Systemy wielowiązkowe (multibeam) SS-TDMA (Satellite Switched TDMA)

Transkrypt

1 Systemy satelitarne Systemy wielowiązkowe (multibeam) techniki dostępu: transponder hopping SS-TDMA (Satellite Switched TDMA) beam scanning

2 Systemy wielowiązkowe Transponder hopping satelita wiązka 1 wiązka 2 częstotliwość B 11 częstotliwość B 11 1 do 1 F T 11 B 11 1 do 1 uplink B 12 1 do 2 częstotliwość B 21 2 do 1 czas B 12 F T 12 B 21 F B 22 T 21 B 21 częstotliwość B 12 2 do 1 1 do 2 czas downlink B 22 2 do 2 F T 22 B 22 2 do 2 czas czas

3 Systemy wielowiązkowe SS-TDMA A B ODB Matryca przełączająca NAD ODB NAD Z-1 Z-2 C-2 B-2 A-2 Z-2 Y-2 X-2 Y-1 Y-2 C-2 B-2 A-2 Z-2 Y-2 X-2 A-1 A-2 A-1 B-1 C-1 X-1 Y-1 Z-1 B-1 B-2 A-1 B-1 C-1 X-1 Y-1 Z-1 C-1 C-2 A-1 B-1 C-1 X-1 Y-1 Z-1 Stacja kontroli satelita wiązka 1 C od 1 od 2 do 1 do 2 Z X-1 X-2 C-2 B-2 A-2 Z-2 Y-2 X-2 Y X wiązka 2

4 Systemy wielowiązkowe SS-TDMA satelita od: wiązka 1 do 1 do 3 do 2 wiązka 2 Synchr do 2 do 1 do 3 do 1 wiązka 3 do 3 do 2 do 1 do 3 Z X A Y B C A do 2 B do 2 C do 2 A do X A do Y A do Z Struktura ramki

5 Sieci VSAT Very Small Aperture Terminals Sieci z antenami o małej średnicy (<1,8m) Prosta, szybka instalacja łatwość rekonfiguracji, możliwość poszerzania zakresu oferowanych usług Parametry transmisji nie zależą od odległości Wysoka technologia

6 Sieci VSAT Hub VSAT VSAT Konfiguracja gwiazdy Hub Konfiguracja kraty

7 Sieci VSAT VSAT PSTN, ISDN, FR, etc. Internet

8 Sieci VSAT Zastosowania Sieci informatyczne usługi bankowe transakcje handlowe systemy informacyjne rezerwacja biletów Sieci telekonferencyjne transmisja mowy transmisja sygnałów video Sieci dystrybucyjne informacje giełdowe informacje meteorologiczne Sieci nadzoru i kontroli monitorowanie ropociągów...

9 Sieci VSAT satelita GEO, pasmo K u lub C satelita Inbound Channel (Inroute) VSAT D < 1.8m P Out =0.1 2W Modem: R X ciągła T X burst BPSK, QPSK, OQPSK Koder splotowy Viterbi dekoder Outbound Channel (Outroute) Data bit rates: inbound: do 512kb/s outbound: do to 2048kb/s HUB D = 3 10m P Out = W Modem: R X burst T X ciągła BPSK, QPSK, OQPSK Koder splotowy Viterbi dekoder Interfejs: HDLC (SNA/SDLC) X.25 TCP/IP interfejs: HDLC (SNA/SDLC) X.25 TCP/IP

10 Sieci VSAT Producenci sprzętu Hughes Network Systems (HNS) GTE Spacenet ATT Tridom Satellite Technology Management (STM) NEC GILAT Dornier Multipoint Communications USA USA USA USA USA Israel Germany UK

11 DVB Digital Video Broadcasting Standardy cyfrowej transmisji rozsiewczej (broadcast) PSTN,ISDN, FR, etc. Internet

12 DVB standardy DVB DVB-S (Digital Satellite Transmission Systems) DVB-T ( Digital Terrestrial Transmission Systems) DVB-C (Digital Cable Delivery Systems)

13 DVB-S System z pojedynczą nośną (single carrier) kompresja i multipleksacja sygnałów wg. standardu MPEG-2 modulacja: QPSK korekcja błędów: - kod RS (kod zewnętrzny, 8% nadmiaru) -kod splotowy (kod wewnętrzny) - przeplot Sprawność kodowanie dla kodu wewnętrznego może być zmieniana (3/4, 7/8) w zależności od warunków transmisyjnych (przepływność, moce nadawane,...). Przykład: 36MHz transponder przepływność wyniesie 39Mbit/s dla kodu splotowego o sprawności 3/4

14 DVB-C Standard DVB-C oparty jest na standardzie DVB-S, główną różnicą jest zastosowanie modulacji QAM (Quadrature Amplitude Modulation) zamiast QPSK. Podstawową modulacją jest 64-QAM, ale modulacje o mniejszej (16-QAM, 32-QAM), i większej wartościowości (128-QAM, 256-QAM) są używane. Nie ma wewnętrznego kodu splotowego. Przykład: 8MHz kanał: przepływność wyniesie 38.5Mbit/s jeśli zastosowano modulację 64-QAM

15 DVB-T System wielotonowy (Multi-carrier) wykorzystującycoded Orthogonal Frequency Multiplexing (COFDM) (1705 nośnych dla małych sieci lub 6817 nośnych dla dużych sytemów) kompresja i multipleksacja sygnałów wg. standardu MPEG-2 Modulacja: połączenie OFDM z QPSK/QAM Korekcja błędów: -kodrs (kod zewnętrzny, 8% nadmiaru) -kodsplotowy (kod wewnętrzny) taki sam jak w DVB- - przeplot

16 Orthogonal Frequency Division Multiplexing Rodzaj transmisji wieloczęstotliwościowej (wielotonowej) Dostępne pasmo kanału transmisyjnego podzielone jest na wiele (N) wąskich pasm (podkanałów). Dane transmitowane są równolegle w wydzielonych podkanałach Nośne podkanałów są wzajemnie ortogonalne (odstęp między sąsiednimi nosnymi wynosi f=1/t, gdzie T jest odstępem jednostkowym modulacji) Generacja i odbiór sygnału realizowane są w oparciu o algorytmy transformaty Fouriera (IFFT w nadajniku i FFT w odbiorniku)

17 Modulacje wielotonowe f 1 R/N Modulator 1 Data R=1/T Parallel / Serial R/N R/N f 2 Modulator 2 f N Modulator N Σ s(t) System wielotonowy

18 Modulacje wielotonowe Zalety OFDM Eliminacja zakłóceń powodowanych przez interferencję międzysymbolową ISI (InterSymbol Interference) Zastosowanie w miejsce pojedynczego strumienia danych o dużej szybkości równoległej transmisji strumieni danych o małych przepływnościach powoduje wydłużenie odstepu jednostkowego modulacji do wartosci odpowiadajacej długości odpowiedzi kanału. Wysoka efektywność widmowa Duża elastyczność umożliwiająca optymalizację systemu pod kątem maksymalnej przepływności przez odpowiednią alokację mocy i wartościowości modulacjiw podkanałach.

19 Modulacje wielotonowe Wady OFDM Wrażliwość na zaniki selektywne Wymagana precyzyjna synchronizacja, konieczne jest stosowanie odpowiednich procedur (sekwencje treningowe, sygnały pilotowe) Wrażliwość na zniekształcenia nieliniowe wprowadzane przez kanał transmisyjny z uwagi na dużą dynamikę zmian amplitudy w sygnale OFDM

20 Modulacje wielotonowe kanał wielodrogowy, max. opóźnienie τ max =224µs System z pojedynczą nośną (single carrier) szybkość transmisji R =1/T= 7.4 Msym/s. Poziom interferencji międzysmbolowej ISI (Inter-Symbol Interference): τ max /T= 1600 System wielotonowy (multicarrier) Strumień danych o szybkości R podzielony jest na N równoległych strumieni o szybkościach R mc = 1/T mc = R/N. ISI zostaje zredukowana do wartości: τ max /T mc = τ max /(TN) Dla DVB-T liczba nośnych wynosi N=8192 co daje ISI: τ max /T mc =0.2

21 DVB MPEG2 Multiplex Video Codec Packetizer PES Audio Codec Packetizer PES Program Elementary Streams (PES) TS MUX TS Data Packetizer PES Transport Stream (TS) Data 1 PROGRAM TV = 1 lub więcej Streams

22 Service/Content Providers..... kanał zwrotny: PSTN, ISDN, DECT, CATV,... Contribution network Broadcasting headend DVB SP1 SPn TV/DTH Terrestrial network DVB

23 DVB DVB odbiornik Conditional access DESCRAMBLER DEENCRYPTION Rx. Sat Interaction data Demod. Return ch. COMMON IF data Demux MPEG2 DESC. VIDEO MPEG-2 DESC. AUDIO MPEG-2 A/D A/D VIDEO Video comp. S-video RGB AUDIO STEREO PROCESSOR I.R. interfejsy: RS232C, port równoległy, IEEE 1394, 10BaseT, infrared, Common Interface.

24 DVB Rynek odbiorników DVB Motorola 13% Pace 11% Echostar 5% Philips 9% Sci Atllanta 10% Nokia 9% Sagem 5% Others 30% Humax 1% Grundig 3% Italtel 2% Thomson MM 2%

25 DVB zastosowania DVB a Internet Server DVB Router Internet PSTN/ISDN ISP

26 DVB zastosowania Nauczanie na odległość PC multimedia Wykładowca klasa Broadcast LAN Multimedia PC with DVB card Antena V +RF ISDN Router

27 GPS Global Positioning System Satelitarny System nawigacyjny U.S. Department of Defence Segment satelitarny Opis systemu konstelacja 24 (21 czynnych plus trzy zapasowe) satelitów 6 orbit kołowych (kąt inklinacji 55 ), wysokość orbity km, czasu obiegu satelity wokół Ziemi: 11 godzin 58 minut na każdej z orbit (przesuniętych względem siebie o 60 ) znajdują się 4 satelty transmisja sygnałów: spread-spectrum (CDMA)

28 GPS Global Positioning System Wiadomość nawigacyjna Wiadomość nawigacyjna zawiera dane niezbędne do wyznaczenia pozycji (położenia). Dane transmitowane są z szybkościa 50bit/s, ich długość wynosi bitów; przesłanie całej wiadomości trwa 12.5 minuty. Dane podzielone są na trzy bloki. które zawierają miedzy innymi parametry satelitów ( orbita, zagary,,,,) Dokładność pomiaru 50 ft (15m) dla kodu C/A (coarse/acquisition code) 1m dla kodu P (precision code)

29 GPS

30 GPS Global Positioning System Segment kontroli Master Control Station - Colorado Springs stacje monitorowania - Colorado Springs, Diego Garcia, Ascension Island i Hawaje stacje dosyłowe - Diego Garcia i Ascension Island. Segment użytkownika Odbiorniki różnej klasy, od prostych o małych wymiarach po złożone o dużej dokładności wykorzystywne np. w geodezji.

31 Systemy radiokomunikacji ruchomej Systemy ruchome pierwszej generacji ORGANIZATION STANDARD SATELLITE SERVICES DATA BIT RATE (bit/s) INMARSAT A (1982) MARECS Voice, fax (worldwide coverage) INMARSAT B (1993) MARECS Voice, fax, data (worldwide coverage) INMARSAT Aeronautical (1992) MARECS Voice, fax, data (worldwide coverage) QUALCOMM OmniTracs GSTAR Two-way short messages / navigation (North America) ALCATEL- QUALCOMM EutelTracs EUTELSAT I-II Two-way short messages / navigation (Europe) APPLICATION AREAS TERMINAL COST Analogue FM Maritime 30,000$ k (voice) 40,000$ k Aeroplanes (commercial and private) k (down) Land-mobile 4,000$ (up) 5-15k (down) (up) Land-mobile 4,000$ 50 SERVICE CHARGES ($/min)

32 Systemy radiokomunikacji ruchomej Systemy ruchome drugiej generacjii ORGANIZATION STANDARD SATELLITE SERVICES DATA BIT RATE (bit/s) INMARSAT Mini-M (1996) INMARSAT-III Voice, fax, data (worldwide coverage) OPTUS COMMS. MOBILE-SAT (1994) OPTUS Voice, data, navigation (Australia) APPLICATION AREAS TERMINAL COST 2.4k Maritime and landmobile (laptop size terminals) 5,000$ k (voice) Mobile vehicles 7,000$ k (data) AMSC MSAT (1994) MSAT Voice, data (North 1.2k-9.6k Mobile vehicles 3,000$ America) ESA PRODAT-II ITALSAT F2 Data (Europe) k Management - - SERVICE CHARGES ($/min)

33 Systemy radiokomunikacji osobistej Type of orbit Altitude (km) Inclination angle (deg) No of orbit planes No of satellites Czas obiegu Visibility time (min) Min. elevation angle (deg) Max signal delay (ms) IRIDIUM LEO GLOBALSTAR LEO ICO (Inmarsat P) MEO services Voice (kb/s) Data (kb/s) Frequency bands Modulation Multiple access No of beams per sat. No of gateways IRIDIUM Voice, fax, data, paging 2.4/ L, Ka QPSK TDMA/FDMA Yes GLOBALSTAR Voice, fax, data, paging L, S, C QPSK CDMA 16 1 per No 500,00km 2 ICO (Inmarsat P) Voice, fax, data, paging L, C QPSK TDMA No OBP

34 Systemy szerokopasmowe Teledesic 288 satelitów LEO ISL do 8 sąsiednich satelitów (155 mbps to 1.2 Gbps) szybkość transmisji od 16 kbps do 1.2 Gbps Standard terminal: 16 kbps to 2 Mbps, 16 cm to 1.8 m» High speed terminal: 16 kbps to 64 Mbps» Gigabit terminal: up to 1.2 Gbps Każdy satelita realizuje 125,000 kanałów 16 kbps System komórkowy» 160 km x 160 km superkomórka podzielona na komórki o wielkosci 53 km x 53 km» Satelita pokrywa 64 superkomórki/576 komórek» przepływność binarna: 18 x 1.5 mbps na komórkę

35 Rynek satelitarny dochód w mld $ usługi (subskrypcje) dzierżawa transpoderów (źródło : Satellite Industry Association)