zania sieci satelitarnych systemu. W tablicy 1

przedstawiono niektóre z nich, interesuj¹ce

ze wzglêdu na zasiêg globalny lub obejmowa-

nie zasiêgiem terytorium Europy, pominiêto

natomiast inne, ju¿ czêœciowo zrealizowane

koncepcje, przeznaczone do wykorzystywania

na terenie Ameryki Pó³nocnej, Japonii itd.

Przedstawione projekty systemów satelitar-

nych ró¿ni¹ siê przede wszystkim zasiêgami,

stopniem niezale¿noœci sieci ziemskich i sate-

litarnych, mo¿liwoœciami integracji obu sieci na

ró¿nych p³aszczyznach oraz rodzajami stoso-

wanych satelitów, a przede wszystkim wyko-

rzystywanych przez nie orbit.

£¹cznoœæ satelitarna (S-UMTS) systemu

UMTS mo¿e wykorzystywaæ satelity geostacjo-

narne GEO (na orbicie geostacjonarnej równi-

kowej w odleg³oœci 36 000 km) satelity MEO

(na ró¿nego rodzaju orbitach w odleg³oœciach

10 000

÷

20 000 km) oraz satelity LEO (równie¿

na ró¿nego typu orbitach ale w odleg³oœciach

500

÷

2000 km). Wraz ze zmniejszaniem siê od-

leg³oœci od Ziemi maleje czas obiegu po orbi-

cie i wynosi odpowiednio 24 godziny, 5 do 12

godzin i oko³o 2 godzin. Jednoczeœnie wzrasta

liczba satelitów niezbêdna do zapewnienia

ci¹g³ej ³¹cznoœci

na danym tery-

torium oraz wa-

runki funkcjono-

wania systemu.

Inne s¹ bowiem

takie parametry,

jak: t³umienie

trasy, opóŸnie-

nie czasowe,

okres czasu

oœwietlenia da-

nego obszaru

przez konkret-

nego satelitê,

System uniwersalnej

radiokomunikacji

ruchomej UMTS

przewiduje pe³n¹

integracjê sieci ziemskiej

i satelitarnej.

A

by u³atwiæ budowê dwumodowych

aparatów osobistych, przystoso-

wanych zarówno do pracy w syste-

mie ziemskim, jak i satelitarnym,

przewiduje siê wykorzystywanie przez oba

systemy pasm czêstotliwoœci granicz¹cych

ze sob¹. Dla systemu satelitarnego zakres

czêstotliwoœci jest przyznany w skali globalnej,

natomiast dla systemów ziemskich jest on

ró¿ny w zale¿noœci od kontynentów lub krajów.

Na rys. 1 przedstawiono plany zagospodaro-

wania pasm czêstotliwoœci na terenie Europy

zgodnie ze standardami przewidzianymi w po-

stanowieniach organizacji ETSI i ESA.

Wziêto przy tym pod uwagê, ¿e dominuj¹-

cym w Europie systemem komórkowej radio-

komunikacji ruchomej jest system GSM i ¿e

warunki wspó³pracy sieci ziemskich i satelitar-

nych musz¹ w coraz szerszym zakresie zak³a-

daæ stosowanie szerokopasmowej modulacji

kodowej WC-CDMA.

Sieæ satelitarna systemu UMTS

W uniwersalnym systemie UMTS zasadni-

cz¹ rolê odgrywa ³¹cznoœæ satelitarna. Umo¿-

liwia ona bowiem uzyskanie bardzo du¿ych za-

siêgów oraz objêcie zasiêgiem u¿ytkowni-

ków, do których dotarcie innymi drogami ³¹cz-

noœci jest niemo¿liwe (³¹cznoœæ ze statkami

i samolotami), nieop³acalne (u¿ytkownicy w od-

dalonych, s³abo zaludnionych obszarach) lub

mniej efektywne (katastrofy i inne stany zagro-

¿eñ zmuszaj¹ce do szybkiej realizacji ³¹czno-

œci). Dawniej brano pod uwagê g³ównie po³¹-

czenia telefoniczne lub transmisjê danych,

obecnie w coraz szerszym zakresie przewidu-

je siê transmisjê sygna³ów szerokopasmo-

wych, na przyk³ad dla potrzeb telekonferen-

cji i rozprowadzania ró¿nego rodzaju infor-

macji dla szerokiego grona u¿ytkowników

(³¹cznoœæ ”multicast” w uk³adzie punkt _ wie-

le punktów).

Od momentu przyjêcia przez organizacjê ITU

w 1998 roku podstawowych za³o¿eñ i standar-

dów uniwersalnego systemu IMT- 2000 ró¿ne

kraje i organizacje rozpatruj¹ rozmaite rozwi¹-

26

SIEÆ SATELITARNA

SYSTEMU UMTS

(1)

r

TELEKOMU

NIKCJA

zjawiska zwi¹zane z efektem Dopplera, wp³y-

wem t³umienia dolnych warstw atmosfery,

ewentualn¹ potrzeb¹ œledzenia satelity, przej-

mowaniem ³¹cznoœci przez kolejne satelity

w trakcie trwania po³¹czenia, potrzeb¹ i celo-

woœci¹ stosowania po³¹czeñ nie tylko Satelita-

Ziemia i Ziemia-Satelita, ale równie¿ bezpoœre-

dnich po³¹czeñ miêdzy satelitami itp.

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2001

Nazwa systemu

Rodzaje satelitów

Dostêp

SzybkoϾ transmisji

wielokrotny

ICO

10 MEO

MF - TDMA

do 144 kbit/s

10 390 km

Inmarsat 4

2 GEO na kontynent MF - TDMA

144 do 432 kbit/s

(1,5 do 1,6 GHz)

(aparaty przenoœne)

GS-2 (Globalstar)

16 MEO

CDMA + TDMA

do 144 kbit/s

20 180 km

ESA SW - CDMA

Konstelacja globalna CDMA

32 kbit/s

LEO/MEO

aparaty dorêczne

144 kbit/s aparaty

przenoœne

ESA SW - CTDMA

Konstelacja

CDMA

do 183 kbit/s

regionalna GEO/HEO

T a b l i c a 1. Przewidywane rodzaje sk³adowych S-UMTS

Europa

ITU

GSM DECT

TDD UMTS MSS TDD

1800 FDD

1800 1980 2025 2110 2170 2200

IMT 2000

Transmisja

Ziemia-Satelita

IMT 2000

Transmisja

Satelita-Ziemia

UMTS MSS
FDD

f [MHz]

Rys. 1. Czêstotliwoœci dla systemu IMT-2000 i UMTS oraz innych systemów ³¹cznoœci satelitarnej i ziemskiej

Sieæ satelitarna

innych systemów

System ICO. System ma byæ wprowadzony

do eksploatacji pod koniec 2003 roku i ma

obejmowaæ 10 satelitów typu MEO, okr¹¿aj¹-

cych Ziemiê po dwóch nachylonych orbitach

ko³owych. Bêd¹ wykorzystywane 163 w¹skie

wi¹zki kierunkowe oraz uk³ady komputerowe

do prze³¹czania retransmisji sygna³ów z wi¹z-

ki na wi¹zkê i z satelity na satelitê w trakcie ru-

chu satelitów wzglêdem, praktycznie nieru-

chomego, abonenta na powierzchni Ziemi.

Satelity bêd¹ retransmitowa³y sygna³y w spo-

sób ”przezroczysty”, bez ich przekszta³cania,

które bêdzie siê odbywa³o dopiero na 12 po-

œrednicz¹cych stacjach naziemnych. Transmi-

towane bêd¹ sygna³y w postaci cyfrowej na

zasadzie wielokrotnego dostêpu z podzia³em

czasowym i dodatkowym zwielokrotnieniem

czêstotliwoœciowym szerokopasmowych ka-

na³ów transmisji. Bêd¹ stosowane metody

transmisji przyjête w systemie GSM ze stop-

niowym przechodzeniem na transmisjê pa-

kietow¹ GPRS o przep³ywnoœci 144 kbit/s.

System Inmarsat 4. System Inmarsat jest

³ów sterowania i synchroni-

zacji na pocz¹tku ka¿dego

przedzia³u czasowego ram-

ki. Fale noœne s¹ modulowa-

ne na zasadzie kluczowania

fazy QPSK przy zastosowa-

niu odpowiednich filtrów ko-

rekcyjnych.

Opracowano dwa warianty

systemu o standardach FDD

i TDD. Chocia¿ przy zasto-

sowaniu satelitów geostacjo-

narnych system TDD jest bar-

dziej efektywny, to jednak

w planach rozwojowych po³o-

¿ono nacisk na rozwój syste-

mu FDD, jako powszechnie

stosowanego w systemach

ruchomej ³¹cznoœci ziemskiej.

Na rys. 2 przedstawiono za-

sady przesy³ania sygna³ów

w obu kierunkach transmisji.

W stosunku do systemu

ziemskiego, zmniejszono

szybkoœæ próbkowania do

1,92 Mbit/s, co umo¿liwia zmniejszenie wyma-

ganego pasma z 5 MHz do 2,5 MHz i u³atwia

koordynacjê rozk³adów czêstotliwoœciowych

z innymi systemami satelitarnymi, np. ICO.

Ponadto, aby umo¿liwiæ odbiór sygna³ów na-

wet w najbardziej niesprzyjaj¹cych warun-

kach, na przyk³ad wewn¹trz budynków, dla kie-

runku transmisji Downlink zostanie wprowa-

dzona dodatkowo mo¿liwoœæ odbioru systemu

przywo³awczego, o dowolnym czasie trwa-

nia ramki i efektywnej mocy wiêkszej o 20

dB. Umo¿liwiono równie¿ transmisjê sygna³ów

o bardzo ma³ej szybkoœci 2,4 kbit/s przy jed-

noczesnym zastosowaniu innego kluczowa-

nia fazy. Ze wzglêdu na d³ugi czas przesy³a-

nia sygna³ów zwrotnych w systemie z sateli-

tami geostacjonarnymi zrezygnowano rów-

nie¿ z automatycznej regulacji mocy nada-

wania TPC (Transmit Power Control) stosowa-

nej w systemach ziemskich, a zamiast tego

wprowadzono sygna³ kontroli ca³ej ramki.

W celu zwiêkszenia jakoœci i niezawodnoœci

transmisji przewiduje siê, w przypadku stoso-

wania satelitów

niegeostacjonar-

nych, mo¿li-

woœæ równole-

g³ej retransmisji

tych samych sy-

gna³ów przez

kilka satelitów,

co umo¿liwia

eliminacjê po³¹-

czenia satelity

”przes³oniêtego”

przez przeszko-

dy na po-

wierzchni Ziemi.

Dla kontroli pra-

27

w eksploatacji ju¿ od roku 1979, ale w celu do-

pasowania go do potrzeb radiokomunikacji

ruchomej trzeciej generacji zostan¹ wykorzy-

stane dwa nowe satelity geostacjonarne pra-

cuj¹ce na zakresie czêstotliwoœci L z 200

wi¹zkami dwukierunkowymi. Stosowane bê-

d¹ urz¹dzenia koñcowe typu ”Laptop”, umo¿-

liwiaj¹ce transmisjê sygna³ów o przep³ywno-

œciach od 144 do 432 kbit/s. Chocia¿ zakres

czêstotliwoœci pracy systemu ró¿ni siê od

przewidzianego dla systemu IMT-2000, zak³a-

da siê mo¿liwoœæ stosowania systemu w ska-

li globalnej. W systemie Inmarsat 4, w przeci-

wieñstwie do innych tu omówionych, niezbêd-

ne jest stosowanie w urz¹dzeniach koñco-

wych anten kierunkowych, które musz¹ byæ

ustawiane ”na satelitê” ze wzglêdu na bar-

dzo du¿e t³umienie trasy od satelitów geo-

stacjonarnych.

Systemy opracowywane pod auspicjami

ESA (European Space Agency). Zgodnie

z danymi umieszczonymi w tablicy 1 ESA

opracowuje za³o¿enia do systemów o zasiê-

gu globalnym i regionalnym przyjmuj¹c za

punkt wyjœcia parametry uniwersalnego euro-

pejskiego systemu UMTS. W systemie tym

przyjmuje siê stosowanie metod modulacji

i wielokrotnego dostêpu WCDMA, z szybko-

œci¹ próbkowania 3,84 Mbit/s oraz ramkami

o czasie trwania 10 ms, podzielonymi na 15

przedzia³ów czasowych. Przy tych za³o¿e-

niach zosta³y opracowane dwa rodzaje sy-

stemów, a mianowicie z podzia³em TDD,

w którym ka¿dy przedzia³ czasowy jest wyko-

rzystywany jednoczeœnie dla obu kierunków

transmisji Uplink (do satelity) i Downlink (od sa-

telity) oraz z podzia³em czêstotliwoœciowym

FDD, w którym dla kierunku Uplink wykorzy-

stuje siê zakres czêstotliwoœci 1920

÷

1980

MHz, a dla kierunku Downlink 2110

÷

2170

MHz, przy czym do celów ³¹cznoœci dwukie-

runkowej wykorzystuje siê pary czêstotliwoœci

2 x 5 MHz. System FDD przewiduje siê raczej

dla otwartej radiokomunikacji ruchomej, a sy-

stem TDD wewn¹trz budynków dla tworzenia

lokalnych sieci LAN. SzybkoϾ transmisji da-

nych mo¿e ulegaæ zmianie w ka¿dej ramce

dziêki wprowadzeniu odpowiednich sygna-

cy w takim uk³adzie przewidziano wykorzysta-

nie specjalnego kana³u kontrolnego (DPCCH)

z przesy³aniem dodatkowych sygna³ów UW

(Uniome Word) w celu okreœlenia rodzaju

ramki wykorzystywanej do danej transmisji.

W systemie satelitarnym stosuje siê inny rodzaj

polaryzacji ni¿ w ziemskim. Stosowana w sy-

stemach ziemskich polaryzacja liniowa jest

dla ³¹cznoœci satelitarnej niedogodna ze wzglê-

du na ci¹g³e zmiany wzajemnego po³o¿enia

anten nadawczej i odbiorczej przy jednocze-

snym przemieszczaniu siê satelity i u¿ytkow-

nika. Ponadto w jonosferze wystêpuje zjawisko

skrêcania p³aszczyzny polaryzacji. Dlatego

w systemach ³¹cznoœci satelitarnej, zw³aszcza

ruchomej, bardziej korzystna jest polaryzacja

ko³owa. Poci¹ga to za sob¹ jednak koniecz-

noœæ stosowania w aparatach koñcowych nie-

co wiêkszych anten. Du¿e t³umienia na trasach

satelitarnych powoduj¹, ¿e dorêczny aparat

koñcowy w systemach ESA bêdzie umo¿li-

wia³ tylko transmisjê z szybkoœci¹ tylko 64

kbit/s w kierunku od satelity i 16 kbit/s

w kierunku do satelity. W przysz³oœci przy wy-

maganej szybkoœci transmisji 144 do 432

kbit/s konieczne bêdzie stosowanie aparatu

koñcowego typu ”Laptop” z antenami kierun-

kowymi, podobnie jak to przewidziano w syste-

mie Inmarsat 4.

W realizacji systemów opracowywanych przez

ESA uczestnicz¹ konsorcja Alenia Spazio,

Alcatel Space i Astrium (Ericsson). W tablicy

2 przedstawiono zakres przewidzianych prac

i za³o¿one parametry poszczególnych ele-

mentów wyposa¿enia satelitów, które maj¹

byæ zrealizowane w latach 2004

÷

2008.

n

Janusz Zygierewicz

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2001

Konsorcjum

Alenia Spazio Astrium Alcatel

Rodzaj satelitów

1-2 GEO

GEO

64 LEO

T³umienie w wolnej przestrzeni

[dB]

190

190

167

Œrednica anteny na satelicie

[m]

12

7

÷

10

ok. 1

Zysk anteny na satelicie

[dB]

42

38

÷

40

20

Wymiary terenu pokrytego

[km]

600

950

÷

650 ok. 300

wi¹zk¹

Moc baterii s³onecznych

[KW]

8,5

10

2

÷

3

Moc nadawania w paœmie S

[KW]

2

1

0,5

Liczba graniczna wi¹zek

169

160

61

÷

91

Liczba aktywnych wi¹zek

85

160

61

÷

91

Sumaryczne przep³ywnoœci

[Mbit/s]

110

230

50

urz¹dzeñ satelitarnych

Ciê¿ar satelity

[kg]

700

900

300

Moc nadawania w aparatach

[W]

0,4

_

0,5

dorêcznych

T a b l i c a 2. Za³o¿enia projektowe firm uczestnicz¹cych w pracach nad sk³adow¹ S-UMTS

Sygna³y

pomocnicze

Sygna³ pilotowy

Sygna³y pomocnicze

Szczeliny

czasowe

Po³¹czenie do satelity

Po³¹czenie od satelity

DPCCH DPDCH

DPDCH

DPCCH

1 2 1 15

Ts = 0,666 ms

Ts = 0,666 ms

Tf = 10 ms

Tf = 10 ms

Szczeliny

czasowe

Dane

Dane

1 2 1 15

Rys. 2. Zasady transmisji sygna³ów cyfrowych w systemie S-UMTS-FDD

DPCCH _ kana³ sygna³ów sterowania i synchronizacji, DPDCH _

kana³ transmisji danych