위성 통신-퀵 가이드

일반적으로 satellite공간에서 더 큰 물체를 중심으로 회전하는 작은 물체입니다. 예를 들어, 달은 지구의 자연 위성입니다.

우리는 알고 있습니다 Communication모든 매체 또는 채널을 통해 둘 이상의 엔티티간에 정보를 교환 (공유)하는 것을 말합니다. 즉, 정보의 송수신 및 처리에 불과합니다.

위성을 통해 두 개의 지구국 사이에서 통신이 이루어지면 다음과 같이 호출됩니다. satellite communication. 이 통신에서 전자기파는 반송파 신호로 사용됩니다. 이러한 신호는 음성, 오디오, 비디오 또는 기타 데이터와 같은 정보를 지상과 우주간에 또는 그 반대로 전달합니다.

소련은 1957 년 세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1 호를 발사했습니다. 거의 18 년 후 인도는 1975 년 인공위성 아랴 바타도 발사했습니다.

위성 통신의 필요성

다음 두 종류의 전파는 어느 정도 거리까지 통신하는 데 이전에 사용됩니다.

• Ground wave propagation− 지상파 전파는 최대 30MHz의 주파수에 적합합니다. 이 의사 소통 방법은 지구의 대류권 조건을 사용합니다.

• Sky wave propagation − 이러한 유형의 통신에 적합한 대역폭은 일반적으로 30 ~ 40MHz 사이이며 지구의 전리층 특성을 사용합니다.

최대 홉 또는 스테이션 거리는 지상파 전파와 하늘 파 전파 모두에서 1500KM으로 제한됩니다. 위성 통신은 이러한 한계를 극복합니다. 이 방법에서 위성은communication for long distances, 시선을 훨씬 벗어납니다.

위성이 지구 위의 특정 높이에 위치하기 때문에 위성을 통해 두 개의 지구국간에 통신이 쉽게 이루어집니다. 따라서 지구의 곡률로 인한 두 지구국 간의 통신 한계를 극복했습니다.

위성의 작동 원리

ㅏ satellite특정 경로에서 다른 몸 주위를 움직이는 몸입니다. 통신 위성은 우주의 마이크로파 중계기 일뿐입니다. 인터넷 응용 프로그램과 함께 통신, 라디오 및 TV에 유용합니다.

ㅏ repeater수신 신호의 강도를 높이고 전송하는 회로입니다. 그러나이 중계기는transponder. 즉, 수신 된 신호에서 전송 된 신호의 주파수 대역을 변경합니다.

신호가 공간으로 전송되는 주파수를 다음과 같이 호출합니다. Uplink frequency. 마찬가지로 응답기가 신호를 보내는 주파수를 다음과 같이 호출합니다.Downlink frequency. 다음 그림은이 개념을 명확하게 보여줍니다.

채널을 통해 첫 번째 지구국에서 위성으로 신호를 전송하는 것을 uplink. 마찬가지로 위성에서 채널을 통해 두 번째 지구국으로의 신호 전송을 다음과 같이 호출합니다.downlink.

Uplink frequency첫 번째 지구국이 위성과 통신하는 주파수입니다. 위성 응답기는이 신호를 다른 주파수로 변환하여 두 번째 지구국으로 보냅니다. 이 주파수는Downlink frequency. 비슷한 방식으로 두 번째 지구국은 첫 번째 지구국과 통신 할 수 있습니다.

위성 통신의 과정은 지구국에서 시작됩니다. 여기에서 설치는 지구 주위를 도는 위성에서 신호를 송수신하도록 설계되었습니다. 지구국은 고전력, 고주파 (GHz 범위) 신호의 형태로 위성에 정보를 보냅니다.

위성은 신호를 수신하고 지구로 다시 전송하여 위성의 적용 범위에있는 다른 지구국에서 수신합니다. 위성footprint 위성으로부터 유용한 강도의 신호를 수신하는 영역입니다.

위성 통신의 장단점

이 섹션에서는 위성 통신의 장단점을 살펴 보겠습니다.

다음은 advantages 위성 통신 사용 :

• 커버리지 영역은 지상파 시스템보다 큽니다.

• 지구의 모든 구석을 덮을 수 있습니다

• 전송 비용은 커버리지 영역과 무관합니다.

• 더 많은 대역폭과 방송 가능성

다음은 disadvantages 위성 통신 사용-

• 위성을 궤도로 발사하는 것은 비용이 많이 드는 과정입니다.

• 위성 시스템의 전파 지연은 기존의 지상 시스템보다 더 많습니다.

• 위성 시스템에 문제가 발생하면 수리 활동을 제공하기 어렵습니다.

• 여유 공간 손실이 더 많습니다

• 주파수 혼잡이있을 수 있습니다.

위성 통신의 응용

위성 통신은 일상 생활에서 중요한 역할을합니다. 다음은 위성 통신의 응용 프로그램입니다-

• 라디오 방송 및 음성 통신

• Direct To Home (DTH)과 같은 TV 방송

• 데이터 전송, GPS 애플리케이션, 인터넷 서핑 등을위한 인터넷 연결 제공과 같은 인터넷 애플리케이션

• 군사 애플리케이션 및 내비게이션

• 원격 감지 애플리케이션

• 기상 상태 모니터링 및 예측

우리는 지구를 도는 위성의 경로가 orbit. 이 경로는 수학적 표기법으로 나타낼 수 있습니다. 궤도 역학은 궤도에 존재하는 위성의 움직임에 대한 연구입니다. 따라서 우리는 궤도 운동에 대한 지식으로 우주 작업을 쉽게 이해할 수 있습니다.

궤도 요소

궤도 요소는 매개 변수로, 위성의 궤도 운동을 설명하는 데 도움이됩니다. 다음은orbital elements.

• 준 장축
• Eccentricity
• 평균 이상
• 근지점의 주장
• Inclination
• 오름차순 노드의 적경

위의 6 개의 궤도 요소는 지구 위성의 궤도를 정의합니다. 따라서 궤도 요소의 값에 따라 하나의 위성을 다른 위성과 구별하기 쉽습니다.

준 장축

길이 Semi-major axis (a)위성의 궤도 크기를 정의합니다. 장축의 절반입니다. 이것은 중심에서 초점을 통해 타원의 가장자리까지 이어집니다. 따라서 그것은 궤도에서 가장 먼 두 지점에서 궤도의 반경입니다.

준 장축과 준 단축은 위 그림에 표시되어 있습니다. 세미 길이major axis (a) 위성의 궤도 크기뿐만 아니라 회전 시간도 결정합니다.

원형 궤도가 특별한 경우로 간주되면 반장 축의 길이는 다음과 같습니다. radius 그 원형 궤도의.

이심률

의 가치 Eccentricity (e)위성의 궤도 모양을 수정합니다. 이 매개 변수는 완벽한 원에서 궤도 모양의 편차를 나타냅니다.

타원 궤도의 준 장축과 준 단축의 길이가 a & b 인 경우에 대한 수학 식 eccentricity (e) 될거야

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

원형 궤도의 편심 값은 다음과 같습니다. zero, a와 b가 모두 같기 때문입니다. 반면 타원 궤도의 편심 값은 0과 1 사이에 있습니다.

다음과 같은 figure 서로 다른 편심 (e) 값에 대한 다양한 위성 궤도를 보여줍니다.

위 그림에서 편심 (e) 값 0에 해당하는 위성 궤도는 원형 궤도입니다. 그리고 나머지 3 개의 위성 궤도는 편심 (e) 값 0.5, 0.75 및 0.9에 해당하는 타원형입니다.

평균 이상

위성의 경우 지구에서 가장 가까운 지점을 Perigee라고합니다. Mean anomaly (M)은 근지를 기준으로 위성의 각도 위치 평균값을 제공합니다.

궤도가 원형이면 평균 이상은 궤도에서 위성의 각도 위치를 제공합니다. 그러나 궤도가 타원형이라면 정확한 위치 계산이 매우 어렵습니다. 이때 평균 이상은 중간 단계로 사용됩니다.

Perigee의 주장

위성 궤도는 적도면을 두 지점에서 자릅니다. 첫 번째 포인트는descending node, 위성이 북반구에서 남반구로 이동하는 곳. 두 번째 포인트는ascending node, 위성이 남반구에서 북반구로 이동하는 곳.

Argument of perigee (ω)오름차순 노드와 근점 사이의 각도입니다. 근지점과 오름차순 노드가 모두 같은 지점에 있으면 근지점의 인수는 0 도가됩니다.

근지점의 인수는 위성 운동 방향으로 지구 중심의 궤도면에서 측정됩니다.

기울기

궤도면과 지구의 적도면 사이의 각도는 다음과 같이 알려져 있습니다. inclination (i). 그것은 방향이 동쪽에서 북쪽으로 오름차순 노드에서 측정됩니다. 따라서 기울기는 지구의 적도를 기준으로 고려하여 궤도의 방향을 정의합니다.

경사각에 따라 네 가지 유형의 궤도가 있습니다.

• Equatorial orbit − 경사각은 0도 또는 180 도입니다.

• Polar orbit − 경사각은 90 도입니다.

• Prograde orbit − 경사각은 0도에서 90도 사이입니다.

• Retrograde orbit − 경사각은 90도에서 180도 사이입니다.

오름차순 노드의 적경

우리는 알고 있습니다 ascending node 위성이 남반구에서 북반구로 이동하면서 적도면을 가로 지르는 지점입니다.

오름차순 노드의 적경 (Ω)양자리의 선과 적도면에서 동쪽 방향을 향한 상승 노드 사이의 각도입니다. 양자리는 춘분과 춘분이라고도합니다.

위성 ground track궤도 바로 아래에있는 지구 표면의 경로입니다. 위성의 지상 트랙은 궤도 요소의 값에 따라 다양한 형태를 취할 수 있습니다.

궤도 방정식

이 섹션에서는 궤도 운동과 관련된 방정식에 대해 논의하겠습니다.

위성에 작용하는 힘

위성은 지구 주위를 공전 할 때 지구의 중력으로 인해 지구에서 당기는 힘을받습니다. 이 힘은Centripetal force(F ₁ )이 힘은 위성을 향하게하기 때문입니다.

수학적으로 Centripetal force(F ₁ ) 지구로 인해 위성에 작용하는 것은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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

어디,

• G만유 중력 상수이고 6.673 x 10 ^-11 N ∙ m ² / kg ² 입니다.

• M지구의 질량이며 5.98 x 10 ²⁴ Kg와 같습니다.

• m 위성의 질량입니다.

• R 위성에서 지구 중심까지의 거리입니다.

위성은 지구 주위를 공전 할 때 중력으로 인해 태양과 달에서 당기는 힘을받습니다. 이 힘은Centrifugal force(F ₂ )이 힘은 위성을 지구에서 멀어지게하기 때문입니다.

수학적으로 Centrifugal force(F ₂ ) 위성에서 작동하는 것은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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

어디, v 위성의 궤도 속도입니다.

궤도 속도

위성의 궤도 속도는 위성이 지구 주위를 공전하는 속도입니다. 구심력과 원심력이 모두 존재할 때 위성은 궤도에서 벗어나지 않고 해당 궤도에서 특정 속도로 이동합니다.balance 서로.

그래서, equate구심력 (F ₁ ) 및 원심력 (F ₂ ).

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

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

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

따라서 orbital velocity 위성의

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

어디,

• G중력 상수이고 6.673 x 10 ^-11 N ∙ m ² / kg ² 입니다.

• M지구의 질량이며 5.98 x 10 ²⁴ Kg와 같습니다.

• R 위성에서 지구 중심까지의 거리입니다.

그래서, 궤도 속도는 주로 depends G & M은 상수이기 때문에 위성에서 지구 중심까지의 거리 (R).

우리는 위성이 지구를 중심으로 회전한다는 것을 알고 있습니다. 지구가 태양을 중심으로 회전하는 것과 비슷합니다. 따라서 지구에 적용되는 원리와 태양 주위의 움직임은 위성과 지구 주위의 움직임에도 적용됩니다.

많은 과학자들이 초기부터 다양한 유형의 이론을 제시했습니다. 하지만Johannes Kepler (1571-1630)은 지구 주위를 움직이는 위성의 원리를 설명하는 데 가장 인정받는 과학자 중 한 명이었습니다.

케플러는 전체 위성 통신 이론과 관측을 바꾼 세 가지 법칙을 공식화했습니다. 이것들은 널리 알려져 있습니다.Kepler’s laws. 이것은 공간을 통한 움직임을 시각화하는 데 도움이됩니다.

케플러의 첫 번째 법칙

케플러의 첫 번째 법칙은 주 (지구) 주변의 위성이 따르는 경로는 ellipse. 이 타원에는 아래 그림과 같이 두 개의 초점 (초점) F1과 F2가 있습니다. 지구의 질량 중심은 항상 타원의 두 초점 중 하나에 표시됩니다.

객체의 중심에서 타원 경로의 한 점까지의 거리를 고려하면 중심에서 타원의 가장 먼 점을 다음과 같이 호출합니다. apogee 그리고 중심에서 타원의 가장 짧은 점은 perigee.

Eccentricity "e" 이 시스템의 다음과 같이 쓸 수 있습니다-

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

어디, a & b 타원의 반 장축 및 반 단축의 길이입니다.

에 대한 elliptical path, 편심 (e)의 값은 항상 0과 1 사이에 있습니다. 즉 $0$ < $e$ < $1$, a가 b보다 크기 때문입니다. 편심 (e) 값이 0이면 경로가 더 이상 타원형이 아니라 원형으로 변환된다고 가정합니다.

케플러의 제 2 법칙

케플러의 두 번째 법칙은 동일한 시간 간격에 대해 area위성에 의해 커버되는 것은 지구의 질량 중심에 대해 동일합니다. 이것은 다음 그림을 살펴보면 이해할 수 있습니다.

위성이 동일한 시간 간격으로 p1 및 p2 거리를 커버한다고 가정합니다. 그러면이 두 인스턴스에서 위성이 커버하는 영역 B1과 B2는 동일합니다.

케플러의 제 3 법칙

케플러의 세 번째 법칙에 따르면 타원 궤도의 주기적 시간의 제곱은 반장 축 길이의 큐브에 비례합니다. Mathematically, 다음과 같이 쓸 수 있습니다-

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

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

어디, $\frac{4\pi^2}{\mu}$ 비례 상수입니다.

$\mu$케플러 상수이고 그 값은 3.986005 x 10 ¹⁴ m ³ / sec ^2입니다.

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

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

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

어디, ‘n’ 초당 라디안 단위의 위성 평균 움직임입니다.

Note− 위성은 지구 주위를 회전 할 때 중력 인 지구에서 당기는 힘을받습니다. 마찬가지로 태양과 달에서 또 다른 당기는 힘을 경험합니다. 따라서 위성은 궤도를 유지하기 위해이 두 힘의 균형을 맞춰야합니다.

위성은 우주에서 떠난 후 해당 궤도에 올바르게 배치되어야합니다. 그것은 특정 방식으로 회전하며 과학, 군사 또는 상업적 목적을 달성합니다. 지구와 관련하여 위성에 할당 된 궤도는Earth Orbits. 그 궤도에 존재하는 위성은Earth Orbit Satellites.

우리는 요구 사항에 따라 위성에 적합한 궤도를 선택해야합니다. 예를 들어 위성이lower orbit, 그러면 지구를 여행하는 데 시간이 덜 걸리고 온보드 카메라에서 더 나은 해상도를 얻을 수 있습니다. 마찬가지로 위성이higher orbit, 그러면 지구 주위를 여행하는 데 더 많은 시간이 걸리고 한 번에 더 많은 지구 표면을 덮습니다.

다음은 중요한 세 가지입니다. types of Earth Orbit satellites −

• 지구 동기 지구 궤도 위성
• 중 궤도 위성
• 저궤도 위성

이제 각 유형의 지구 궤도 위성에 대해 하나씩 논의하겠습니다.

지구 동기 지구 궤도 위성

지리 동기 지구 궤도 (GEO) Satellite 하나의 고도에 배치됩니다 22,300지구 위의 마일. 이 궤도는 실제 측면과 동기화됩니다 (즉, 23 시간 56 분). 이 궤도는 경사와 편심을 가질 수 있습니다.

원형이 아닐 수 있습니다. 이 궤도는 지구의 극에서 기울어 질 수 있습니다. 그러나 지구에서 관찰하면 정지 된 것처럼 보입니다. 이 위성은 위성 텔레비전에 사용됩니다.

동일한 지리 동기 궤도가 원형이고 적도면에 있으면 다음과 같이 호출됩니다. Geostationary orbit. 이 위성은 지구 적도 위 35,900km (지상 동기식과 동일)에 배치되며 지구 방향 (서쪽에서 동쪽으로)에 대해 계속 회전합니다.

이 궤도에 존재하는 위성은 지구와 같은 각속도를 가지고 있습니다. 따라서 이러한 위성은 다음과 같이 간주됩니다.stationary 지구와 관련하여, 이것들은 지구의 자전과 동기화되어 있기 때문입니다.

그만큼 advantage 정지 궤도는 위성의 위치를 ​​찾기 위해 안테나를 추적 할 필요가 없다는 것입니다.

정지 지구 궤도 위성은 일기 예보, 위성 TV, 위성 라디오 및 기타 유형의 글로벌 통신에 사용됩니다.

다음 그림은 지구 동기 궤도와 정지 궤도의 차이점을 보여줍니다. 회전축은 지구의 움직임을 나타냅니다.

Note− 모든 정지 궤도는 지구 동기 궤도입니다. 그러나 그 반대가 사실 일 필요는 없습니다.

중 궤도 위성

중간 지구 궤도 (MEO) 위성은 약 8000 miles지구 표면에서. MEO 위성에서 전송 된 신호는 더 짧은 거리를 이동합니다. 이로 인해 수신단의 신호 강도가 향상됩니다. 이것은 수신단에서 더 작고 가벼운 수신 터미널을 사용할 수 있음을 보여줍니다.

Transmission delay신호가 위성으로 이동했다가 수신 스테이션으로 다시 내려 오는 데 걸리는 시간으로 정의 할 수 있습니다. 이 경우 전송 지연이 적습니다. 왜냐하면 신호는 MEO 위성에서 더 짧은 거리를 이동하기 때문입니다.

에 대한 real-time communications, 전송 지연이 짧을수록 통신 시스템이 더 좋습니다. 예를 들어, GEO 위성이 왕복에 0.25 초를 필요로하는 경우 MEO 위성은 동일한 이동을 완료하는 데 0.1 초 미만이 필요합니다. MEO는 2GHz 이상의 주파수 범위에서 작동합니다.

이 위성은 고속 전화 신호에 사용됩니다. 지구 전체를 커버하려면 10 개 이상의 MEO 위성이 필요합니다.

저궤도 위성

낮은 지구 궤도 LEO)위성은 주로 세 가지 범주로 분류됩니다. 그것들은 작은 LEO, 큰 LEO, Mega-LEO입니다. LEO는 다음 거리에서 공전합니다.500 to 1000 miles지구 표면 위. 이 위성은 위성 전화 및 GPS에 사용됩니다.

이 비교적 짧은 거리는 전송 지연을 0.05 초로 줄입니다. 이는 민감하고 부피가 큰 수신 장비의 필요성을 더욱 줄여줍니다. 지구 전체를 커버하려면 20 개 이상의 LEO 위성이 필요합니다.

Little LEO는 800MHz (0.8GHz) 범위에서 작동합니다. Big LEO는 2GHz 이상 범위에서 작동하고 Mega-LEO는 20-30GHz 범위에서 작동합니다.

관련된 더 높은 주파수 Mega-LEOs 더 많은 정보 전달 용량으로 변환되고 실시간 저 지연 비디오 전송 체계의 기능을 제공합니다.

다음과 같은 figure LEO, MEO 및 GEO의 경로를 묘사합니다.

궤도 슬롯

여기에서 질문이 발생할 수 있습니다. 200 satellites 정지 궤도에있는 경우 어떻게 서로 충돌하거나 우주에서 동일한 위치를 사용하지 못하도록 할 수 있습니까?

이 문제 (질문)에 답하기 위해 국제 전기 통신 연합과 같은 국제 규제 기관은 (ITU) 연방 통신위원회와 같은 중앙 정부 기관 (FCC) 통신 위성이 위치 할 수있는 정지 궤도상의 위치를 ​​지정합니다.

이러한 위치는 경도로 지정되며 다음과 같이 호출됩니다. orbital slots. FCC와 ITU는 궤도 슬롯에 대한 막대한 수요로 인해 C 대역 및 Ku 대역 위성에 필요한 간격을 2도까지 점차적으로 줄였습니다.

지구국이 위성 바로 아래에있는 경우 최대 신호 레벨을 수신합니다. 그렇지 않으면 최대 신호 레벨을 수신하지 못하고 지구국의 위도와 경도의 차이가 증가함에 따라 신호 레벨이 감소합니다.

따라서 요구 사항에 따라 위성을 특정 궤도에 배치 할 수 있습니다. 이제 룩 앵글에 대해 논의하겠습니다.

보기 각도

함께 결합 된 다음 두 가지 각도의 지구국 안테나를 look angles.

• 방위각
• 고도 각도

일반적으로 이러한 각도의 값은 비 정지 궤도에 대해 변경됩니다. 반면 정지 궤도에서는 이러한 각도의 값이 변경되지 않습니다. 왜냐하면 정지 궤도에 존재하는 위성은 지구에 대해 정지 된 것처럼 보이기 때문입니다.

이 두 각도는 지구국 안테나에서 직접 위성을 가리키는 데 유용합니다. 그래서maximum gain 지구국 안테나의 위성을 향할 수 있습니다.

우리는 할 수 있습니다 calculate 지구국의 경도와 위도 및 위성 궤도의 위치를 ​​이용하여 정지 궤도의 시야각.

방위각

국부 수평면과 지구국, 위성 및 지구 중심을 통과하는면 사이의 각도를 azimuth angle.

그만큼 formula 방위각 ($\alpha$)은

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

어디,

• L 지구국 안테나의 위도입니다.

• G 위성 궤도와 지구국 ​​안테나의 위치 차이입니다.

다음과 같은 figure 방위각을 보여줍니다.

측정 horizontal angle그림과 같이 지구국 안테나에서 북극으로. 방위각을 나타냅니다. 위성을 수평으로 추적하는 데 사용됩니다.

고도 각도

수직면과 위성을 가리키는 선 사이의 각도를 고도 각이라고합니다. 수직면은 수평면에 수직 인 평면 일뿐입니다.

그만큼 formula 고도 각도 ($\beta$)은

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

위의 공식을 사용하여 고도 각을 계산할 수 있습니다. 다음과 같은figure 표고 각도를 보여줍니다.

측정 vertical angle그림과 같이 지상국 안테나에서 지상에서 위성으로. 고도 각을 나타냅니다.

궤도 섭동

다음은 중력 및 비중력 힘 또는 매개 변수로 인한 궤도 섭동입니다.

• 불균일 한 질량 분포로 인한 지구 주변의 불규칙한 중력. 지구의 자기장 역시 궤도 섭동을 일으 킵니다.

• 주요 외부 섭동은 태양과 달에서 발생합니다. 위성이 이러한 외부 물체에 가까우면 더 강한 중력을받습니다.

• 저궤도 위성은 원자 및 이온과의 충돌로 인한 마찰로 인해 영향을받습니다.

• 태양 복사 압력은 대형 태양열 어레이를 사용하는 대형 GEO 위성에 영향을 미칩니다.

• 안테나의 RF 방사로 인해 자체 생성 된 토크 및 압력.

대부분의 위성은 propulsion subsystem 적절한 회전축 방향을 유지하고 섭 동력에 대해 위성의 고도를 제어하기 위해

위성은 대부분의 시간 동안 우주에 머물러 있습니다. 우리는 무중력의 환경이 공간에 존재한다는 것을 알고 있습니다. 이것이 위성이 우주에서 추가로 강력한 프레임을 필요로하지 않는 이유입니다. 그러나 이는 시작 프로세스 중에 필요합니다. 그 과정에서 위성이 심하게 흔들 리기 때문에 위성이 적절한 궤도에 놓일 때까지.

그만큼 design of satellites 위성을 궤도에 배치하려면 하나 이상의 발사체와 호환되어야합니다.

우리는 혁명의 시대가 더 높을 것이라는 것을 알고 있습니다. apogee케플러의 제 2 법칙에 따른 고도. 정지 궤도의주기는 거의 16 시간과 같습니다. 만약perigee GEO 고도 (약 36,000km)로 증가하면 회전 시간이 24 시간으로 증가합니다.

위성 발사

위성을 적절한 궤도에 배치하는 과정은 launching process. 이 과정에서 지구국에서 우리는 위성의 작동을 제어 할 수 있습니다. 주로 위성 발사에는 4 단계가 있습니다.

• First Stage − 발사체의 1 단계에는 지상에서 발사체와 함께 위성을 들어 올리기위한 로켓과 연료가 들어 있습니다.

• Second Stage− 발사체의 두 번째 단계에는 더 작은 로켓이 들어 있습니다. 이들은 첫 번째 단계가 완료된 후 점화됩니다. 그들은 위성을 우주로 보내기 위해 자체 연료 탱크를 가지고 있습니다.

• Third Stage− 발사체의 세 번째 (상단) 단계는 위성 페어링에 연결됩니다. 이 페어링은 위성을 포함하고 위성을 보호하는 금속 실드입니다.

• Fourth Stage− 위성이 지구 대기권 밖으로 도달하면 발사체 상단에서 분리됩니다. 그런 다음 위성은 "이동 궤도"로 이동합니다. 이 궤도는 위성을 더 높은 공간으로 보냅니다.

위성이 원하는 궤도 높이에 도달하면 태양 전지판 및 통신 안테나와 같은 하위 시스템이 펼쳐집니다. 그런 다음 위성은 다른 위성과 함께 궤도에 위치합니다. 이제 위성은services 대중에게.

위성 발사체

위성 발사체는 요구 사항에 따라 위성을 특정 궤도로 발사합니다. 위성 발사체는 다단계 로켓에 불과합니다. 다음은two types 위성 발사체의.

• 소모성 발사체 (ELV)
• 재사용 가능한 발사체 (RLV)

소모성 발사체

소모성 발사체 (ELV)는 위성을 우주에 떠난 후 파괴됩니다. 다음 이미지는 ELV의 모양을 보여줍니다.

ELV에는 세 단계가 있습니다. ELV의 첫 번째 단계와 두 번째 단계는 위성을 약 50 마일과 100 마일까지 올립니다. ELV의 세 번째 단계는 위성을 이동 궤도에 놓습니다. 임무ELV 위성이 궤도를 이동하기 위해 도달하면 예비 부품이 지구로 떨어질 것입니다.

재사용 가능한 발사체

재사용 가능한 발사체 (RLV) 사용 가능 multiple times위성 발사를 위해. 일반적으로 이러한 유형의 발사체는 위성을 우주에 떠난 후 지구로 돌아갑니다.

다음 이미지는 재사용 가능한 발사체를 보여줍니다. 그것은 또한 알려져 있습니다space shuttle.

기능 space shuttleELV의 첫 번째 및 두 번째 단계의 기능과 유사합니다. 세 번째 단계의 우주 왕복선과 함께 위성이 화물칸에 장착됩니다. 우주 왕복선이 150 ~ 200 마일 고도에 도달하면 화물칸에서 배출됩니다.

그런 다음 우주 왕복선의 세 번째 단계가 발사되어 위성을 이동 궤도에 놓습니다. 그 후 우주 왕복선은 지구로 돌아와reuse.

위성 통신 시스템에서는 다양한 작업이 수행됩니다. 그중 주요 작업은 궤도 제어, 위성 고도, 다른 하위 시스템의 모니터링 및 제어입니다.

위성 통신은 주로 두 가지로 구성됩니다. segments. 그것들은 우주 세그먼트와 지구 세그먼트입니다. 따라서 공간 세그먼트 하위 시스템과 지구 세그먼트 하위 시스템이라는 두 가지 유형의 하위 시스템이 있습니다. 다음과 같은figure 이 개념을 설명합니다.

그림과 같이 communication 통신 링크를 통해 우주 세그먼트 하위 시스템과 지구 세그먼트 하위 시스템간에 발생합니다.

공간 세그먼트 하위 시스템

공간 세그먼트에있는 서브 시스템을 공간 세그먼트 서브 시스템이라고합니다. 다음은space segment subsystems.

• AOC 하위 시스템
• TTCM 하위 시스템
• 전력 및 안테나 하위 시스템
• Transponders

지구 세그먼트 하위 시스템

지상 세그먼트에있는 하위 시스템은 사용자 간의 통신을 제공하기 위해 위성 중계기에 액세스 할 수 있습니다. Earth segment 지상 세그먼트라고도합니다.

지구 세그먼트는 주로 두 가지 기능을 수행합니다. 그것들은 위성으로 신호를 전송하고 위성에서 신호를 수신하는 것입니다.Earth stations 지구 세그먼트에 존재하는 주요 하위 시스템입니다.

우리는 다음 장에서 우주 세그먼트와 지구 세그먼트의 모든 하위 시스템에 대해 논의 할 것입니다.

우리는 위성이 태양, 달 및 다른 행성의 중력으로 인해 궤도에서 벗어날 수 있음을 알고 있습니다. 이 힘은 위성이 지구 주위를 이동하기 때문에 24 시간 동안 주기적으로 변합니다.

고도 및 궤도 제어 (AOC)하위 시스템은 로켓 모터로 구성되며, 위성이 각 궤도에서 이탈 할 때마다 오른쪽 궤도에 위성을 배치 할 수 있습니다. AOC 하위 시스템은 좁은 빔 유형의 안테나가 지구를 향하도록하는 데 유용합니다.

이 AOC 하위 시스템을 다음과 같이 만들 수 있습니다. two parts.

• 고도 제어 하위 시스템
• 궤도 제어 하위 시스템

이제이 두 하위 시스템에 대해 하나씩 살펴 보겠습니다.

고도 제어 하위 시스템

고도 제어 하위 시스템은 각 궤도에서 위성의 방향을 관리합니다. 다음은two methods 궤도에 존재하는 위성을 안정되게 만드는 것입니다.

• 위성 회전
• 3 축 방식

위성 회전

이 방법에서는 위성의 몸체가 spin axis. 일반적으로 자이로 스코프 형태의 힘을 발생시키기 위해 30 ~ 100rpm으로 회전 할 수 있습니다. 이로 인해 스핀 축이 안정화되고 위성이 같은 방향을 가리 킵니다. 이 유형의 위성은 다음과 같이 호출됩니다.spinners.

스피너에는 원통형 모양의 드럼이 있습니다. 이 드럼은 태양 전지로 덮여 있습니다. 이 드럼에는 동력 시스템과 로켓이 있습니다.

통신 하위 시스템은 드럼 위에 배치됩니다. 전기 모터가이 통신 시스템을 구동합니다. 이 모터의 방향은 위성 본체의 회전과 반대이므로 안테나가 지구를 향합니다. 이런 종류의 작업을 수행하는 위성을de-spin.

발사 단계에서 위성은 spins작은 방사형 가스 제트가 작동 할 때. 그 후de-spin 시스템은 TTCM 서브 시스템 안테나가 지구국을 향하도록하기 위해 작동합니다.

3 축 방법

이 방법에서는 하나 이상의 운동량 바퀴를 사용하여 위성을 안정화 할 수 있습니다. 이 메서드는 다음과 같이 호출됩니다.three-axis method. 이 방법의 장점은 세 개의 축에서 위성의 방향이 제어되고 위성의 본체를 회전 할 필요가 없다는 것입니다.

이 방법에서 다음은 three axes 고려됩니다.

• Roll axis 위성이 궤도면에서 움직이는 방향으로 간주됩니다.

• Yaw axis 지구 방향으로 간주됩니다.

• Pitch axis 궤도면에 수직 인 방향으로 간주됩니다.

이 세 축은 아래와 같습니다. figure.

X _R , Y _R 및 Z _R 을 각각 롤 축, 요 축 및 피치 축이라고합니다. 이 세 축은 위성의 위치를 ​​다음과 같이 고려하여 정의됩니다.reference. 이 세 축은 위성의 고도를 정의합니다.

X, Y 및 Z가 또 다른 데카르트 축 집합이라고합시다. 이 세 축 세트는 기준 축에 대한 위성의 방향에 대한 정보를 제공합니다. 위성의 고도가 변경되면 각 축 사이의 각도가 변경됩니다.

이 방법에서 각 축에는 두 개의 가스 제트가 포함됩니다. 세 축의 양방향 회전을 제공합니다.

• 그만큼 first gas jet 특정 축 방향으로 위성의 움직임이 필요한 경우 일정 시간 동안 작동됩니다.

• 그만큼 second gas jet위성이 원하는 위치에 도달하면 같은 시간 동안 작동됩니다. 따라서 두 번째 가스 제트는 해당 축 방향으로 위성의 움직임을 멈 춥니 다.

궤도 제어 하위 시스템

궤도 제어 하위 시스템은 위성이 궤도에서 벗어날 때마다 위성을 올바른 궤도로 가져 오는 데 유용합니다.

지구국에있는 TTCM 하위 시스템은 위성의 위치를 ​​모니터링합니다. 위성 궤도에 변화가 있으면 수정에 관한 신호를 궤도 제어 하위 시스템으로 보냅니다. 그런 다음 위성을 올바른 궤도로 가져옴으로써 문제를 해결할 것입니다.

이런 식으로 AOC subsystem 우주에서 위성의 전체 수명 동안 오른쪽 궤도와 오른쪽 고도에서 위성 위치를 관리합니다.

원격 측정, 추적, 명령 및 모니터링 (TTCM)하위 시스템은 위성 및 지구국 모두에 있습니다. 일반적으로 위성은 센서를 통해 데이터를 가져옵니다. 따라서 위성에있는 원격 측정 하위 시스템은이 데이터를 지구국으로 보냅니다. 따라서 TTCM 하위 시스템은 통신 위성이 성공적으로 작동하기 위해 매우 필요합니다.

위성을 적절한 궤도에 배치 한 후 수명 동안 위성을 제어하는 ​​것은 위성 운영자의 책임입니다. 이것은 다음의 도움으로 수행 될 수 있습니다.TTCM subsystem.

이 TTCM 하위 시스템을 다음과 같이 만들 수 있습니다. three parts.

• 원격 측정 및 모니터링 하위 시스템
• 하위 시스템 추적
• 명령 하위 시스템

원격 측정 및 모니터링 하위 시스템

단어 ‘Telemetry’거리 측정을 의미합니다. 주로 'Telemetry'에서 다음과 같은 작업이 수행됩니다.

• 측정 할 양에 비례하는 전기 신호 생성.

• 전기 신호를 인코딩합니다.

• 이 코드를 먼 거리로 전송합니다.

Telemetry subsystem 위성에 존재하는 것은 주로 두 가지 기능을 수행합니다-

• 센서에서 데이터 수신
• 그 데이터를 지구국으로 전송합니다.

위성에는 다양한 하위 시스템의 압력, 온도, 상태 등과 같은 다양한 매개 변수를 모니터링하기위한 몇 개의 센서가 있습니다. 일반적으로 원격 측정 데이터는 FSK 또는 PSK로 전송됩니다.

원격 측정 하위 시스템은 원격 제어 시스템입니다. 위성에서 지구국으로 모니터링 데이터를 전송합니다. 일반적으로telemetry signals 고도, 환경 및 위성과 관련된 정보를 전달합니다.

하위 시스템 추적

추적 하위 시스템은 위성의 위치와 현재 궤도를 아는 데 유용합니다. 위성 관제 센터(SCC)원격 분석 다운 링크를 사용하여 공간 세그먼트 하위 시스템의 작동 및 상태를 모니터링합니다. 그리고 명령 업 링크를 사용하여 해당 하위 시스템을 제어합니다.

우리는 tracking subsystem지구국에도 존재합니다. 주로 위성의 범위와보기 각도에 중점을 둡니다. 위성을 추적하기 위해 사용하는 기술의 수입니다. 에 대한example, 위성에 존재하는 속도 및 가속도 센서에서 얻은 데이터를 사용하여 위성의 궤도 위치 변화를 식별 할 수 있습니다.

그만큼 tracking subsystem지구국에 존재하는 위성은 발사체의 마지막 단계에서 해제 될 때 위성을 계속 추적합니다. 초기 궤도에서 위성의 위치 찾기 및 궤도 이동과 같은 기능을 수행합니다.

명령 하위 시스템

위성을 궤도에서 발사하고 그 궤도에서 작동하려면 명령 하위 시스템이 필요합니다. 이 하위 시스템은 해당 값에 편차가있을 때마다 위성의 고도와 궤도를 조정합니다. 또한 통신 하위 시스템을 제어합니다. 이commanding subsystem 원격 측정 및 추적 하위 시스템에서 얻은 데이터를 기반으로 위성에있는 다른 하위 시스템의 켜기 / 끄기를 담당합니다.

일반적으로 제어 코드는 명령어로 변환됩니다. 이 명령어는TDM frames. 처음에는 위성에서 명령어의 유효성을 확인합니다. 이 명령어는 지구국으로 다시 보낼 수 있습니다. 여기서는 이러한 명령 단어를 다시 한 번 확인합니다.

지구국이 동일한 (올바른) 명령 단어를 수신하면 위성에 실행 명령을 보냅니다. 따라서 해당 명령을 실행합니다.

기능면에서 Telemetry 하위 시스템과 명령 하위 시스템은 서로 반대입니다. 이후 첫 번째는 위성의 정보를 지구국으로 전송하고 두 번째는 지구국에서 명령 신호를 수신합니다.

이 장에서는 다음에 대해 논의하겠습니다. Power systems 위성의 다양한 하위 시스템이 전력을 얻고 Antenna subsystems 하나씩.

전력 시스템

우리는 궤도에 존재하는 위성이 수명 동안 지속적으로 작동해야한다는 것을 알고 있습니다. 따라서 위성에 존재하는 다양한 전자 시스템과 통신 페이로드를 작동하려면 내부 전원이 필요합니다.

Power system위성 작업에 필요한 전력을 제공하는 중요한 하위 시스템입니다. 주로 태양 전지 (또는 패널)와 충전식 배터리가 이러한 시스템에 사용됩니다.

태양 전지

기본적으로 solar cells입사광으로부터 전력 (전류)을 생산합니다. 따라서 태양 전지는 주로 다른 위성 하위 시스템에 전력을 공급하기 위해 사용됩니다.

우리는 개별 태양 전지가 매우 적은 전력을 생성한다는 것을 알고 있습니다. 따라서 더 많은 전력을 생성하기 위해 배열 형태로 존재하는 셀 그룹을 사용할 수 있습니다.

태양 광 어레이

두 가지가있다 types of solar arrays인공위성에서 사용되는 그것들은 원통형 태양 전지판과 직사각형 태양 전지판 또는 태양 돛입니다.

• Cylindrical solar arrays회전하는 인공위성에 사용됩니다. 원통형 배열의 일부만 주어진 시간에 햇빛 아래에 가려집니다. 이로 인해 전력이 부분 태양 전지판에서 생성됩니다. 이것이이 유형의 단점입니다.

• 원통형 태양열 어레이의 단점은 Solar sail. 이것은 태양 돛의 모든 태양 전지가 태양 빛에 노출되기 때문에 더 많은 전력을 생산합니다.

충전식 배터리

일식 시간에는 태양 광에서 힘을 얻는 것이 어렵습니다. 따라서 이러한 상황에서 다른 하위 시스템은rechargeable batteries. 이 배터리는 위성 발사 중에 다른 하위 시스템에 전력을 공급합니다.

일반적으로 이러한 배터리는 태양 광이있는 상태에서 태양 전지에 의해 생성되는 과전류로 인해 충전됩니다.

안테나 서브 시스템

안테나는 위성 및 지구국 모두에 있습니다. 이제 위성 안테나에 대해 논의하겠습니다.

위성 안테나는 two types기능의. 그들은 지구국에서 오는 신호를 수신하고 요구 사항에 따라 하나 이상의 지구국으로 신호를 전송합니다. 즉, 위성 안테나는 상향 링크 신호를 수신하고 하향 링크 신호를 전송한다.

우리는 위성 안테나의 길이가 작동 주파수에 반비례한다는 것을 알고 있습니다. 위성 안테나의 길이를 줄이려면 작동 주파수를 높여야합니다. 따라서 위성 안테나는 다음 순서로 작동합니다.GHz 주파수.

위성 안테나

위성에 사용되는 안테나를 위성 안테나라고합니다. 주로 네 가지가 있습니다types of Antennas. 그들은:

• 와이어 안테나
• 혼 안테나
• 어레이 안테나
• 반사체 안테나

이제 이러한 안테나에 대해 하나씩 논의하겠습니다.

와이어 안테나

와이어 안테나는 기본 안테나입니다. Mono pole 과 dipole antennas이 범주에 속합니다. 이들은 TTCM 하위 시스템에 대한 통신을 제공하기 위해 매우 높은 주파수에서 사용됩니다.

쌍극자로 사용되는 전체 와이어의 길이가 파장의 절반 (즉, l = λ / 2) 인 경우 이러한 안테나를 다음과 같이 호출합니다. half-wave dipole antenna.

Wire antennas액세스 범위를 커버하고 모든 방향에서 신호 강도를 제공하는 데 적합합니다. 즉, 와이어 안테나는 무 지향성 안테나입니다.

혼 안테나

끝에 구멍이있는 안테나는 Aperture antenna. 개구부가있는 송전선로의 가장자리는 에너지를 방출합니다. 조리개 인이 구멍은 조리개 안테나로 만듭니다.

Horn antenna조리개 안테나의 예입니다. 지구상의 더 많은 지역을 커버하기 위해 위성에서 사용됩니다.

혼 안테나는 microwave주파수 범위. 신호를 송수신하는 데 동일한 피드 혼을 사용할 수 있습니다. 이 두 신호를 분리하는 duplexer라는 장치.

어레이 안테나

안테나는 개별적으로 특정 방향으로 일정량의 에너지를 방출 할 수있을 때 더 나은 전송을 제공하고 더 적은 요소를 추가하면 더 효율적인 출력을 생성 할 수 있습니다. 바로이 아이디어로 인해Array Antennas또는 안테나 어레이. 어레이 안테나는 위성에서 단일 조리개에서 여러 빔을 형성하는 데 사용됩니다.

반사체 안테나

반사기 안테나는 특정 방향에서 더 많은 신호 강도를 갖는 빔을 생성하는 데 적합합니다. 즉, 이들은 고도의 지향성 안테나입니다. 그래서,Parabolic reflectors위성 통신 시스템에서 안테나의 이득을 증가시킵니다. 따라서 이들은 통신 및 방송에 사용됩니다.

Parabolic Reflector 안테나를 사용하는 경우 transmitting신호, 즉 피드의 신호는 쌍극자 또는 혼 안테나에서 나오며 파동을 포물선에 집중시킵니다. 즉, 파동이 초점에서 나와 Paraboloidal 반사판에 부딪칩니다. 이 파동은 이제 시준 파면으로 반사됩니다.

동일한 안테나를 사용하는 경우 receiver, 전자기파가 포물선 모양에 부딪히면 파동이 피드 포인트에 반사됩니다. 피드에서 수신기 안테나 역할을하는 쌍극자 또는 혼 안테나는이 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하고이를 수신기 회로로 전달합니다.

위성의 송신 및 수신 안테나 사이에 연결 링크를 제공하는 하위 시스템은 Transponder. 우주 세그먼트 서브 시스템의 가장 중요한 서브 시스템 중 하나입니다.

트랜스 폰더는 위성에서 송신기와 수신기 (응답기)의 기능을 모두 수행합니다. 따라서 'Transponder'라는 단어는 Transmitter라는 두 단어의 몇 글자를 결합하여 얻습니다.(Trans) 및 응답자 (ponder).

트랜스 폰더의 블록 다이어그램

트랜스 폰더는 주로 two functions. 이들은 수신 된 입력 신호를 증폭하고 그 주파수를 변환합니다. 일반적으로 전송 및 수신 신호 간의 간섭을 피하기 위해 업 링크 및 다운 링크 모두에 대해 서로 다른 주파수 값이 선택됩니다.

그만큼 block diagram 응답기의 수는 아래 그림과 같습니다.

블록 다이어그램 자체에서 트랜스 폰더의 작동을 쉽게 이해할 수 있습니다. 각 블록의 기능은 다음과 같습니다.

• Duplexer양방향 마이크로 웨이브 게이트입니다. 위성 안테나로부터 업 링크 신호를 수신하고 다운 링크 신호를 위성 안테나로 전송합니다.

• Low Noise Amplifier (LNA)는 약한 수신 신호를 증폭합니다.

• Carrier Processor수신 된 신호 (업 링크)의 주파수 하향 변환을 수행합니다. 이 블록은 응답기 유형을 결정합니다.

• Power Amplifier 주파수 하향 변환 된 신호 (하향 링크)의 전력을 필요한 수준으로 증폭합니다.

트랜스 폰더의 유형

기본적으로 two types응답기의. 벤트 파이프 트랜스 폰더와 재생 트랜스 폰더입니다.

벤트 파이프 트랜스 폰더

구부러진 파이프 응답기는 마이크로파 주파수 신호를 수신합니다. 입력 신호의 주파수를 RF 주파수로 변환하여 증폭합니다.

벤트 파이프 트랜스 폰더는 리피터라고도하며 conventional transponder. 아날로그 및 디지털 신호 모두에 적합합니다.

재생 트랜스 폰더

회생 트랜스 폰더는 벤트 파이프 트랜스 폰더의 기능을 수행합니다. 즉, 주파수 변환 및 증폭. 이 두 가지 기능 외에도, 회생 트랜스 폰더는 RF 반송파를베이스 밴드로 복조, 신호 재생 및 변조를 수행합니다.

재생 트랜스 폰더는 처리 트랜스 폰더라고도합니다. 디지털 신호에만 적합합니다. 메인advantages 의 재생 트랜스 폰더는 신호 대 잡음비 (SNR)를 개선하고 구현에 더 많은 유연성을 제공합니다.

그만큼 earth segment위성 통신 시스템은 주로 두 개의 지구국으로 구성됩니다. 그들은 지구국을 송신하고 지구국을 수신하고 있습니다.

전송 earth station정보 신호를 위성으로 전송합니다. 반면에 수신 지구국은 위성으로부터 정보 신호를 수신합니다. 때로는 동일한 지구국을 송신 및 수신 목적으로 사용할 수 있습니다.

일반적으로 지구국은 다음 형식 중 하나로 기저 대역 신호를 수신합니다. 아날로그 형식 또는 디지털 형식의 음성 신호 및 비디오 신호.

처음에 아날로그 변조 기술은 FM modulation아날로그 형식의 음성 및 비디오 신호를 모두 전송하는 데 사용됩니다. 나중에 디지털 변조 기술, 즉 주파수 편이 키잉(FSK) 및 위상 편이 키잉 (PSK)이러한 신호를 전송하는 데 사용됩니다. 왜냐하면 음성 및 비디오 신호는 아날로그에서 변환하여 디지털로 표현하는 데 사용되기 때문입니다.

지구국 블록 다이어그램

설계 Earth station지구국의 위치뿐만 아니라 다른 요인에도 의존합니다. 지구국의 위치는 육지, 해상 선박 및 항공기에있을 수 있습니다. 그에 따른 요인은 서비스 제공 유형, 주파수 대역 활용, 송신기, 수신기 및 안테나 특성입니다.

그만큼 block diagram 디지털 지구국의 모습은 아래 그림과 같습니다.

위의 그림에서 지구국의 작동을 쉽게 이해할 수 있습니다. 네 가지 전공이 있습니다subsystems지구 스테이션에 존재하는 그것들은 송신기, 수신기, 안테나 및 추적 하위 시스템입니다.

송신기

이진 (디지털) 정보는 지상파 네트워크에서 지구국의베이스 밴드 장비에 입력됩니다. Encoder 비트 오류율을 최소화하기 위해 오류 수정 비트를 포함합니다.

위성 통신에서 중간 주파수 (IF)대역폭이 36MHz 인 트랜스 폰더를 사용하여 70MHz로 선택할 수 있습니다. 마찬가지로 IF는 대역폭이 54MHz 또는 72MHz 인 트랜스 폰더를 사용하여 140MHz로 선택할 수도 있습니다.

업 컨버터는 변조 된 신호를 더 높은 주파수로 주파수 변환합니다. 이 신호는 고전력 증폭기를 사용하여 증폭됩니다. 지구국 안테나가이 신호를 전송합니다.

리시버

동안 reception, 지구국 안테나는 다운 링크 신호를 수신합니다. 이것은 낮은 레벨의 변조 된 RF 신호입니다. 일반적으로 수신 된 신호는 신호 강도가 낮습니다. 따라서이 신호를 증폭하기 위해 저잡음 증폭기(LNA)사용. 이로 인해 신호 대 잡음비 (SNR) 값이 개선되었습니다.

RF 신호는 down converted중간 주파수 (IF) 값으로 70 또는 140MHz입니다. 왜냐하면 이러한 중간 주파수에서 쉽게 복조 할 수 있기 때문입니다.

의 기능 decoder인코더와는 정반대입니다. 따라서 디코더는 오류 수정 비트를 제거하고 비트 위치가있는 경우 수정하여 오류없는 바이너리 정보를 생성합니다.

이 바이너리 정보는 추가 처리를 위해베이스 밴드 장비에 제공되고 지상 네트워크로 전달됩니다.

지구국 안테나

주요 부분 Earth station Antenna피드 시스템과 안테나 반사경입니다. 이 두 부분이 결합되어 전자파를 방출하거나 수신합니다. 피드 시스템은 상호 정리를 따르기 때문에 지구국 안테나는 전자기파를 송수신하는 데 모두 적합합니다.

Parabolic reflectors지구국에서 주 안테나로 사용됩니다. 이 반사경의 이득은 높습니다. 그들은 평행 빔을 피드 시스템이 위치한 초점 지점에 초점을 맞출 수 있습니다.

하위 시스템 추적

그만큼 Tracking subsystem위성을 추적하고 통신을 설정하기 위해 빔이 위성을 향해 오는지 확인합니다. 지구국에있는 추적 시스템은 주로two functions. 그것들은 위성 획득 및 위성 추적입니다. 이 추적은 다음 방법 중 하나로 수행 할 수 있습니다. 자동 추적, 수동 추적 및 프로그램 추적입니다.

이 장에서는 지구국의 두 가지 예에 대해 논의하겠습니다. Receive-only Home TV system 과 Community Antenna TV system.

홈 TV 시스템 만 수신

방송이 가정용 TV 수신기로 직접 이루어지면 해당 서비스 유형을 Direct Broadcast Satellite라고합니다. (DBS) 서비스.

메시 형 반사기를 사용하여 신호를 dual feed-horn. 두 개의 개별 출력이 있습니다. 한 출력에서 ​​C- 밴드 신호를 얻고 다른 출력에서 ​​Ku- 밴드 신호를 얻습니다.

텔레비전 프로그램은 대부분 1 세대 신호로 시작됩니다. 이러한 신호는 위성을 통해 C 대역의 네트워크 메인 엔드 스테이션으로 전송됩니다. 이러한 신호는 압축되어 디지털 형식으로 케이블 및 DBS 공급자에게 전송됩니다.

C-band 사용자는 유료 TV 채널을 구독 할 수 있습니다. 이러한 구독 서비스는cheaper 다중 소스 프로그래밍의 가용성 때문에 케이블과 비교할 때.

그만큼 block diagram DBS TV 수신기의 모습은 아래 그림과 같습니다.

실외기

실외기는 주로 다음으로 구성됩니다. receiving antenna 및 저잡음 변환기 (LNC). 저잡음 변환기 (LNC)는 저잡음 증폭기 (LNA)와 변환기를 결합한 것입니다. 수신 안테나는 LNC에 직접 공급됩니다.

일반적으로 parabolic reflector 빔의 더 많은 초점을 맞추기 위해 수신 혼 안테나와 함께 사용됩니다.

실내기

일반적으로 실내기에 공급되는 신호는 광대역 신호입니다. 이 신호의 주파수는 950MHz에서 1450MHz 사이입니다. 실내기에서이 신호는amplifier.

증폭 된 신호는 추적 필터와 다운 컨버터에 적용됩니다. 원하는 채널을 선택하고 주파수를Intermediate Frequency (IF) 70MHz.

IF amplifier제대로 복조하기 위해 신호 강도를 증폭합니다. 기저 대역 (복조) 신호는 VSSB (Verstigial Single Side Band) 신호를 생성하는 데 사용됩니다. 이 신호는 표준 TV 세트의 VHF / UHF 채널 중 하나로 공급됩니다.

주파수 변조 (FM)는 DBS TV에서 사용됩니다. 반면, 기존 TV에서는 VSSB 형태의 진폭 변조 (AM)가 사용됩니다. 이것이major difference DBS TV와 기존 TV 사이.

커뮤니티 안테나 TV 시스템

커뮤니티 안테나 TV (CATV)시스템은 단일 실외기 및 여러 피드를 사용합니다. 이러한 피드는 각 편광 감각에 대해 별도로 제공됩니다. 이로 인해 모든 채널은 실내 수신기에서 동시에 사용할 수 있습니다.

그만큼 block diagram CATV 시스템의 실내기의 모습은 아래 그림과 같습니다.

이 경우 각 사용자에게 별도의 수신기가 필요하지 않습니다. 왜냐하면 모든 반송파는 공통 수신기 필터 시스템에서 복조되기 때문입니다. 그 후 채널은 다중 신호로 결합됩니다. 이 신호는 케이블을 통해 가입자 (사용자)에게 전송됩니다.

위성 통신 시스템에는 두 가지 유형의 전력 계산이 있습니다. 그것들은 송신 전력과 수신 전력 계산입니다. 일반적으로 이러한 계산을 다음과 같이 호출합니다.Link budget calculations. 힘의 단위는decibel.

먼저 Link Budget에서 사용되는 기본 용어에 대해 논의한 다음 Link Budget 계산에 대해 설명하겠습니다.

기본 용어

안 isotropic radiator(안테나)는 모든 방향으로 동일하게 방사됩니다. 그러나 실제로 존재하지 않습니다. 이론적 인 안테나 일뿐입니다. 이 안테나와 관련하여 모든 실제 (실제) 안테나의 성능을 비교할 수 있습니다.

전력 플럭스 밀도

등방성 라디에이터가 반지름 r을 갖는 구의 중심에 있다고 가정합니다. 전력 플럭스 밀도는 전력 흐름과 단위 면적의 비율이라는 것을 알고 있습니다.

Power flux density,$\Psi_i$ 등방성 라디에이터의

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

어디, $P_s$전력 흐름입니다. 일반적으로 실제 안테나의 전력 플럭스 밀도는 방향에 따라 다릅니다. 그러나 그것은maximum value 특정 방향에만 있습니다.

안테나 이득

그만큼 gain 실제 안테나의 최대 전력 자속 밀도와 등방성 안테나의 전력 자속 밀도의 비율로 정의됩니다.

따라서 안테나의 이득 또는 Antenna gain, G는

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

어디, $\Psi_m$실제 안테나의 최대 전력 플럭스 밀도입니다. 과,$\Psi_i$ 등방성 라디에이터 (안테나)의 전력 플럭스 밀도입니다.

등가 등방성 복사 전력

등가 등방성 복사 전력 (EIRP)은 링크 예산 측정에 사용되는 주요 매개 변수입니다. Mathematically, 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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

우리는 EIRP를 decibels 같이

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

어디, G 송신 안테나의 이득이고 $P_s$ 송신기의 힘입니다.

전송 손실

한쪽 끝에서 보낸 전력과 수신 국에서받은 전력의 차이는 다음과 같습니다. Transmission losses. 손실은 두 가지 유형으로 분류 할 수 있습니다.

• 지속적인 손실
• 가변 손실

피더 손실과 같이 일정한 손실은 다음과 같이 알려져 있습니다. constant losses. 우리가 어떤 예방 조치를 취했는지에 관계없이 이러한 손실은 계속 발생할 수 있습니다.

또 다른 유형의 손실은 variable loss. 하늘과 기상 조건이 이러한 유형의 손실의 예입니다. 하늘이 깨끗하지 않으면 신호가 위성에 효과적으로 도달하지 못하거나 그 반대의 경우를 의미합니다.

따라서 우리의 절차는 이러한 손실이 일정하기 때문에 맑은 날씨 또는 맑은 하늘 상태로 인한 손실 계산을 1 ^{차로 포함} 합니다. 시간이 지나도 변하지 않습니다. 그런 다음 2 ^차의 단계, 우리는 때문에 악천후 상태로 손실을 계산할 수 있습니다.

예산 계산 연결

두 개의 링크가 있으므로 두 가지 유형의 링크 예산 계산이 있습니다. uplink 과 downlink.

Earth Station 업 링크

지구가 위성에 신호를 전송하고 위성이 신호를 수신하는 과정입니다. 이것의mathematical equation 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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

어디,

• $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ 캐리어 대 잡음 밀도 비율

• $\left [\frac{G}{T}\right ]$ 위성 수신기 G / T 비율이고 단위는 dB / K입니다.

여기서 손실은 위성 수신기 피더 손실을 나타냅니다. 주파수에 의존하는 손실은 모두 고려됩니다.

EIRP 값은 효과적인 UPLINK를 위해 가능한 한 낮아야합니다. 그리고 이것은 우리가 맑은 하늘 상태를 얻을 때 가능합니다.

여기에서는 업 링크 현상을 나타내는 (아래 첨자) 표기법 "U"를 사용했습니다.

위성 다운 링크

이 과정에서 위성은 신호를 보내고 지구국은 신호를받습니다. 이 방정식은 위성 업 링크와 동일하지만 다운 링크 현상을 나타 내기 위해 "U"대신 약어 "D"를 사용한다는 점이 다릅니다.

이것의 mathematical 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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

어디,

• $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ 캐리어 대 잡음 밀도 비율
• $\left [\frac{G}{T}\right ]$ 지구국 수신기 G / T 비율이고 단위는 dB / K입니다.

여기, 지구국 주변에 존재하는 모든 손실.

위의 방정식에서 우리는 신호 대역폭 B를 포함하지 않았습니다. 그러나 우리가 그것을 포함한다면 방정식은 다음과 같이 수정 될 것입니다.

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

링크 예산

지상 위성을 고려한다면 FSP (Free Space Spreading Loss)도 고려해야합니다.

안테나가 제대로 정렬되지 않으면 손실이 발생할 수 있습니다. 그래서 우리는AML(안테나 오정렬 손실)을 고려합니다. 마찬가지로 위성에서 지구로 신호가 오면 지구 표면과 충돌하여 일부는 흡수됩니다. 이것은 다음과 같은 대기 흡수 손실에 의해 처리됩니다.“AA” db로 측정됩니다.

이제 자유 하늘에 대한 손실 방정식을 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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

어디,

• RFL은 수신 된 피더 손실을 나타내며 단위는 db입니다.

• PL은 편광 불일치 손실을 나타냅니다.

이제 decibel equation 수신 전력은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

$$P_R = EIRP + G_R + Losses$$

어디,

• $P_R$ 수신 된 전력을 나타내며 dBW로 측정됩니다.
• $G_r$ 수신기 안테나 이득입니다.

다운 링크 설계는 업 링크 설계보다 더 중요합니다. 안테나의 전송 및 이득에 필요한 전력의 제한 때문입니다.

때로는 위성의 서비스가 지구국의 특정 위치에 존재하고 때로는 존재하지 않습니다. 즉, 위성은 지구상의 다른 위치에 자체 서비스 스테이션이 다를 수 있습니다. 그들은 위성에 캐리어 신호를 보냅니다.

이 상황에서 우리는 위성이 서로 간섭없이 시간에 다른 스테이션으로부터 신호를 받거나 제공 할 수 있도록 다중 액세스를 수행합니다. 다음은three types 다중 액세스 기술의.

• FDMA (Frequency Division Multiple Access)
• TDMA (시분할 다중 액세스)
• CDMA (코드 분할 다중 액세스)

이제 각 기술을 하나씩 논의 해 보겠습니다.

FDMA

이러한 유형의 다중 액세스에서는 각 신호에 다른 유형의 주파수 대역 (범위)을 할당합니다. 따라서 두 신호는 동일한 유형의 주파수 범위를 가져서는 안됩니다. 따라서 한 채널에서 신호를 보내더라도 둘 사이에 간섭이 발생하지 않습니다.

완벽한 하나 example이러한 유형의 액세스는 우리의 라디오 채널입니다. 작동을 위해 각 스테이션에 다른 주파수 대역이 부여되었음을 알 수 있습니다.

세 개의 스테이션 A, B, C를 살펴 보겠습니다. FDMA 기술을 통해 액세스하려고합니다. 그래서 우리는 그들에게 다른 주파수 대역을 할당했습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 위성국 A는 0 ~ 20Hz의 주파수 범위를 유지했습니다. 마찬가지로 스테이션 B와 C에는 각각 30-60Hz 및 70-90Hz의 주파수 범위가 할당되었습니다. 그들 사이에는 간섭이 없습니다.

메인 disadvantage이러한 유형의 시스템은 매우 폭발적이라는 것입니다. 이러한 유형의 다중 액세스는 동적이고 고르지 않은 채널에는 권장되지 않습니다. 왜냐하면 데이터를 유연하지 않고 비효율적으로 만들 것이기 ​​때문입니다.

TDMA

이름에서 알 수 있듯이 TDMA는 시간 기반 액세스입니다. 여기서는 각 채널에 특정 시간 프레임을 제공합니다. 해당 시간 프레임 내에서 채널은 전체 스펙트럼 대역폭에 액세스 할 수 있습니다.

각 스테이션에는 고정 된 길이 또는 슬롯이 있습니다. 사용되지 않은 슬롯은 유휴 단계로 유지됩니다.

TDMA 기술에서 특정 채널에 5 개의 데이터 패킷을 전송한다고 가정합니다. 그래서 우리는 그들에게 특정 시간 슬롯을 할당하거나time frame 그 안에서 전체 대역폭에 액세스 할 수 있습니다.

위 그림에서 패킷 1, 3, 4는 활성화되어 데이터를 전송합니다. 반면 패킷 2와 5는 참여하지 않기 때문에 유휴 상태입니다. 이 형식은 특정 채널에 대역폭을 할당 할 때마다 반복됩니다.

그러나 특정 채널에 특정 시간 슬롯을 할당했지만 하중지지 용량에 따라 변경 될 수도 있습니다. 즉, 채널이 더 무거운 부하를 전송하는 경우 더 가벼운 부하를 전송하는 채널보다 더 큰 시간 슬롯을 할당 할 수 있습니다. 이것은 가장 큰advantageFDMA를 통한 TDMA의. TDMA의 또 다른 장점은 전력 소비가 매우 낮다는 것입니다.

Note − 일부 애플리케이션에서는 combination 모두 TDMA and FDMA기법. 이 경우 각 채널은 특정 시간 프레임 동안 특정 주파수 대역에서 작동합니다. 이 경우 주파수 선택이 더 강력하고 시간 압축에 따라 용량이 더 커집니다.

CDMA

CDMA 기술에서는 서로 구별하기 위해 각 채널에 고유 한 코드를 할당했습니다. 완벽한example이러한 유형의 다중 액세스는 우리의 셀룰러 시스템입니다. 두 사람의 휴대폰 번호는 동일한 대역폭을 사용하는 회사의 고객에게 제공하는 동일한 X 또는 Y 모바일 서비스이지만 서로 일치하지 않는 것을 알 수 있습니다.

CDMA 프로세스에서는 인코딩 된 신호의 내적과 칩핑 시퀀스의 디코딩을 수행합니다. 따라서 수학적으로 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

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

기본 advantage이러한 유형의 다중 액세스는 모든 사용자가 동시에 전체 대역폭을 공존하고 사용할 수 있다는 것입니다. 사용자마다 코드가 다르기 때문에 간섭이 없습니다.

이 기술에서는 FDMA 및 TDMA와 달리 많은 스테이션이 많은 채널을 가질 수 있습니다. 이 기술의 가장 좋은 점은 각 스테이션이 항상 전체 스펙트럼을 사용할 수 있다는 것입니다.

위성 통신 서비스는 크게 다음 두 가지로 나눌 수 있습니다.

• 단방향 위성 통신 링크 서비스
• 양방향 위성 통신 링크 서비스

이제 각 서비스에 대해 하나씩 논의하겠습니다.

단방향 위성 통신 링크 서비스

에 one-way위성 통신 링크 서비스의 경우 정보는 위성을 통해 하나의 지구국에서 하나 이상의 지구국으로 전송 될 수 있습니다. 즉, 지점 간 연결과 지점 간 연결을 모두 제공합니다.

이하 figure 단방향 위성 통신 링크 서비스의 예를 보여준다.

여기서 통신은 지상의 위성을 통해 지상의 제 1 지구국 (송신기)과 제 2 지구국 (수신기)간에 이루어집니다. one direction.

다음은 일부 one-way 위성 통신 링크 services.

• 라디오, TV 및 인터넷 서비스와 같은 방송 위성 서비스.

• 원격 측정, 추적 및 명령 서비스와 같은 우주 운영 서비스.

• 위치 위치 서비스와 같은 무선 결정 위성 서비스.

양방향 위성 통신 링크 서비스

에 two-way위성 통신 링크를 사용하면 위성을 통해 두 개의 지구국간에 정보를 교환 할 수 있습니다. 즉, 지점 간 연결 만 제공합니다.

다음 그림은 양방향 위성 통신 링크 서비스의 예를 보여줍니다.

여기서 통신은 지상의 위성을 통해 지상의 제 1 지구국 (송신기)과 제 2 지구국 (수신기)간에 이루어집니다. two (양자 모두) directions.

다음은 양방향 위성 통신 링크 중 일부입니다. services.

• 높은 비트 전송률 서비스의 전화, 팩스 및 데이터와 같은 고정 위성 서비스.

• Land mobile, Maritime 및 Aero 이동 통신 서비스와 같은 모바일 위성 서비스.

글로벌 포지셔닝 시스템 (GPS)위성을 기반으로 한 내비게이션 시스템입니다. 그것은 내비게이션 및 위치 위치에 혁명을 일으켰습니다. 주로 위치, 탐색, 모니터링 및 측량 응용 프로그램에 사용됩니다.

주요 advantages위성 항법의 실시간 포지셔닝 및 타이밍 동기화입니다. 이것이 바로 위성 내비게이션 시스템이 이동성이 핵심 매개 변수 인 대부분의 애플리케이션에서 필수적인 부분이 된 이유입니다.

완전한 작동 GPS 우주 세그먼트는 MEO에 24 개의 위성을 포함합니다. 이 위성은 6 개의 그룹으로 구성되어 각 그룹에는 4 개의 위성이 포함됩니다. 4 개의 위성 그룹을 하나로constellation. 인접한 두 별자리는 경도가 60도만큼 분리됩니다.

그만큼 orbital period 각 위성의 대략 같음 twelve hours. 따라서 모든 위성은 매일 지구 주위를 두 번 회전합니다. 언제든지 GPS 수신기는 최소 4 개의 위성으로부터 신호를받습니다.

GPS 코드 및 서비스

각 GPS 위성은 두 개의 신호를 전송합니다. L₁ and L₂ 주파수가 다릅니다. TrilaterationGPS 수신기의 위치 (위도, 경도, 고도)를 찾는 간단한 방법입니다. 이 방법을 사용하면 세 개의 알려진 지점에서 알려지지 않은 지점의 위치를 ​​측정 할 수 있습니다.

GPS 코드

다음은 두 가지 유형의 GPS 코드입니다.

• Coarse Acquisition 코드 또는 C / A 코드
• 정확한 코드 또는 P 코드

신호 L ₁ 은 1.023 Mbps 의사 랜덤 비트 시퀀스로 변조됩니다. 이 코드를 Coarse Acquisition 코드 또는C/A code 대중이 사용합니다.

신호 L ₂ 는 10.23Mbps 의사 랜덤 비트 시퀀스로 변조됩니다. 이 코드는 정확한 코드 또는P code군사 위치 결정 시스템에 사용됩니다. 일반적으로이 P 코드는 암호화 된 형식으로 전송되며 다음과 같이 호출됩니다.Y code

P 코드의 비트율이 C / A 코드의 비트율보다 크기 때문에 P 코드는 C / A 코드에 비해 더 나은 측정 정확도를 제공합니다.

GPS 서비스

다음은 GPS에서 제공하는 두 가지 유형의 서비스입니다.

• 정밀 포지셔닝 서비스 (PPS)
• 표준 포지셔닝 서비스 (SPS)

PPS receiversL ₁ 및 L _2의 두 신호에서 C / A 코드와 P 코드를 모두 추적 합니다. Y 코드는 P 코드를 얻기 위해 수신자에서 해독됩니다.

SPS receivers신호에 대한 C / A 코드 만 추적, L ₁ .

GPS 수신기

GPS 시스템에서는 위성에서 사용자에게 단방향 전송 만 존재합니다. 따라서 개별 사용자는 송신기가 필요하지 않고GPS receiver. 주로 물체의 정확한 위치를 찾는 데 사용됩니다. 위성에서 수신 한 신호를 사용하여이 작업을 수행합니다.

그만큼 block diagram GPS 수신기의 모습은 아래 그림과 같습니다.

GPS 수신기에 존재하는 각 블록의 기능은 다음과 같습니다.

• Receiving Antenna위성 신호를 수신합니다. 주로 원형 편파 안테나입니다.

• Low Noise Amplifier (LNA)는 약한 수신 신호를 증폭합니다.

• Down converter 수신 된 신호의 주파수를 IF (Intermediate Frequency) 신호로 변환합니다.

• IF Amplifier IF (중간 주파수) 신호를 증폭합니다.

• ADCIF 증폭기에서 얻은 아날로그 신호를 디지털로 변환합니다. 샘플링 및 양자화 블록이 ADC (Analog to Digital Converter)에도 있다고 가정합니다.

• DSP (디지털 신호 프로세서)는 C / A 코드를 생성합니다.

• Microprocessor위치 계산을 수행하고 다른 디지털 블록의 작동을 제어하기 위해 타이밍 신호를 제공합니다. 유용한 정보를 화면에 표시하기 위해 Display unit으로 보냅니다.