischenfrequenzsignal (IF-Signal).

• ADCführt die Umwandlung des analogen Signals durch, das vom ZF-Verstärker zum digitalen Signal erhalten wird. Angenommen, die Abtast- und Quantisierungsblöcke sind auch im ADC (Analog-Digital-Wandler) vorhanden.

• DSP (Digitaler Signalprozessor) generiert den C / A-Code.

• Microprocessorführt die Positionsberechnung durch und liefert die Zeitsignale, um den Betrieb anderer digitaler Blöcke zu steuern. Es sendet die nützlichen Informationen an die Anzeigeeinheit, um sie auf dem Bildschirm anzuzeigen.