Wszyscy zgadzaj¹ siê, ¿e

systemy ze sterowcami

lub samolotami mog¹

zapewniæ podobne

warunki transmisji jak

systemy satelitarne

z unikniêciem ich wad

w postaci du¿ych

opóŸnieñ sygna³ów

i du¿ych mocy

nadawania, przy

zachowaniu mo¿liwoœci

obs³ugiwania doœæ

du¿ych obszarów,

których pokrycie

zasiêgiem ziemskiej

³¹cznoœci komórkowej

wymaga³oby znacznie

wiêcej czasu i kosztów.

C

oraz powszechniej systemy radiowe

s¹ wykorzystywane nie tylko do ra-

diodyfuzji programów radiofonicz-

nych i telewizyjnych, ale równie¿

do po³¹czeñ z indywidualnymi abonentami,

zw³aszcza ruchomymi. S¹ to dobrze znane

systemy PCS osobistej ³¹cznoœci komórko-

wej dla abonentów ruchomych i systemy lokal-

nych sieci radiowych LAN, wspó³pracuj¹ce

na przyk³ad z ma³ymi stacjami satelitarnymi, dla

abonentów stacjonarnych rozmieszczonych

na stosunkowo niewielkim obszarze o ma³ej

22

STEROWCE

W £¥CZNOŒCI RADIOWEJ

(1)

r

TELEKOMU

NIKCJA

idea wykorzystania stacji przekaŸnikowej umie-

szczonej znacznie wy¿ej ni¿ stacja bazowa, ale

poni¿ej obszarów kosmicznych. Takim obiek-

tem móg³by byæ sterowiec, samolot lub helikop-

ter, kr¹¿¹cy w pobli¿u sta³ego punktu w obsza-

rach stroposfery na wysokoœci kilkudziesiê-

ciu kilometrów nad Ziemi¹. Obecnie najwiêk-

sze nadzieje rokuje nowoczesna technologia

budowy sterowców, o których stosowaniu za-

pomniano po serii katastrof z ”Zeppelinami”.

Taki system ³¹cznoœci powinien umo¿liwiæ wy-

korzystanie zalet obu wymienionych syste-

mów ziemskich i satelitarnych przy czêœciowym

chocia¿ unikniêciu ich wad.

Niezale¿nie od przewidywanego obiektu po-

wietrznego nale¿y przede wszystkim zapew-

niæ jego utrzymanie na sta³ej pozycji. Wyma-

ga to paliwa do napêdu samolotu lub napêdu

silników sterowca w celu przeciwdzia³ania par-

ciu wiatrów, wiej¹cych na tych wysokoœciach

z prêdkoœci¹ kilkudziesiêciu metrów na se-

kundê. Z tego punktu widzenia sterowiec ma

przewagê nad innymi obiektami, poniewa¿

du¿a powierzchnia pow³oki umo¿liwia stosowa-

nie baterii s³onecznych, zapewniaj¹cych przy-

najmniej czêœæ potrzebnej energii. Jak wynika

z obliczeñ, samolot w takiej roli musia³by l¹do-

waæ, co oko³o 3 doby dla uzupe³nienia paliwa

(w praktyce by³yby prawdopodobnie stoso-

wane samoloty wymieniane co 24 godziny).

W przypadku sterowca zaœ, okres ten mo¿na

by przed³u¿yæ do oko³o dwóch tygodni lub na-

wet d³u¿ej, ale proces sprowadzania sterowca

na Ziemiê trwa³by znacznie d³u¿ej. Ponadto

w przypadku sterowców nale¿a³oby jeszcze

opracowaæ lub ulepszyæ wiele rozwi¹zañ tech-

nologicznych, od wykonania pow³oki i u¿ytego

gazu poczynaj¹c a na systemach napêdu

i nawigacji koñcz¹c. Z teoretycznego punktu

widzenia, to ostatnie zagadnienie nale¿a³oby

gêstoœci zaludnienia, gdzie budowa sieci ka-

blowych jest nieop³acalna. Z drugiej strony,

mamy szybki rozwój systemów ³¹cznoœci sa-

telitarnej, stacjonarnej i ruchomej, w których wy-

korzystuje siê satelity geostacjonarne GEO, ni-

skoorbitalne LEO i œrednioorbitalne MEO. Ka¿-

dy z tych systemów ma niejako wrodzone za-

lety i wady, zwi¹zane z zasad¹ pracy i struk-

turami systemów.

W ziemskich systemach radiokomunikacji ko-

mórkowej nieuchronne s¹ zjawiska zaników

i wielodrogowoœci sygna³ów wskutek odbiæ

od obiektów infrastruktury. Wraz z wielokrotnym

wykorzystywaniem tych samych kana³ów ra-

diowych powoduje to znaczne ograniczenia za-

siêgów ³¹cznoœci, zazwyczaj do kilku kilome-

trów od stacji bazowych. Stwarza to koniecz-

noœæ budowy licznych stacji bazowych i ³¹-

cz¹cych je linii, zazwyczaj mikrofalowych linii

radiowych, a wiêc struktury wymagaj¹cej do-

brej organizacji i zarz¹dzania, czêsto oszpeca-

j¹cej krajobraz. Z kolei systemy ³¹cznoœci sa-

telitarnej umo¿liwiaj¹ uzyskanie znacznie wiêk-

szych zasiêgów, jednak przy stosowaniu sate-

litów geostacjonarnych wprowadzaj¹ znaczne

opóŸnienia czasowe (nie tylko przykro odczu-

wane w trakcie rozmowy, ale zmuszaj¹ce do

wprowadzania zmian w protoko³ach transmi-

sji danych, stosowanych w systemach ziem-

skich) oraz stosowania doœæ du¿ych anten

i mocy nadawania.

Systemy z satelitami niskoorbitalnymi wyma-

gaj¹ œledzenia satelity przez stacje naziemne

i prze³¹czania transmisji z jednego satelity na

drugi w miarê jego wychodzenia z obszaru

widzialnoœci oraz zazwyczaj stosowania anten

pok³adowych o zmiennym kierunku promienio-

wania.

W zwi¹zku z podanymi mankamentami sy-

stemów ziemskich i satelitarnych powsta³a

Rys. 1. Zasada pracy systemu ³¹cznoœci

za pomoc¹ sterowca utrzymuj¹cego sta³e

po³o¿enie w przestrzeni powietrznej

Rys. 2. Ró¿ne zasiêgi ³¹cznoœci w zale¿noœci od

odleg³oœci sterowca od powierzchni Ziemi oraz

charakterystyki anteny pok³adowej

Rys. 3. Pokrycie du¿ego obszaru

za pomoc¹ w¹skiej skacz¹cej wi¹zki

Wi¹zki

kierunkowe

u¿ytkowników

Obszar pokrycia

STEROWIEC

Stacja

naziemna

STEROWIEC

STEROWIEC

Skacz¹ca wi¹zka

Stacje naziemne

GS

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2001

Sieci publiczne

i prywatne

Obszar

pokrycia

Linia

w paœmie K

u

23

rozwi¹zywaæ za pomoc¹

systemu satelitarnego

GPS.

W laboratoriach wielu kra-

jów s¹ prowadzone ba-

dania dotycz¹ce zarów-

no systemów o niewiel-

kich zasiêgach z pojedyn-

czymi sterowcami, jak

i o du¿ych zasiêgach

z dziesi¹tkami sterowców

i setkami wspó³pracuj¹-

cych stacji naziemnych.

Ró¿ne s¹ stopnie kom-

plikacji i zakres rozbudo-

wy systemów. Wspólne

s¹ natomiast nastêpuj¹ce

za³o¿enia: wysokoœæ

umieszczenia sterowca

20

÷

30 km nad po-

wierzchni¹ Ziemi, wyko-

rzystywanie czêstotliwo-

œci w zakresie 40

÷

50

GHz, dopuszczalna ma-

sa transmisyjnych urz¹-

dzeñ pok³adowych ok.

1000 kg, prêdkoœæ poru-

szania siê _ kilkadziesi¹t

wêz³ów na godzinê i do

tego dopasowany odpo-

wiedni napêd.

Struktura

systemu

Zasada dzia³ania syste-

mu jest przedstawiona na

rys. 1. Sterowiec bêdzie

umieszczony w pobli¿u

œrodka obs³ugiwanego

obszaru, na wysokoœci

zale¿nej od wielkoœci te-

go obszaru oraz innych

lokalnych czynników, jak

przewidywany rozk³ad

wiatrów na ró¿nych wy-

sokoœciach, wyelimino-

wanie kolizji w obszarach

ruchu powietrznego itp.

(rys. 2).

Proponowane wymiary

sterowców s¹ ró¿ne, ale

STEROWIEC

STEROWIEC

STEROWIEC

D

o

s

ie

ci

zi

em

sk

ie

Rys. 4. Realizacja ³¹cznoœci dalekosiê¿nej przez przekazywanie sygna³ów pomiêdzy sterowcami

Stacja

naziemna

Stacja

naziemna

Do sieci ziemnej

Do sieci ziemnej

Woda

jako œrednie mo¿na przyj¹æ: 250

÷

300 m, œre-

dnica ok. 50 m. Dok³adnoœæ utrzymania po-

zycji wynosi kilkaset metrów. W przypadku

sterowców oznacza to stosowanie silników

korekcyjnych, natomiast samoloty musia³yby

ci¹gle kr¹¿yæ po niewielkim kole. Mo¿liwe

bêdzie stosowanie anten pok³adowych zarów-

no o szerokich wi¹zkach, pokrywaj¹cych ca-

³y obs³ugiwany obszar, jak i anten wielowi¹z-

kowych o w¹skich wi¹zkach promieniowa-

nia. Zastosowanie anten wielowi¹zkowych

komplikuje system, ale umo¿liwia wielokrot-

ne wykorzystanie tych samych kana³ów radio-

wych oraz uzyskanie wiêkszej mocy sygna-

³u przy powierzchni Ziemi przy tych samych

mocach nadawania, co z kolei upraszcza bu-

dowê urz¹dzeñ naziemnych. Mo¿liwe jest

równie¿ stosowanie wi¹zek o ró¿nych k¹-

tach rozwarcia (rys. 2) jednak z tym samym

punktem przycelowania na powierzchni Zie-

mi, co pozwala na realizacjê ³¹cznoœci qua-

si-komórkowej przy komórkach rozmieszczo-

nych koncentrycznie wzglêdem œrodka oœwie-

tlonego obszaru (komórki takie mia³yby wów-

czas postaæ koncentrycznych kó³).

W bardziej zaawansowanych projektach pro-

ponuje siê jeszcze stosowanie rozwi¹zañ

podobnych do stosowanych w najnowocze-

œniejszych systemach ³¹cznoœci satelitarnej,

a mianowicie zastosowanie w¹skiej ”skacz¹-

cej” wi¹zki, obejmuj¹cej tylko czêœæ obszaru

w okreœlonym czasie, powtarzaj¹cym siê cy-

klicznie lub zmiennie, zale¿nie od przyjêtych

rozwi¹zañ i wystêpuj¹cego w danym czasie

obci¹¿enia ruchem telekomunikacyjnym. Za-

stosowanie równoczesne kilku takich wi¹zek

umo¿liwia po³¹czenia miêdzy dowolnymi czê-

œciami obszaru, oœwietlanymi dwoma wi¹zka-

mi w tych samych momentach czasowych

(rys. 3) dziêki odpowiednim uk³adom prze³¹-

czania na pok³adzie sterowca.

Planuje siê wykorzystywanie sterowców nie

tylko do utrzymywania ³¹cznoœci w konkret-

nych, sta³ych obszarach, ale równie¿ do po-

³¹czeñ na wiêksze odleg³oœci, na przyk³ad

do przekraczania obszarów wodnych, co do-

tychczas przy transmisjach szerokopasmo-

wych by³o mo¿liwe tylko za pomoc¹ satelitów.

Rozmieszczane w pewnych odleg³oœciach

sterowce przekazywa³yby sygna³y na zasa-

dzie podobnej do pracy ziemskich linii ra-

diowych i mog³yby s³u¿yæ m.in. do rozprowa-

dzania programów telewizyjnych, sygna³ów

internetowych itp. (rys. 4). W tym przypadku

mo¿na by równie¿ dopuœciæ nie tylko stoso-

wanie sterowców stacjonarnych, ale rów-

nie¿ wolno poruszaj¹cych siê wzd³u¿ linii

³¹cznoœci.

n

Janusz Zygierewicz

Sterowiec 1000 km

Linie w paœmie

fal milimetrowych

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2001