SATELITSKE TELEKOMUNIKACIJE

Dr Radojka Pratalo

SATELITSKE TELEKOMUNIKACIJE

Banjaluka

20061. Saradnici na izradi ovog teksta bili su studenti ETF-a V godine kol. god 2006/7:

2. Slavko Koji

3. Aleksej Avramovi

4. Nikola Dudelija

5. Goran Radevi

6. Duko Antunovi

7. Dejan Cvijanovi

S obzirom da su taj posao uradili izuzetno kvalitetno i profesionalno, najiskrenije im se zahvaljujem i elim im da budu uspjeni i dalje.

Dr Radojka Pratalo

Sadraj

PREDGOVOR

UVOD

1. ZEMLJINI SATELITI

1.1. to dri objekt u orbiti

1.2. Prirodni i umjetni sateliti

1.3. Vrste umjetnih satelita

2. SATELITI ZA TELEKOMUNIKACIJE

2.1. Nisko-orbitni sateliti ( LOW)

2.2. Srednje-orbitni sateliti ( MOLNIA)

2.3. Visoko-orbitni sateliti ( GEOSINHRONI)

3. RAZNE PRIMJENE TELEKOMUNIKACIONIH SATELITA

3.1. Primjena u telefoniji

3.2. Primjena u radio-televiziji

3.3. Primjena u mobilnim tehnologijama

3.4. Primjena u multimedijalnim irokopojasnim telekomunikacijama

3.5. Primjena u GPSu

4. SATELITSKI PRENOSNI SISTEMI

4.1.Sastavni dijelovi satelitskih sistema

4.2. Izbor frekvencijskog opsega

4.3. Napajanje

4.4. Transponder

4.5. Zemaljska stanica

5. SATELITSKI SIGNALI

5.1. Dionice na satelitskoj vezi

5.2. Slabljenje na satelitskoj vezi

5.3. Pojaanje signala

5.4. Odnos signal/um

5.5. Interferencija signala

5.6. Ugaoni razmak izmeu satelita

5.7. Meupolarizaciona diskriminacija

5.8. Odnos signl/interferencija

5.9. Vjerovatnoa greke

6. VIESTRUKI PRISTUP SATELITU

6.1 Pristup na bazi frekvencijske raspodjele

6.2.Pristup na bazi vremenske raspodjele

6.3. Organizcija TDMA sistema

6.4. Sinhronizacija u TDMA mrei

7. REGENERACIJA IMPULSA NA SATELITU

7.1. Primjer SS/TDMA regenerativnog transpondera

8. PRIMJERI SATELITA I SATELITSKIH SISTEMA

8.1. Satelitski sistem ASTRA

8.2.ACTS- satelitski sistem budunosti

9. SATELITSKI OTPAD

10. ZAKLJUAK

LITERATURA

PREDGOVOR

Tek je prolo neto vie od stoljea i pol od kad je stavljen u komercijalnu upotrebu prvi sistem za prenos pisanih poruka- telegraf, a telekomunikacije su se razvile do nesluenih razmjera. Taj dan, 24. maj 1844. godine se smatra roendanom elektrinih telekomunikacija. Jedna od osnovnih potreba ovjeka, pored hrane, energije i krova nad glavom, zasigurno je i potreba za komunikacijom.Upravo zbog toga je razvoj telekomunikacija bio tako intenzivan i one su postale sastavni dio ivota svakog ovjeka, jer imaju direktan uticaj na ekonomiju i na razvoj drutva u cjelini. Upravo zbog toga postoji direktna proporcionalnost izmeu nacionalnog dohotka neke drave i broja telefonskih prikljuaka.

Danas ve moemo rei da se sve ono to se prije desetak godina smatralo futurizmom, u telekomunikacijama ve ostvarilo. Pri tom se misli na doprinos telekomunikacija sveoptoj globalizaciji, a time i realnim mogunostima da se vie ne mora putovati na konferencije ve se na njima moe uestovati i od kue; da se i razne kupovine mogu obavljati od kue; da su mnoga radna mjesta otvorena u vlastitim stanovima i kuama itd.

U skladu sa daljim tendencijama razvoja, oekuje se da e daljnji napredak u tehnologijama doprinijeti usavravanjima u svim oblastima telekomunikacija i to u oblasti transmisije, komutacija, mobilnog radija, satelita, elektronskog prenosa poruka, u oblasti irokopojasnih telekomunikacija, itd.

Transmisioni sistemi predstavljaju najvaniji resurs telekomunikacija pri emu su svi njegovi segmenti od velike vanosti i sa dobrom perspektivom daljeg razvoja. U ovom trenutku bi se moglo rei da je svojevrstan hit u telekomunikacijama mobilni radio-sistem i to ne samo sa stanovita mobilnosti korisnika ve i kao komplement ili ak i supstitucija za lokalne linije u ruralnim podrujima.

Danas su ve mnoge zemlje uvele Globalni Sistem Mobilnih telekomunikcija (GSM), koji je vjerovatno najrafiniranija stvar u telekomunikacijama. Sa GSM dolazi nova era, era personalnih komunikacija koje omoguavaju ovjeku da ne bude zavisan o fiksnom telefonskom terminlu, ve moe sa bilo kog mjesta na svijetu stupiti u vezu sa kim god eli, a to mu omoguuje njegov handset aparat koji stane u dep! Ovo je naroito pogodno za zemlje koje nemaju razvijenu javnu telefonsku mreu.

Djelominu globalizaciju mogue je ostvariti i sa dosadanjim resursima ( radio-relejne veze, podoceanski kablovi i dr.), ali potpunu globalizciju ipak omoguuju tek SATELITI! Zbog toga, ve danas, a pogotovo u vremenu koje dolazi, specijalno mjesto u telekomunikacijama pripada satelitskim telekomunikacijama. Upravo su sateliti ono sredstvo koje e omoguiti da korisnici runih beinih telefona meusobno komuniciraju izmedju bilo koje dvije take na globusu. I ne samo to! Satelitske telekomunikacije omoguuju istu takvu globalizaciju i za druge telekomunikacione servise kao to su: prenos poruka putem faksa, komunikacije medju kompjuterima ( INTERNET i sl.), te irokopojasne telekomunikacije koje objedinjuju prenos govornog, video, kompjuterskog i drigih signala, a to je danas poznato pod nazivom multimedijalnih informacija.

Znai, sateliti prenose informacije i poruke preko okeana i to do predjela u kojima infrastruktura ne raspolae zemaljskim vezama, emituju programe milionima gledalaca, obezbjeuju veze personalnim raunarima oslobaajui ih ogranienja koje namee telefonska mrea, a mogu ponuditi i mogunost dvosmjernog interaktivnog servisa. Upravo od tuda im i toliki znaaj.

UVOD

Realizacija ideje o ukljuivanju svih taaka na povrini Zemlje u jedinstvenu telekomunikacionu mreu smatrala se nezamislivom prije pojave vjetakih satelita, premda su elje za realizacijom ideje o proirenju zemaljskih mikrotalasnih radio- relejnih veza u kosmos, sa namjerom da se one iskoriste za omoguavanje komunikacije izmeu bilo koje dvije take na Zemlji, itekako postojale. To bi bilo omoguilo da se multipleksna telefonija i telegrafija, faksimil, televizija i razni podaci zaista mogu prenijeti do svake take na Zemlji, pa se zbog toga na tome tako intenzivno radilo.

Uloga koju su sateliti odigrali u telekomunikacijama je zaista revolucionarna, jer do 1956. god. tj. do polaganja prvog podmorskog telefonskog kabla, govorne komunikacije izmeu Evrope i Amerike mogle su se obavljati samo radio-vezama na kratkim talasima. Nakon deset godina uspostavljene su preko INTELSAT I satelita veoma kvalitetne veze uz kapacitet pet puta vei od onog kod podmorskog kabla. Kasnije su lansirani jo neki sateliti ( INTELSAT III, IV, INTELSPUTNIK) koji su omoguili prenos i drugih vrsta signala osim telefonskih.

Superiornost prekookeanskog optikog kabla je na ekonomskom planu i u pogledu performansi, posebno malog kanjenja, trenutno potisnula satelite iz internacionalne i mobilne telefonije. Medjutim, zemaljske mree nikad nee dostii pokrivanje i mogunost etanja korisnika kao to to omoguuju sistemi bazirani na primjeni satelita. Takodjer je vano pomenuti da, za razliku od ianih telefonskih servisa, cijena satelitskih servisa ne zavisi od rastojanja.

Sateliti su jedinstven nain da se obezbjede mobilni telefonski servisi za brodove, avione i velika teretna vozila, a veliki im je i znaaj u omoguavanju komunikacija sa predjelima gdje ne postoji ili je zastarjela telefonska infrastruktura. Takoer, u sluaju elementarnih nepogoda i prirodnih katastrofa, sateliti mogu brzo povratiti sistem komunikacija, a sa porastom broja zahtjeva za raznim kompjuterskim servisima znaaj satelitskih komunikacija raste.

Zahvaljujui ukljuivanju vjetakih telekomunikacionih satelita u telekomunikacije, pozivi e ii ka ljudima, a ne kao mjestima, pa mjesto prikljuka u zidu vie nee odreivati odakle moemo telefonirati, poslati faks, proitati svoju elektronsku potu ili pokrenuti aplikacioni program u novom svijetu personalnih i mobilnih raunarskih komunikacija. U dananjim komunikacijama postoji potreba za globalnim prenosom podataka i govora u realnom vremenu. U periodu koji slijedi, zaista je posebno mjesto rezervisano za globalne personalne satelitske komunikacione sisteme, to je sasvim opravdano s obzirom na njihov znaaj.

1. ZEMLJINI SATELITI

1.1. to dri objekte u orbiti

to je uopte satelit? To je neko tijelo koje se obre izvjesnom brzinom oko nekog drugog tijela, po nekoj odreenoj putanji. Pri tom ono prvo tijelo takoer moe da se okree i oko svoje ose, a moe imati i tijelo koje se okree oko njega, tj. svoj satelit ili vie njih. Da ne bismo ili dalje od naeg planetarnog sistema, posmatrajmo MJESEC kao ZEMLJIN PRIRODNI SATELIT.

Ako poemo od Njutnovog zakona gravitacije koji kae da se dva tijela koja imaju izvjesnu masu meusobno privlae tzv. gravitacionom silom koja je propoircionalna veliini tih masa, a obrmuto proporcionalna kvadratu njihovog medjusobnog rastojanja, ne moemo a da se ne zapitamo: Kako je onda mogue da manja masa ne padne na tu veu, s obzirom da je ova vea masa privlai k sebi?

Odgovor je zaudjujui: Tijela manje mase KONTINUALNO PADAJU na tijelo vee mase ( Zemlja, Mars, Venera, Jupiter, i Saturn na Sunce, a Mjesec kontinualno pada na Zemlju!), ali nas od eventualne katastrofe spaava injenica da se ta tijela istovremeno kreu na stranu sa dovoljno velikom brzinom da izbjegnu pad i udar o Sunce, odnosno o Zemlju! To se deava konstantno zahvaljujui kretanju tih planate po putanjama oko centralnog tijela, ime se izbjegava taj pad. Za svako drugo tijelo koje bi se nalo u svemiru, koje se ne bi kretalo po nekoj putanji i ne bi imalo tu neophodnu tzv. UGAONU BRZINU, palo bi na Sunce ( ili Zemlju) i tamo bi ili sagorjelo ili se stopilo sa tim tijelom. Zato moemo rei da je upravo kretanje po toj krunoj ili eliptinoj putanji, odgovarajuom ugaonom brzinom, faktor koji i nau planetu spaava od pada na Sunce!

U sluaju kad bi u nekom trenutku prestalo dejstvo gravitacione sile, tijelo koje orbitira oko nekog drugog tijela, izletjelo bi sa orbite i pravolinijski odletjelo, pa slobodno moemo rei da upravo gravitaciona sila i dri tijelo na orbiti. To je slino kao kad neko zarotira kamen privezan na kraj konopca, a onda iznenada konopac pukne. Takoer, do trenutka dok se konopac vrsto dri u ruci i rotira, kamen nee pasti na vau glavu, ali ako rotacija prestane, kamen e pasti!

Na pitanje: Zato se to sve tako dogaa?, neki smatraju da nauka jo nije tano odgovorila, ve je dobijen samo odgovor na pitanje: Kako se to dogaa? Meutim, za praktino koritenje tih injenica, dovoljno je i to. Evo zato.

1.2. Prirodni i umjetni sateliti

Kao to znamo, u svemiru postoji mnogo zvijezda od kojih je jedna i Sunce. Pretpostavlja se da one sve imaju oko sebe neke svoje prirodne satelite, kao to ih ima i Sunce. Medju njima je i naa Zemlja. Takodjer, sasvim je mogue da i ti njihovi sateliti imaju neke svoje satelite kao to Zemlja ima Mjesec.

Uskoro nakon to je Njutn objavio svoj zakon gravitacije, ljudi su shvatili da bi se mogao lansirati i neki umjetni satelit koji bi orbitirao oko Zemlje, kao to to radi Mjesec. Naunici su vrlo ubrzo izraunali da bi takav umjetni satelit, koji bi orbitirao ne tako daleko od povrine Zemlje ( 4000 milja) morao imati ugaonu brzinu od oko 17 000 milja/sat ( 5 milja /s), da ne bi pao nazad na Zemlju.

Naalost, dugo vremena je postizanje takve brzine bilo nezamislivo, pa su umjetni sateliti stoljeima nakon otkria Njutnovig zakona ostali samo pusti san! Tek otkriem i usavravanjem raketne tehnike, takvo neto je postalo mogue, pa je konano 1957. lansiran prvi umjetni satelit SPUTNIK od strane Sovjeta, to je izazvalo pravu paniku meu Amerikancima. Naime, oni su se bojali da bi Sovjeti iz takvog satelita mogli bacati bombe na njih! Medjutim, strah je bio bezrazloan, jer takva bomba, koja bi se pokuala ispustiti sa Sputnika, imala bi istu takvu ugaonu brzinu kao i on, pa bi i ona orbitirala i na taj nain izbjegavala pad, odnosno sudar sa Zemljom kao i sami sateliti, bilo umjetni ili onaj prirodni- Mjesec.

Nakon Sputnika, nekoliko godina kasnije USA je lansirala svoj satelit, a Sovjeti su nakon toga lansirali satelit sa Jurijem Gagarinom, ovjekom koji je prvi orbitirao oko Zemlje. Nakon toga Amerikanci su poslali Dona Glena u orbitu itd. Visina na koju su slali te kosmonaute bila je reda nekoliko stotina milja, pa je izlet oko Zemlje trajao samo 90 minuta.

1.3. Vrste umjetnih satelita

Jo 1945. godine pisac naune fantastike Artur Klark, koga inae smatraju utemeljiteljem satelitskih telekomunikacija, Odiseja u svemiru, Misteriozni svijet Artura Klarka) objavio je tekst u kom

je tvrdio da bi satelit, koji bi orbitirao na visini od 22.300 milja ( 36 000 km) visine, zahtijevao 24 sata vremena za jedan obilazak oko Zemlje, tj. upravo toliko koliko i Zemlji treba da se okrene oko svoje ose. Takav satelit bi bio u sinhronizmu sa okretanjem Zemlje, pa je orbita kojom bi se on kretao nazvana GEOSINHRONOM ili GEOSTACIONARNOM. Uz to, ako bi orbitirao u orbiti koja je iznad ekvatora, posmatrau na Zemlji bi izgledalo kao da satelit stalno stoji na jednom mjestu. Ali, s obzirom da lansiranje satelita na toliku visinu zahtijeva mnogo veu snagu rakete, to nije bilo mogue ostvariti sve do 1963. god.

Od samih poetaka satelitske tehnologije vidjelo se da e njen najvei znaaj biti u oblasti telekomunikacija, pa nije udo to se ve prvim satelitima nastojala prikaiti ta funkcija. Tako je ve prvi sovjetski satelit SPUTNIK I lansiran 1957 god. bio opremljen i sa radio-predajnikom. Takoer i prvi ameriki satelit SCORE, koji je lansiran 1958 godine, imao je magnetofon sa snimljenim porukama koje su u stvari bile boine estitke predsjedniku Eisenhoweru.

NASA je 1960. lansirala ECHO satelit koji je trebao da igra ulogu pasivnog reflektora za radio- komunikacije. Odmah nakon njega, iste 1960 godine, lansiran je i COURIER 1B koji je bio prvi aktivni repetitorski komunikacioni satelit u svijetu. TELESTAR je bio prvi aktivni direktno komunikacioni i meunarodni satelit koji je pripadao NASI, BELL LABORATORIES, BRITISH POST OFFICE, FRANCE NATINAL PTT i dr.

Sateliti se mogu razvrstati po vie razliitih kriterija, ali je najuobiajenije razvrstati ih prema udaljenosti njihove orbite od povrine zemlje. Po tom kriteriju postoje:

1. LEO- nisko orbitni

2. MEO- srednje orbitni

3. GEO- visoko orbitni

Iz ovih naziva se odmah moe zakljuiti kolika je udaljenost orbite satelita od Zemlje, koliko mu je kanjenje i kolika je potrebna snaga i predajnika i rakete za lansiranje.

GEO sateliti orbitiraju na visinama od oko 30 000 km i vie, a prednost im je u tome to je za pokrivanje itave povrine Zemlje potrebno samo nekoliko takvih satelita. Osim toga, tehnologija njihove izrade je potpuno apsolvirana. Medjutim, imaju jednu manu koja u nekim primjenama stvara velike tekoe, a radi se o velikom kanjenju ( 0. 24 sek) i ogranien je broj raspoloivih mjesta u orbitama na tim visinama. Osim toga znatno su skuplji nego da se problem rijei sistemom radio-relejnih veza.

MEO sateliti orbitiraju na visinama od 10 000 do 21000 km, a prednost u odnosu na GEO im je u manjem kanjenju ( 0.06-0.14 sek) jer su blii Zemlji. Za pokrivanje itave Zemljine povrine potrebno ih je desetak. Mana im je to im je odnos izmedju kanjenja i broja satelita ispod optimuma i troe dio svojih resursa i na pokrivanje nenaseljenih povrina ( npr. okeana). Poloaj ovih satelita se mijenja u odnosu na taku na Zemlji. Danas nema mnogo takvih satelita u orbiti.

LEO sateliti obeavaju veliku propusnu mo i malo kanjenje jer orbitiraju na visinama od 800 2400 km. Imaju prednost u odnosu na prethodne po pitanju kanjenja ( 0.03 sek), ali im je mana to ih je potreban velik broj da bi pokrili itavu povrinu Zemlje ( desetine i stotine!). Takoer troe dio svojih resursa na pokrivanje nenaseljenih prostora. Postoji nekoliko vrsta LEO satelita sa razliitim propusnim moima. Mali slue za slanje poruka, a veliki za razne druge primjene. Tu spadaju GLOBSTAR i IRIDIUM.

U orbitama je ve sad velika guva, a kakva e tek biti! Postoje jo i platforme HALE na velikoj visini. To su neke letilice koje lebde na visini od 21000 km iznad nepomine take na Zemlji. O njima se ne govori esto, a za sada se zna da su im misije istraivake, mada nije iskljueno da su i pijunske. Takva letilica je SKYSTATION.

Osim klasifikacije satelita prema visini orbite od povrine zemlje, ponekad se radije koristi klasifikacija s obzirom na njihovo relativno kretanje u odnosu na zemlju. Po toj klasifikaciji sateliti mogu biti: sinhroni, subsinhroni i stacionarni.

Sinhroni satelit je takav satelit iji je period obrtanja oko Zemlje jednak srednjoj zvjezdanoj periodi obrtanja Zemlje oko njene ose ( 23 sata i 56 min). Ravan njegove orbite moe da ima, u principu, bilo kakvu inklinaciju, tj. nagib ravni putanje prema ekvatorijalnoj ravni Zemlje.

Subsinhroni satelit je takav satelit kod koga je srednja zvjezdana perioda obrtanja Zemlje oko sopstvene ose jednaka cijelom multiplu srednje zvjezdane periode obrtanja satelita oko Zemlje. Tako sateliti iz konstelacije MOLNIA imaju period obrtanja oko Zemlje 12 sati.

Stacionarni satelit je sinhroni satelit ija inklinacija orbite je jednaka nuli, a orbita mu je kruna sa centrom u centru Zemlje. Ovog tipa je satelit INTELSAT I, koji se nalazi na visini od 36 000 km iznad zemlje, a ravan orbite mu se poklapa sa ekvatorijalnom ravni Zemlje.

Postoji i klasifikacija prema oblasti primjene. Tako moemo rei da postoje:

telekomunikacioni sateliti koji slue za protok informacija,

radiodifuzni koji slue za emitovanjr radio i TV programa

metoroloki sateliti za prikupljane podataka o promjenama u atmosferi

vojni i pijunski sateliti koji slue u svrhu prikupljana podataka za obranu ( ili ratovanje!)

sateliti koji slue u naune svrhe i

mjeoviti.

Satelit se sa Zemlje lansira u svoju orbitu pomou rakete. Orbita je trajektorija koju satelit opisuje u prostoru pod uticajem prirodnih sila kao to su gravitacija prema Zemlji i drugim tijelima. Tijelo koje u glavnini utie na kretanje satelita naziva se glavnim tijelom, to je u naem sluaju Zemlja. Vektor poloaja satelita u odnosu na centar glavnog tijela i vektor njegove brzine obrazuju ravan orbite. Ugao nagiba ove ravni prema referentnoj ravni naziva se inklinacija orbite. Referentnu ravan obino predstavlja ekvatorijalna ravan glavnog tijela, tj Zemlje. Apogej predstavlja taku orbite koja je najvie udaljena od centra Zemlje, a perigej njenu taku ije rastojanje od centra je najmanje. Visina apogeja i perigeja mjere se od povrine Zemlje.

Prvi lansirani sateliti imali su malu snagu od svega nekoliko W pa do najvie 10 W. Danas se lansiraju sateliti snage i do 150 W. to je vea snaga emitovanja potrebna je manja antena za prijem signla.

Na nebu se nalazi oko 8700 satelita ( ako se uopte moe i znati taj broj), od kojih je samo dio aktivan, a njihova vidljivost je najbolja rano ujutro ili rano uvee, kada se oko zalaska sunca ili izlaska sunca naa lokacija nalazi jo u mraku, a objekti na nebu su tada osvijetljeni.

2. SATELITI ZA TELEKOMUNIKACIJE

Prvi pokuaj da se za telekomunikacione svrhe iskoristi satelit je bio onaj kad se kao reflektor-repetitor pokuao iskoristiti Mjesec. Taj eksperiment je uspio i Mjesec je uspjeno odigrao ulogu reflektora, ali od praktine primjene nije bilo nita. Zbog toga je u orbitu 1960. lansiran ECHO koji se pokazao boljim od Mjeseca jer je, s obzirom na materijal od kog je bio nainjen, bolje reflektovao signal koji je poslan sa Zemlje i tako ponovo vraen na Zemlju gdje su ga mogle primiti sve stanice u vidnom polju satelita. Medjutim, ni ovaj pasivni satelit nije zadovoljio, s obzirom da je signal koji je stigao sa njega bio veoma slab, a pokrivenost Zemlje signalom je bila veoma ograniena i kratkog vremena trajanja. Iz tih eksperimenata se zakljuilo da se sateliti nee moi ukljuiti u sistem telekomunikacija ako ostanu pasivni, pa im je zbog toga trebalo dodati primo-predajni sistem koji bi signal dodatno obraivao kao to to rade repetitori na Zemlji, a dodatno je trebalo rijeiti i pitanje kontinuitata vidljivosti satelita iz pojedinih taaka na Zemlji.

Svaki naredni pokuaj i svaki naredni satelit predstavljao je izvjestan napredak u svakom smislu, tako da su danas rijeeni uglavnom svi problemi i satelit je postao neizostavni dio globalnih telekomunikacija. Ili bolje reeno: krucijalni!

2.1. Nisko-orbitni sateliti za telekomunikacije

Nisko-orbitni sateliti obino krue po krunim orbitama koje su na oko 150 km iznad povrine Zemlje, a vrijeme obilaska oko Zemlje mu je oko 90 minuta. Ako je satelit u niskoj orbiti, on e rotirati oko Zemlje vrlo kratko vrijeme. Ako je na vioj orbiti trebat e mu vie vremena da obie Zemlju. Prvi sateliti su kruili po niskim eliptinim orbitama. Lansiranjem u vie orbite ta elipsa postepeno postaje krunica, a vrijeme kruenja se postepeno poveava do 24 sata. Zbog male visine njihove orbite oni su vidljivi samo sa povrine Zemlje radijusa od oko 1000 km od podsatelitske take. Uz to, ovi sateliti mijenjaju svoj poloaj u odnosu na zemlju veoma brzo i mora ih biti mnogo tako da ine satelitske konstelacije koje sadre od 66 satelita ( IRIDIUM) do 720 ( Microsoft Paul Allan).

LEO satelitski sistemi imaju znaajne prednosti u odnosu na geostacionarne satelitske sisteme kod pruanja mobilnih satelitskih usluga. Korisniku se omoguuje pokretljivost, upotreba mobilnih uredjaja malih dimenzija i male snage.

Nekoliko kompanija je zasluno za razvoj jednog vida ove tehnologije, koritenjem satelita u niskoj orbiti (LEO). Ove orbite su znatno blie Zemlji nego one po kojima su kruili TELSTAR i RELAY poetkom 60-tih. Ova konstelacija LEO satelita koji su postavljeni u orbitu na oko 650 km od strane MOTOROLE nosi naziv IRIDIJUM i sadri 66 satelita ( iako je trebalo biti 77 zbog ega je i dobila ime po rednom broju iridijuma u periodskom sistemu) orbitira u 6 ravni koje su odvojene uglovima od 300, a u svakoj ima 11 satelita. Ovaj sistem obezbjeuje usluge hand-held telefonima od 1998.

GLOBALSTAR sistem je drugi vaan sistem na LEO orbitama. On e omoguiti pouzdan rad i ukoliko poneki satelit u konstelaciji otkae ( za razliku od geostacionarnog gdje se to gotovo nikad ne deava). Vrijeme ophodnje mu je 113 minuta, pa 12.7 puta obie Zemlju za 24 sata. Ipak, to mijenjanje poloaja satelita u odnosu na taku na Zemlji nee uticati na kvalitet veze, jer e simultana upotreba do tri satelita omoguiti kvalitetnu vezu. Trokovi lansiranja nisu veliki pa GLOBALSTAR spada u jeftinije sisteme. Satelit nee direktno spajati korisnike nego nastoje iskoristiti postojee javne telefonske mree, analogni i digitalni celularni sistem, pa e se prebacivati poziv izmeu korisnika i zemaljske stanice ( gateway) ili direktno sa satelita, ako je sagovornik korisnik GLOBALSTARA. Ovaj sistem se sastoji od 56 satelita, gdje je 48 aktivnih i 8 rezervnih. Sateliti su smjeteni u 8 orbitalnih ravni sa po 6 satelita na visini od 1414 km pod uglom od 520. Glavni dio GLOBSTAR sistema je komunikacijski.

Osim velikih LEO sistema kao to su IRIDIJUM i GLOBALSTAR postoji i itav niz manjih sistema, iji vlasnici nude uskonamjenske usluge, uglavnom na polju prenosa podataka i radiodetekcije. Inae LEO sateliti su omiljeni za primjene u mobilnim sistemima, za razliku od geostacionarnih koje preferiraju za prenos TV signala i prenos podataka velikom brzinom.

Znaajna prednost LEO sistema je u niskim trokovima lansiranja i malom vremenu kanjenja, ali imaju jednu veliku manu, a to je kratak vijek trajanja.

2.2. Srednje-orbitni sateliti za telekomunikacije

Srednje-orbitni ( MEO) sateliti su relativno malobrojni. I MEO su kao i LEO subsinhroni sateliti koji su tako lansirani da je srednja zvjezdana perioda obrtanja Zemlje oko svoje ose jednaka multiplu srednje zvjezdane periode obrtanja satelita oko Zemlje. Nalaze se na visinama od 9600 do 19 000 km ili ak do 21 000km, sa periodom obrtanja oko Zemlje od 2-12 sati. Prednosti su im umjereni trokovi lansiranja, a mane vee vrijeme kanjenja nego LEO.

U ovu grupu satelita spada i MOLNIA, koji je lansiran iz potrebe da se u SSSRu pokriju sjeverna podruj zemlje koja nije mogao pokriti geostacionarni sistem. On dodue ima vrijeme obilaska 12 sati i nalazi se na visini od oko 21 000 km ( gornja granica MEO orbitiranja), za razliku od drugih MEO satelita koji su u znatno niim orbitama i obilaze Zemlju za 2 -4 sata. Prvi satelit iz serije MOLNIA je lansiran 1965. i imao je zadatak da prenosi TV signal iz Moskve u Sibir i na Daleki Istok do Vladivostoka. Godine 1967. sovjetski inenjeri su konstruisali satelitski sistem nacionalne TV nazvan ORBITA koji se zasnivao na MOLNIA satelitima, i apsolutno je prilagoen potrebama ove zemlje kako bi sva podruja u njoj imala neprekidnu TV i telefonsku mreu, a koristi se i za mobilnu radio vezu i u neke druge svrhe, a to se postie orbitama sa pogodnom inklinacijom i elevacijom. Jer, MOLNIA orbita je visoke inklinacije to garantuje dobru elevaciju preko odabrane teritorioje za vrijeme orbitiranja po sjevernom podruju. Elevacija je mjera satelitske pozicije iznad horizonta, pa satelit na horizontu ima nula elevaciju, a satelit iznad glave ima elevaciju od 900.

Dalje, orbita MOLNIA satelita je tako dizajnirana da satelit troi najvie vremena iznad dalekih sjevernih predjela, a za to vrijeme njegova sjena se pomie sporo. Njegov period je pola dana, tako da satelit je na raspolaganju za rad iznad ciljane oblasti 8 sati. U takvoj konstelaciji MOLNIA obezbjedjuje kontinualnu vezu.

2.3. Visoko-orbitni sateliti za telekomunikacije

GEO sateliti se nalaze na visini od 36 000 km iznad Zemlje, gdje su ugaona brzina satelita i ugaona brzina okretanja Zemlje iste, pa je i period obrtanja isti, tj. 24 sata. Zbog toga se moe smatrati da se satelit u odnosu na zemlju i ne kree, mada postoji neko malo klizanje zbog uticaja drugih nebeskih tijela.

Prednosti ovog sistema su to pokriva 42 % Zemljine povrine i to ima konstantan poloaj u odnosu na odreenu taku na Zemlji. Zbog toga su u sistemu potrebna 3 satelita da bi pokrila itavo podruje Zemljine povrine ( osim polatrnih koja ova konstelacija nikad ne moe pokriti) Geostacionarni satelit se okree oko zemlje jednom dnevno, iznad ekvatora. Takojer je bitno to nema problema zbog Dopplerovog efekta ( promjena visine tona zbog kretanja izvora). Nedostaci su veliko vrijeme kanjenja signala ( koje je bitno u telefoniji, ali nije u prenosu podataka i nekih drugih namjena), skupe zemaljske stanice i nepokrivenost polarnih podruja .

Ovaj satelitski sistem je pogodan za primjenu u komunikacijama jer antene na Zemlji, koje moraju biti usmjerene ka satelitu, rade efikasno bez potrebe da imaju skupu opremu za traganje za satelitom. Uteda je tolika da opravdava vea ulaganja za trokove lansiranja na tako veliku udaljenst od povrine zemlje.

Prvi geostacionarni komunikacioni satelit je bio ANIK 1, kanadski satelit lansiran 1972., dok su USA lansirale svoj prvi komunikacioni satelit WESTAR 1 1974., a odmah sljedee godine i SATCOM 1.

Danas u orbitama ima najvie geosinhronih komunikacionih satelita i to oko 2/3 od ukupnog broja.

3. PRIMJENA SATELITA U TELEKOMUNIKACIJAMA

Kao to smo vidjeli, sateliti su uvedeni prvenstveno iz potrebe za globalnim komunikacijama, mada su im kasnije dati i razni drugi zadaci. Ali, bez obzira na to, njihova primarna uloga je da obezbijede komunikaciju izmeu bilo koje dvije take, ne samo na povrini zemlje, ve i ispod povrine okeana, pa u izvjesnoj mjeri i u kosmosu.

3.1. Primjena u telefoniji

Prva, ali jo uvijek najvanija primjena komunikacionih satelita je u oblasti internacionalne telefonije. Sa fiksnog telefonskog aparata pozivi se upuuju zemaljskoj stanici odakle se oni alju geostacionarnom satelitu. Ovaj satelitski sistem je pogodan za primjenu u komunikacijama jer antene na Zemlji, koje moraju biti usmjerene ka satelitu, rade efikasno bez potrebe da imaju skupu opremu za traganje za satelitom, pa se zato i koristi u fiksnoj telefoniji. Runi celularni telefoni u urbanim sredinama ne koriste satelitske telekomunikacije.. Umjesto toga oni koriste pristup zemaljskim baznim stanicama, bez obzira da li se radi o prijemnim ili odailjuim stanicama. Kod pruanja mobilnih satelitskih usluga LEO satelitski sistemi imaju znaajne prednosti u odnosu na geostacionarne satelitske sisteme. Korisniku se omoguuje pokretljivost, upotreba mobilnih uredjaja malih dimenzija i male snage. U ovom sluaju LEO sateliti su primjer koritenja satelita od strane obinog ovjeka. Mobilna telefonija nam je donijela i novi tehnoloki sistem- lini sistem za komunikaciju (PCS). U kompletno razvijenom PCSu osoba nosi samo telefon. Taj telefon je sposoban za prenos glasa ili podataka bilo gdje u svijetu. Nekoliko kompanija je zasluno za razvoj jednog vida ove tehnologije, koristei satelite u niskoj orbiti (LEO). Ovaj sistem obezbjeuje usluge hand-held telefonima od 1998. Najpoznatiji satelitski sistemi za ovu namjenu su IRIDIJUM i GLOBALSTAR, oba na LEO orbitama, koji se koriste u mobilnoj telefoniji. Pri tom satelit nee direktno spajati korisnike nego nastoje iskoristiti postojee javne telefonske mree, analogni i digitalni celularni sistem, pa e se prebacivati poziv izmeu korisnika i zemaljske stanice ( gateway) ili direktno sa satelita, ako je sagovornik korisnik GLOBALSTARA.

3.2. Primjena u radio-televiziji Prijem TV programa moe se obavljati posredstvom klasinog sistema prenosa ili posredstvom satelitskih sistema komuniciranja. Kod klasine televizije predajnik se nalazi na zemlji, sa antenom koja je uzdignuta iznad povrine zemlje, da bi se obezbijedio vei domet i potrebna jaina signala. Kod satelitske televizije predajnik se nalazi na vjetakom Zemljinom satelitu. Televizijski signali se emituju posredstvom elektromagnetskog talasa (EM) od Zemlje do satelita, a zatim se sa satelita vraaju na zemlju. Tako, da bi TV signal stigao do nekog veoma udaljenog korisnika na globusu, potrebno je koristiti bar etiri antene:

-antenu zemaljskog predajnika,

-prijemnu antenu na satelitu,

-predajnu antenu na satelitu

- prijemnu antenu na Zemlji.

Klasian prenos TV signala ima vrlo ogranien domet zbog uslova prostiranja EM talasa. Poto se EM talasi prostiru praktino pravolinijski, to je, zbog zakrivljenosti zemljine povrine, njihov domet ogranien na oblast koja se direktno vidi sa mjesta predajne antene, i u principu je odredjena linijom horizonta. Poveanje visine predajne antene doprinosi poveanju dometa u klasinoj televiziji.

Da bi se domet klasinog prenosa TV signala poveao i izvan dometa predajnika ( 60-150 km), grade se mree repetitora na svakih 100 do 300 km jedan od drugoga, ime se postie pokrivanje znatno vee teritorije. U tom sluaju televizijski signal se alje posredstvom relejnih predajnika. Ovakvo rjeenje nije ba efikasno u planinskim podrujima, pa se poseglo za drugaijim rjeavanjem ovog problema koje je omoguila satelitska tehnika. Ona je omoguila veliku teritorijalnu pokrivenost televizijskim signalom, kvalitet tona i slike je neuporedivo bolji, smetnje i ostale pojave prisutne kod zemaljske televizije praktino i ne postoje, a broj programa koji se mogu pratiti prelazi nekoliko hiljada u analognom ili digitalnom domenu.

Satelitski prenos TV signala koristi predajnik i predajnu antenu na vjetakom Zemljinom satelitu. Predajnik nije snaan ( 50-100W) pa je zbog toga signal na mjestu prijema veoma slab ( 10 -17 W/m2) zbog ega mora da se koristi prijemna antena sa veikim gainom ( pojaanjem) od 35 do 50 dB i pojaava u sklopu konvertora frekvencije koji ima pojaanje od 55-60 dB. Frekvencije koje se koriste za satelitsku televiziju su u okviru C opsega ( 3.7 do 4.2 GHz) i u okviru Q opsega 8 10.7 do 12.75 GHZ) sa tendencijom irenja na Ka opseg ( 20 GHz).

Na satelitu se nalazi prijemna antena koja prima signal iz studija na Zemlji, koji on preko predajnika i predajne antene vraa na Zemlju, pokrivajui tim signalom znatno veu oblast nego to je to mogao sistem relejnih veza. Vano je istai da kod satelitskog prenosa signala dananja tehnika omoguava da je poveanjem snage predajnika na satelitu mogue smanjenje dimenzija i prijemnih antena, tako da se danas neki satelitski programi mogu primati antenama prenika od samo 40 cm.

Emitovanje i prenos radio i televizijskog programa je samo jedan dio funkcije satelita od posebnog interesa. Tokom 90-tih godina u svijetu je postojalo preko 300 geostacionarnih satelita, pri emu su neki od njih, pored ostalih telekomunikacionih servisa, koristili se i za emitovanje veeg broja TV programa.

U SADu postoje dva tipa satelita za upotrebu u radio-televiziji:

- Direktni radio-satelit ( DBS), i

- Fiksni satelitski servis (FSS).

Direktni radio-satelit je komunikacioni satelit koji alje signal maloj DBS anteni prenika od 18 do 24 ina. On radi obino u gornjem dijelu Ku opsega. DBS tehnologija se koristi za DTH ( Direct-to-Home) satelitski TV servise kao to su Direc TV, DISH Network, Sky Angel u USA, Express Vu u Kanadi i Sky Digital u UK.

Fiksni satelitski servis koristi C opseg i donje dijelove Ku opsega, a najee se koristi za uenje na daljinu, video konferencije i openito komercijalne telekomunikacije, ali i u neke druge svrhe.

FSS satelite se bitno razlikuje od DBS satelita jer ima manju RF izlaznu snagu pa zahtjeva vei tanjur za prijem ( 3-8 stopa za Ku opseg i 12 stopa za C opsag), a koristi linearnu polarizaciju za svaki od RF ulaza i izlaza, dok DBS koristi krunu polarizaciju.

Definicija FSS i DBS satelita van Sjeverne Amerike, a posebno u Evropi je pomalo nejasna i zbunjujua. Naime, veina satelita koritenih u DTH televiziji u Evropi imaju istu izlaznu snagu kao i DBS u Sjevernoj Americi, ali koriste linearnu polarizaciju kao FSS klasa satelita. Primjeri za to su ASTRA, EUTELSAT, HOTBIRD. Zbog toga, termini FSS i DBS se vie koriste u USA, a u Evropi su neuobiajeni.

Televizijski programi se mogu svrstati u grupu onih koji se mogu slobodno gledati bez plaanja pretplate i na grupu kodiranih koji se mogu pratiti samo preko sistema sa dekoderom, to podrazumijeva plaanje. Plaanje pretplate se realizuje posredstvom kupovine dekoder kartice koja se ubacuje u dekoder. Od poznatijih programa koji su kodirani spomenut emo MTV, DISCOVERY, TV1000 itd.

Osim to ih moemo svrstati u ove dvije grupe, programe moemo razvrstati i po sadraju i to na djeije, filmske, muzike itd.

Kako se zemaljski televizijski satelitski sistem sastoji od antene, konvertora i satelitskog prijemnika, to e kvalitet slike i zvuka, ali i komfora, zavisiti od kvaliteta tih komponenata. Antena fokusira primljeni signal konvertoru koji e ga primiti i dalje obraditi. Od njegove preciznosti zavisi kvalitet signala. Ako je TV signal slabiji, potrebna je antena veeg prenika. Takoer je bitna preciznost izrade antene, tj. ne smije biti mehaniki deformisana jer je tada fokus nepravilan, pa njeni efekti ne odgovaraju nominalnima. Najee se koriste tzv. offset antene koje su kod nas prenika 90 cm i one u potpunosti zadovoljavaju. Konvertor se postavlja u fokus antene i ima zadatak da primi signal, pojaa ga, izdvoji odgovarajuu polarizaciju i prebaci signal sa desetak i vie GHz u opseg od 0.7 do 2 GHz, kako bi se mogao prenijeti koaksijalnim kablom do satelitskog prijemnika koji se nalazi u stanu. Prijemnik, iz dolazeeg signala, izdvaja odabrani program i prosljedjuje ga TV aparatu.

Pored individualnih sistema namijenjenih pojedinanim korisnicima, sl. 3.2.1, postoje i varijante za vie korisnika, to se moe izvesti na dva naina.

Slika 3.2.1. Osnovni sistem Slika 3.2.2. Sistem sa dva LNBa

Slika 3.2.3. Zajedniki satelitski sistem

Upotrebom razdjelnika ( multiswitch) e u svakom stanu moi da se koristi satelitski prijemnik i gledaju programi sa nekoliko satelita. Takva antenska instalacija izvodi se tako da se koristi zajedniki satelitski tanjir, jedan ili dva dvostruka LNBa ( konvertora), zavisno o tome koliko se eli pratiti satelita. Takav sistem, ako je na njega spojeno vie zgrada, naziva se sistemom kablovske televizije. U kablovske sisteme je mogue ugraditi razne dekodere za gledanje kodiranih programa ( koji se plaaju). Pomou kablovskih sistema obino se prati 15-20 satelitskih i 5-8 domaih programa.

Postoje i pokretni ( motorni) satelitski sistemi koji nam omoguuju praenje programa sa svih satelita koji su nam optiki vidljivi, a to su oni izmeu 400 istono i 400 zapadno. Sistem se obino sastoji od antene od 90 cm, konvertora, satelitskog prijemnika i motora sa ugraenim potenciometrom. Njegova prava vrijednost se vidi tek ako ga opremimo i sa digitalnim prijemnikom i dekoderom, jer je veina dobrih programa prela na digitalno emitovanje ili je kodirana. Ali, komfor i kvalitet imaju svoju cijenu, pa smo u jeftinijim varijantama uskraeni u broju i kvalitetu programa. Digitalna TV je noviji i bolji nain emitovanja programa pri emu se otklanjaju mnogi problemi prisutni u emitovanju zemaljske televizije, a istovremeno se racionalnije koristi frekvencijski opseg odreen za televiziju, pa se umjesto klasinog analognog programa moe emitovati desetak digitalnih TV i radio programa po istom transponderu. Da bismo to mogli, moramo nabaviti satelitsku antenu od 90 cm, univerzalni ( digitalni) konvertor LNB i digitalni prijemnik. Ako imamo analogni sistem sa univerzalnim LNB-om, dodaje se jo digitalni prijemnik uz postojei analogni. 3.3. Primjena u GPSu ( Globalni Pozicioni Sistem) GPS je najprije zamiljen kao sistem za vojno i civilno pozicioniranje i navigaciju. Razvijen, kontrolisan i odravan od Ministarstva obrane SADa, GPS postaje moan sistem za pozicioniranje na Zemlji, dostupan svima i svugdje. GPS signali su besplatni i pokrivaju itavu Zemlju. On omoguuje korisnicimana moru, kopnu i u vazduhu odredjivanje 3D pozicije, brzine i tanog vremena 24 sata dnevno, bez obzira na atmosferske prilike, sa tanou veom nego bilo koji radionavigacijski sistem do sada. Koristi satelite BLOCK I i II, a do 2009. bit e lansiran i BLOCK III.

to je GPS? GPS je mrea satelita koja kontinualno odailje kodovane informacije pomou kojih je omogueno precizno odreivanje poloaja na Zemlji. Sateliti alju vrlo slabe radiosignale omoguujui GPS prijemniku da odredi svoj poloaj na zemlji.

GPS ima raznovrsne primjene na kopnu, moru i u vazduhu, U sutini, GPS omoguuje da se zabiljee poloaji taaka na Zemlji i da se pomogne u navigaciji do tih taaka. GPS se moe koristiti svagdje osim na mjestima gdje ne moe doprijeti signal, a to su mjesta unutar zgrada, u tunelima, spiljama, garaama i drugim podzemnim lokacijama, te ispod vode. Najea primjena u vazduhu obuhvata navigaciju u vazduhoplovstvu, dok na moru GPS obino koriste za navigaciju rekreativni nautiari i entuzijasti ribolovci. Primjene na kopnu su raznovrsne. Naunici esto koriste GPS zbog njegove mogunosti preciznog mjerenja vremena. Geodeti ga koriste da bi bili efikasniji u svom radu, jer im smanjuje vrijeme potrebno za njihova mjerenja. GPS se moe koristiti u svim rekreativnim sportovima kao to su planinarenje, biciklizam, lovstvo itd. Vidjamo ih u kolima kao sisteme za navigaciju, zatim na brodovima i avionima.

GPS sve vie postaje uobiajeno pomagalo i u automobilu, npr. pozivanje pomoi na cesti, Sofisticiraniji sistemi mogu pokazati poloaj vozila na elektronskoj karti dajui vozaima mogunost da obiljee svoje poloaje i potrae neku adresu, npr. ulicu, restoran, hotel ili neto drugo. Neki ak mogu automatski kreirati rutu i davati uputstva za svako skretanje do traenog mjesta.

GPS ima tri segmenta: svemirski, kontrolni i korisniki. Svemirski segment se sastoji od 24 satelita ( 21 aktivan i 3 za rezervu) koji su teki oko 900 kg, a snaga predajnika je 50 W. Oni su na relativno velikoj visini 20 000 km ( 12 sati za obilazak) to omoguuje da pokriju vee podruje i da su kontinuirano dostupni GPS prijemniku.

Kontrolni segment kontrolie GPS satelite i upravlja njima dajui im ispravljene orbitalne i vremenske informacije. Ima 5 kontrolnih stanica irom svijeta.

Korisniki segment se sastoji od prijemnika svih oni koji koriste GPS. A to su pomorci, piloti, planinari, lovci, vojnici i bilo tko drugi tko eli znati gdje se nalazi, gdje je bio ili kuda ide.

GSP-prijemniku moraju biti poznata dva podatka da bi odradio zadati posao. Kao prvo, mora znati GDJE su sateliti ( njihov poloaj) i KOLIKO SU UDALJENI od njega, pa GSP primemnik od satelita pikuplja dvije vrste kodovanih informacija. Jedan tip informacija su one koje sadre priblian poloaj satelita i one se pohranjuju u memoriju GPS-prijemnika. Budui da se sateliti pomjeraju, podaci iz tog tzv. almanaha se periodiki auriraju. Za odreivanje 2D koordinata, odnosno geografske irine i duine, potrebna su tri satelita, a za odreivanje tree dimenzije ( nadmorske visine), potrebna su najmanje etiri satelita.

Kad se ovi podaci kombinuju sa vremenom moe se izraunati brzina kretanja, preeni put, brzina penjanja ili sputanja, vrijeme potrebno da se stigne do cilja itd. GPS prijemnik to radi neprestano. On prima signale, pamti, uporedjuje, proraunava .. i daje nam rezultate.

Kako se koristi GPS? Opiimo sferu iji je poluprenik udaljenost od satelita do traene take. Ta taka se nalazi negdje na povrini sfere. Ako se zatim opie i sfera oko drugog satelita, na poloaj bie suen na krunicu nastalu kao presjek dve sfere. Presekom sfere opisane oko treeg satelita, mogui poloaj svodi se na samo dvije take. Jedna je obino u svemiru i to rjeenje otpada, a druga je rjeenje, tj. taan poloaj objekta.

Slika 3.3. Koritenje GPSa

Lista poslova koje moe obaviti GPS je zaista duga. Spomenut emo samo neke:

moe da prikae koordinate ( geografsku irinu i duinu) na kojima se trenutno nalazimo.

moe na displeju da iscrta liniju koja predstavlja put kojim smo proli,

moe da prikae vrijednost brzine kojom se kreemo, prosjenu brzinu, maksimalnu brzinu i ukupni preeni put,

moe da prikae nadmorsku visinu take na kojoj se nalazimo.

Moe da prikae sve relevantne podatke kompasa( numeriki) kao i sam kompas ( grafiki). Mogua je navigacija po azimutu, navigacija ka projektovanoj taki itd.,

Da memorie nau marrutu sa svim podacima o geografskim koordinatama i nadmorskoj visini taaka koje smo proli,

moe da nas vodi po putu kojim nikad nismo proli, dajui mu samo take kroz koje elimo proi, a on sklapa trasu,

moe nam dati kratkorou prognozu vremena, vremena iulaska sunca, preporuku najboljeg vremena za pecanje ili lov itd.

GPS je ameriki sistem, a Evropa e imati GALILEO koji treba da proradi 2008. Njegovi konstruktori tvrde da e eliminisati neke nedostatke koje ima GPS. Izmedju ostalog tvrde da e GALILEO funkcionisati i na mjestima sa loim prijemom gdje GPS zakazuje. I Rusi su razvijali svoj GPS pod nazivom GLANASS, ali on nikad nije zaivio u komercijalnom smislu.

3.4. Primjena u mobilnim tehnologijama Ovdje se radi o mobilnim prijemnicima kao to su oni koje koriste za vozila u pokretu. Koritenjem GPS tehnologije kao reference, antena se automatski preusmjerava ka satelitu, bez obzira gdje se vozilo na koje je antena montirana, nalazilo. Ove mobilne satelitske antene su popularne kod vlasnika rekreacionih vozila. Takoer se koriste i za gledanje programa na LCD ekranima montiranim na sjedala u avionu ili brodu.

Meutim, najznaajnija primjena ovih sistema je u mornarici. Tako je jo 1976. god COMSAT lansirao satelit MARISAT, koji je obezbijedio mobilne usluge amerikoj mornarici. Poetkom 80-tih Evropljani su lansirali MARECS satelite koji su imali istu svrhu, a 1979. god je Medjunarodna moreplovaka organizacija ak inicirala osnivanje Medjunarodne moreplovake satelitske organizacije IMARSAT, kao to je prije toga osnovan INTELSAT. IMARSAT je u poetku iznajmljivao kapacitete na MARISAT i MARECS satelitima, da bi 1990. lansirao svoj vlastiti satelit za tu namjenu INMARSAT II F-1. Danas je u orbiti ve i trea generacija ovih satelita. Pokualo se i sa aeronautikim satelitskim sistemima, ali se dustalo, tako da aeronautiari koriste usluge INMARSATa. Tako je INMARSAT, koji je u poetku zamiljen kao sistem za pruanje telefonskih usluga brodovima i za praenje pomorskog saobraaja, postao mnogo vi odoga. Pomou njega je praen ak i Zaljevski rat.

Mobilne tehnologije ne treba brkati sa sistemom celularne mobilne telefonije.

3.5. Primjena u amaterskom radiju Amaterski radio ima pristup satelitima OSCAR koji su i dizajniran za tu namjenu. Veina takvih satelita rade kao svemirski repetitori i koriste ih amateri sa UHF i VHF opremom i usmjerenim YAGI ili tanjurastim antenama. Zbog skromne zemaljske opreme kojom raspolau amateri, ovi sateliti su lansirani u LEO orbite, a kontakti su ogranieni na neko vrijeme.

3.6. Primjena u multimedijalnim irokopojasnim komunikacijama Budunost komunikacija kree se ka stvaranju globalnih informacionih mrea koje e korisnicima obezbijediti fleksibilne multimedija servise, po zahtjevu, uvijek i na svakom mjestu. Multimedija servisi omoguuju zajedniku prezentaciju razliitih izvora podataka od kojih su najei: slike ( obine ili pokretne), glas i tekst. Ovakvi servisi ukljuivat e video na zahtjev, brz pristup INTERNETU, telemedicinu, teleobrazovanje, prenos velike koliine podataka, kao i niz drugih servisa usmjerenih ka poboljanju kvaliteta ivota. Analize trita pokazuju da e, u bliskoj budunosti, zahtjevi za servisima koji prenose razliite vrste podataka biti vei nego zahtjevi za standardnim telefonskim servisima.

Na koji nain tu moe da pomogne satelitska tehnologija? Do sada su za prenos multimedija servisa koriene zemaljske komunikacione mree nastale razvojem tehnike optikih vlakana i tehnologija kao to su DSL ( Digital Subscriber Line). Ove mree predstavljaju dobro i ekonomino rjeenje za primjenu u gusto naseljenim regijama. Medjutim, one ne mogu zadovoljiti osnovni cilj koji postavljaju savremene telekomunikacije: obezbjedjenje irokopojasnog pristupa za razliite aplikacije, svakom korisniku na svakom mjestu i u svako vrijeme. Naime, zemaljske mree zahtijevaju ogromna ulaganja da bi se premostila tzv. posljednja milja izmedju lokalnog vora i korisnika, jer preko 2/3 od ukupnih investicija za telefonsku mreu izdvaja se za tu posljednju milju! Zato, da bi se svakom korisniku obebjedio pristup irokopojasnoj zemaljskoj infrastrukturi, potrebne su ogromne investicije i dug vremenski period za izgradnju.

Rjeenje za ovaj problem ponudile su satelitske komunikacije, pa se u svijetu konstantno razvijaju mnogobrojni satelitski multimedijalni sistemi koji pruaju:

-mogunost globalnog pokrivanja ukljuujui i udaljene ruralne i teko dostupne zone,

-fleksibilnost u pogledu konfiguracije mree, koja se moe lako mijenjati i prilagoavati zahtjevima korisnika,

-mogunost komunikacije sa fiksnim i mobilnim korisnicima,

- jednostavno pristupanje korisnika instaliranjem odgovarajue opreme

- itd.

Ali, razvoj satelitskih multimedija sistema otvara niz tehnikih i zakonskih problema, koji se odnose na obezbjeivanje odgovarajueg kvaliteta servisa, viestruki pristup resursima sistema, korienje odgovarajuih komunikacionih protokola, povezivanje sa drugim komunikacionim mreama, obezbeenje odgovarajueg kapaciteta sistema, odreivanje frekvencijskih opsega u kojima e sistemi funkcionisati itd.

Znai, planiranje i razvoj savremenih irokopojasnih satelitskih sistema je veoma sloen proces koji se ne moe posmaztrati samo sa tehnikog aspekta, ve se moraju uzeti u obzir i pravni i ekonomski i dr. faktori. Ovi sistemi treba, u prvom redu, da zadovolje potrebe korisnika tj. da obezbijede multimedija servise pravovremeno, kvalitetno i po pristupanoj cijeni.

U svijetu postoji vie satelitskih sistema za ovu namjenu. Neki su se razvili dogradnjom prethodnih koji su sluili digitalnoj televiziji. Takav je DVD/MPEG-2 ( Digital Video Broadcast/ Moving picture Experts Group) koji se razvio iz DVD-S ( Digital Video Broadcast-Satellite).

Satelitski sistem SWITCH-IN-THE-SKY koncepta se moe ponaati kao mrea za lokalni pristup korisnika, pri emu satelit, preko pristupne ( gateway) stanice samo povezuje korisnike sa zemaljskom infrastrukturom. Takodjer moe da slui kao osnovna mrea ( core network).

Veina novih i buduih irokopojasnih satelitskih sistema bit e zasnovana na ATM ( Asynchronous Transfer Mode) . ATM je tehnika za komutaciju i multipleksiranje, idealna za multimedija aplikacije, jer omoguuje integraciju servisa za prenos glasa, videa i podataka, a pri tom zadovoljava trendove kojima se tei u razvoju buduih komunikacionih mrea: fleksibilnost, paketska orijentisanost i garantovanje kvaliteta. Meutim, ATM je razvijen za primjenu u zemaljskim irokopojasnim mreama koje koriste optika vlakna i samim tim omoguavaju gotovo neograniene opsege za prens i veoma nizak BER ( bit error rate). Nasuprot tome, satelitski linkovi imaju ograniene opsege, a esta je i pojava paketskih greaka. Zato implementacija ATM-a u satelitskom okruenju zahtjeva specifine postupke kodiranja i kontrole greke.

U svijetu postoji nekoliko veoma ambicioznih projekata irokopojasnih satelitskih sistema, od kojih su ve neki puteni u rad. Takav je SKYBRIDGE. To je irokopojasni sistem sa malim kanjenjem za lokalni pristup koji povezuje terminale krajnjih korisnika za zemaljsku irokopojasnu strukturu. Veze se uspostavljaju kroz regionalne zemaljske gateway stanice preko konstelacije od 80 satelita u LEO orbiti na visini od 1469 km. Sistem radi u Ku opsegu ( 10 18 GHz). To je jedini od ovih sistema koji koristi taj opseg, inae pogodan zbog toga to ima manje slabljenje signala pri propagaciji, posebno kad pada kia, to omoguava upotrebu provjerenih i iroko dostupnih tehnologija.

Drugi sistem koji treba spomenuti je TELEDESIC, prvobitno nazvan INTERNET IN THE SKY je irokopojasni LEO sistem koji radi u Ka opsegu i koristi znatno napredniju tehnologiju od prethodnog koja ukljuuje obradu signala i komutaciju na samim satelitima.

Sky Bridge i TELEDESIC su, za sada jedin namjenski irokopijasni LEO sistemi. Takodjer postoji izvjestan broj projekata irokopojasnih sistema u geostacionarnoj orbiti, koji su jednostavniji. Neki su ve puteni u rad, a neki e biti u narednim godinama.

Potreba za globalizacijom komunikacija je ogromna, a izgradnja sveopte zemaljske mrene strukture i skupa i spora. Zato je jedino rjeenje razvoj globalnih irokopojasnih satelitskih multimedija sistema. Neki od ovih sistema bit e samo mree za pristup, dok e neki predstavljati samostalne komunikacione mree i dopunjavat e zemaljske irokopojasne mree. Onog trenutka kada postanu operativni, svi ovi sistemi e obezbjediti instant infrastrukturu u svakoj taki na planeti.

4. SATELITSKI PRENOSNI SISTEMI

4.1. Osnovne komponente satelitskih sistema

Svaki komunikacioni satelit u najjednostavnijoj formi, bez obzira u kojoj putanji orbitira, podrazumjeva transmisiju signala od izvorne zemaljske stanice ka satelitu i retransmisiju signala od satelita nazad ka Zemlji. Pri tome se na Zemlji moe odabrati neka konkretna zemaljska stanica ili se moe raditi o difuznoj radio-televizijskoj mrei. Otuda je jasno da satelit mora imati prijemnik i prijemnu antenu, predajnik i predajnu antenu, neke uredjaje za povezivanje ovih uredjaja, te izvor napajanja koji pokree svu tu elektroniku. Stvarna priroda ovih komponenata e se razlikovati, zavisno od orbite i sistema arhitekture, ali ipak svaki satelit mora imati te osnovne ureaje.

Prijemnik i predajnik na satelitu se nazivaju zajednikim imenom transponder. On moe biti ponavlja koji pojaava signal i frekvencijski ga pomjera, a moe biti i kompleksniji pa tada izvodi i neke dodatne operacije, kao to su detekcija, demultipleksiranje, remodulacija itd. Predajnik, u okviru transpondera, je zasnovan na pojaalu snage koje radi na granici zasienja, da bi obezbijedilo maksimalnu iskoritenost skromnog DC napajanja. Tipinni nivoi snage su 10 W, a koeficijent korisnog dejstva samo 30 %.

Snaga koju predajnik na satelitu treba imati zavisi u prvom redu od visine orbite. S obzirom da su geostacionarne orbite do 100 puta udaljenije od LEO orbita, to e i potrebna snaga biti mnogostruko vea. Na sreu, mogu se promijeniti neke druge stvari to e doprinijeti smanjenju te ogromne razlike u potrebi za tako velikom snagom, pri emu se u prvom redu misli na antenu. Meutim, pojam velike snage na satelitu podrazumijeva ve i snagu od 200 W, za razliku od pojma velike snage predajnika u zemaljskom radio sistemu gdje je to reda vie kilovata.

Od modulacionih postupaka koriste se MSK, BPSK, QPSK. Prijemnici su visokoosjetljivi, najee u kombinaciji sa pretpojaalima iza antena.

Postoji velika razlika u antenama u zavisnosti od visine orbite. Naime, povoljnom konstrukcijom antene i njenim velikim gainom, moe se postii da nije potrebna tako velika snaga predajnika kao to bi se oekivalo s obzirom na visinu orbite i slabljenje koje ona unosi.

Slika 4.1. Osnovne komponente komunikacionog satelita

Prve antene su bile omnidirekcionalni dipoli, dok se u dananje vrijeme koriste obrtne horn antene na satelitu, a za zemaljske stanice velike paraboloidne antene. Naime, udvostruavanjem dijametra reflektora tanjiraste antene smanjit e se povrina zrake na od one koja bi se imala sa manjim reflektorom, to karakteriemo kao gain antene. On nam naprosto kae koliko vie e snage pasti na 1 cm2 sa tom antenom, nego bi palo ako bi snaga predajnika bila razasuta uniformno ( izotropno) u svim smjerovima. Ova vea antena bi imala 4 puta vei gain od one manje. Na taj nain se rasipa manje energije, pa je automatski potrebna manja snaga geostacionarnom predajniku nego to bi inae trebala.

Drugi problem je usmjerenje antene prema zemlji, to je manji problem kod geostacionarnih satelita, ali je zato veoma velik za one satelite iz niih orbita, jer njegovo rjeavanje zahtjeva dodatnu opremu za traganje za satelitima i kontinualno podeavanje antene na Zemlji prema poloaju satelita i antene na njemu.

Pored osnovnih uredjaja na satelitu postoje i pomoni u koje spada oprema za telemetriju koja se koristi i za telekomandu, npr. za stavljanje u pogon motora za mijenjanje ose satelita, kako bi se on postavio u propisani poloaj. Mlaznim motorima se vri stabilizacija spina telekomandom i orijentacijom u odnosu na neke fiksne objekte u odnosu na satelit kao to su zemljina osa ili neke zvijezde. U pomone spada i izvor napajanja kojipredstavlja baterija koja se puni iz solarnih elija.

4.2 Izbor frekvencijskog opsega

Na svom putu od Zemlje do satelita i obrnuto radio-talasi moraju da prou kroz atmosferu. Iz teorije radio-komunikacija poznato je da atmosfera unosi dodatno slabljenje signala, koje ima selektivni karakter. Naime, istraivanja su pokazala da u cijelom opsegu frekvencija radio-talasa postoje dva prozora. Na talase ije su frekvencije unutar tih prozora, atmosfera ne unosi slabljenje ili je ono neznatno.

Jedan od prozora predstavlja opseg frekvencija koji se nalazi u okolini vidljivih zraka i infracrvenih zraka. Taj opseg nije interesantan za telekomunikacije, za razliku od drugog. Na granine frekvencije ovog prozora utiu jonosfera i troposfera. Ispitivanja uslova prostiranja kroz jonosferu pokazala su jedan interesantan fenomen. Postoji kritina frekvencija jonosfere. Ona dijeli cio opseg radio-talasa na dva dijela: talasi niih frekvencija od kritine reflektuju se od jonosfere ka Zemlji, a talasi viih frekvencija prodiru kroz nju. Donja granina frekvencija drugog prozora je kritina frekvencija jonosfere. Kritina frekvencija jonosfere, koja zavisi od mnogo faktora kao to su: doba dana i noi, solarna aktivnost, trajektorija prostiranja, geografska pozicija zemaljske stanice, itd, i obino se kree izmedju 2 i 70 MHz.

Na gornju graninu frekvenciju drugog prozora utie troposfera

u kojoj kia i gasovi apsorbuju jedan dio energije talasa. Ta apsorpcija postaje naroito znaajna za frekvencije vee od nekoliko desetina GHz. Konstatovano je da gornja granina frekvencija u izuzetno nepovoljnim okolnostima moe da iznosi oko 10 GHz, u normalnim uslovima se nalazi oko 20 GHz, a u rjeim sluajevima moe da se popne i do 50 GHz. Prema tome, opseg frekvencija izmeu nekoliko desetina MHz i 20 GHz predstavlja opseg koji definie ovaj prozor u kosmos.

Satelitske veze mogu biti uspostavljene u razliitim frekvencijskim opsezima, a koriste drugaije nosee frekvencije za prijem ( zemaljska stanica-satelit) i predaju ( satelit-zemaljska stanica). U Tabeli I je dat prikaz najee koritenih frekvencijskih podruja.

Frekvencijsko podruje C ( 4 GHz) je najvie koriteno kod satelitskih komunikacija prve generacije, meutim to frekventno podruje se danas koristi za zemaljske mikrotalasne veze. Dananji trend je koritenje sve viih i viih frekvencija i i to iz podruja Ku i Ka ( 11 i 20 GHz), ali pri tim

frekvencijama velike probleme prave atmosferske nepogode kao to su kia, magla i snijeg.

Izbor najpogodnijeg RF opsega za satelitske telekomunikacije je sloen problem, jer je potrebno nai kompromis izmeu raznih, esto oprenih ekonomsko-tehnikih zahtjeva. Za komercijalnu upotrebu telekomunikacionog satelita prvi i osnovni uslov jeste ekonomska rentabilnost. Visoka cijena transpondera i lansiranja satelita u orbitu mogu se opravdati samo u onim sluajevima kad se obezbjedi veliki informacijski kapacitet satelita. Informacioni kapacitet zavisi od dva faktora: irine frekvencijskog opsega i odnosa signal/ um, pa se poveanje informacionog kapaciteta moe postii poveavanjem frekvencijskog opsega. Meutim, cijena telekomunikacionih sklopova ( filtara, pojaavaa..) proporcionalna je relativnoj irini njihovog opsega. Smatra se da je neki sistem uskopojasan ( a to znai da mu je cijena razumna), ako je zadovoljen uslov

B/fc