Satelitarne

techniki telekomunikacyjne

Systemy wykorzystujàce satelity i platformy unoszàce si´ wysoko w atmosferze
b´dà wspó∏pracowaç z naziemnymi sieciami Êwiat∏owodowymi i radiowymi,
umo˝liwiajàc globalnà wysoko wydajnà ∏àcznoÊç ruchomà

Joseph N. Pelton

3000 GHz

300 GHz

30 GHz

3 GHz

300 MHz

30 MHz

3 MHz

1930

1940

1950

1960

1970

HF

VHF UHF SHF

EHF

PODCZERWIE¡

W

ciàgu dwóch nast´pnych dziesi´cioleci systemy telekomunikacyjne oparte na przekaênikach
rozmieszczonych w przestrzeni oko∏oziemskiej zmienià nasze ˝ycie. U∏atwià natychmiasto-
wy dost´p do wszelkich informacji z dowolnego miejsca planety za poÊrednictwem miesz-

czàcych si´ w d∏oni lub teczce przenoÊnych terminali. Bogactwo wykorzystujàcych wirtualnà rzeczy-
wistoÊç programów rozrywkowych, filmy wideo przesy∏ane na ˝àdanie, szeroka gama us∏ug
telemedycznych i teleedukacyjnych – to tylko cz´Êç mo˝liwoÊci, które jak sàdzimy, przyniesie strumieƒ
danych – wraz z narastajàcym przecià˝eniem informacyjnym i 168-godzinnym tygodniem pracy.

Za pi´ç lat powinno ju˝ dzia∏aç oko∏o 1000 komercyjnych satelitów telekomunikacyjnych; dziÊ eksplo-

atuje si´ mniej wi´cej 220. Wiele z tych podniebnych stacji przekaênikowych zostanie umieszczonych na
orbitach niskich (LEO – low earth orbit), zaledwie kilkaset kilometrów nad naszymi g∏owami. Nie ozna-
cza to jednak, ˝e satelity na bardziej tradycyjnej orbicie geostacjonarnej (GEO – geosynchronous earth or-
bit), obiegajàce Ziemi´ na wysokoÊci 36 tys. km w czasie równym okresowi jej obrotu, stracà znaczenie.

Niewielka odleg∏oÊç satelitów LEO od Ziemi daje im pewnà istotnà prze-

wag´ nad eksploatowanymi dziÊ systemami. W przypadku niskiej orbity
droga tam i z powrotem zabiera sygna∏om setne cz´Êci sekundy, w przypad-
ku geostacjonarnej – a˝

1

/

4

s. Po stronie plusów jest wi´c szybsze dzia∏anie,

które czyni interakcyjny globalny dost´p do sieci i prowadzenie wideotele-
konferencji praktycznymi i atrakcyjnymi. Po stronie minusów pozostaje fakt,
˝e system LEO do pokrycia ca∏ej kuli ziemskiej wymaga 20 razy wi´cej sate-
litów ni˝ geostacjonarny, a pi´ç razy wi´cej ni˝ wykorzystujàcy orbity Êred-
niej wysokoÊci MEO (medium earth orbit).

64 Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1998

RADIOFONIA

NA FALACH KRÓTKICH

TELEWIZJA

CZARNO-BIA¸A

EKSPERYMENTALNY

SATELITA

KOMUNIKACYJNY

MASZTY

NADAWCZE

VHF I UHF

RUCHOMA ¸ÑCZNOÂå

DWUKIERUNKOWA

ANTENA

MIKROFALOWA

TELEWIZJA

KOLOROWA

RADIO

FM

PRZENOÂNE

RADIOTELEFONY

SLIM FILMS

0.1

mm

1

mm

1

cm

10

cm

1

m

10

m

100

m

1980

1990

2000

W

Q

V

K

X

Ka

Ku

C

L

P

Wkrótce satelity przestanà byç jedynym elementem oko∏o-

ziemskich systemów telekomunikacyjnych. Prawdopodobnie
ju˝ przed rokiem 2000 pojawià si´ wysoko w atmosferze tzw.
platformy HALE (High Altitude Long Endurance) zawieszone
nad wielkimi miastami i wysy∏ajàce w dó∏ tysiàce nasyconych da-
nymi sygna∏ów. Te bezza∏ogowe, zbrojne w elektronik´ statki
powietrzne b´dà po ka˝dym umieszczeniu ich na wysokoÊci
przekraczajàcej 20 tys. m, czyli ponad korytarzami lotnictwa cy-
wilnego, przez wiele dni lataç lub unosiç si´ w stratosferze.

Najistotniejszà jednak czekajàcà nas w nadchodzàcych dzie-

si´cioleciach zmianà b´dzie coraz cz´stsze przesy∏anie sygna-
∏ów z przestrzeni oko∏oziemskiej wprost do abonenta, z po-
mini´ciem centrali naziemnej. Dzi´ki temu korporacje
posiadajàce satelity b´dà mog∏y na poczàtku nast´pnego stu-
lecia bezpoÊrednio konkurowaç z firmami takimi jak AT&T,
MCI czy British Telecom (BT).

Zaledwie par´ lat temu uzyskanie po∏àczenia satelitarnego

szybszego ni˝ oferowane przez system tradycyjnej telefonii
wymaga∏o niepor´cznych anten parabolicznych. Co wi´cej,
∏àcz tego typu by∏o niewiele, a cena us∏ugi na morzu si´ga∏a na-
wet 10 dolarów za minut´. Ograniczenia te obecnie znikajà.
Pojawienie si´ szybkiego strumienia danych z przestrzeni
kosmicznej powinno na ca∏ym Êwiecie okazaç si´ olbrzymim
dobrodziejstwem zarówno dla abonentów indywidualnych,
jak i dla korporacji. Szczególne znaczenie b´dzie mia∏o dla
krajów rozwijajàcych si´, takich jak Brazylia, Indie i Chiny,
które dopiero zaczynajà wprowadzaç sieci Êwiat∏owodowe.

W zaspokojeniu rosnàcego zapotrzebowania na dost´p do

cz´stotliwoÊci radiowych mogà pomóc anteny matrycowofa-
zowe. Te wyrafinowane urzàdzenia elektroniczne, u˝ywane do

tej pory g∏ównie przez wojsko, sk∏adajà si´ z wielu elemen-
tów nadawczo-odbiorczych po∏àczonych w matryc´. Uk∏ady
te dajà si´ zaprogramowaç tak, aby emitowa∏y siatk´ elektro-
nicznie uformowanych wiàzek fal radiowych, pozwalajàc na
Êledzenie poruszajàcych si´ obiektów, albo odbiera∏y sygna∏y
tylko ze ÊciÊle okreÊlonych kierunków.

Pod wzgl´dem zasady dzia∏ania anteny tego rodzaju sà mi-

niaturowymi wersjami Very Large Array – zespo∏u radiote-
leskopów z Socorro (Nowy Meksyk) s∏u˝àcego do obserwacji
zjawisk astrofizycznych. Anteny matrycowofazowe wykazu-
jà du˝à kierunkowoÊç dzi´ki uzyskiwanym elektronicznie
niewielkim opóênieniom sygna∏ów przesy∏anych (lub odbie-
ranych) przez poszczególne elementy matrycy. Wiàzki ufor-
mowane w ten sposób pozwalajà zmniejszyç interferencj´ sy-
gna∏ów, co jest wielkà zaletà, jeÊli si´ weêmie pod uwag´
rosnàce zapotrzebowanie na zakresy cz´stotliwoÊci radiowych.
T∏ok w eterze b´dzie coraz bardziej odczuwalny, poniewa˝
du˝a szybkoÊç transmisji danych wymaga szerszego pasma
– wi´kszej cz´Êci zakresu – ni˝ ma∏a.

Anteny matrycowofazowe zainstalowane na satelitach mo-

gà kierowaç wiàzk´ w stron´ wybranego odbiorcy z precyzjà

Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1998 65

TECHNIKI ¸ÑCZNOÂCI BEZPRZEWODOWEJ wykorzystujà coraz wy˝-
sze cz´stotliwoÊci (oÊ z lewej) i tym samym coraz krótsze fale (oÊ z prawej;
wielkoÊci zilustrowano za pomocà ró˝nych obiektów). Zakres cz´stotli-
woÊci wysokich HF (3–30 MHz) by∏ do lat pi´çdziesiàtych najwy˝szy z wy-
korzystywanych. W kolejnych dziesi´cioleciach królowa∏y coraz wy˝sze
zakresy z coraz bardziej wymyÊlnymi okreÊleniami: VHF, UHF i SHF
(mikrofale) – odpowiednio bardzo, ultra- i superwysoka cz´stotliwoÊç.
Obecnie nadchodzi czas telekomunikacji wykorzystujàcej zakres EHF,
czyli ekstremalnie wysokich cz´stotliwoÊci – powy˝ej 30 GHz. Cz´sto-
tliwoÊci (kolory) oznacza si´ równie˝ literami (oÊ z prawej).

ZDALNE

STEROWANIE

BEZPRZEWODOWE

NOWOCZESNA

RADIOFONIA

NA FALACH

KRÓTKICH

¸ÑCZA

SATELITARNE

NA POTRZEBY

˚EGLUGI

TELEFON

KOMÓRKOWY

LOKALNE

US¸UGI

PRZYWO¸AWCZE

SATELITA DO

TRANSMISJI

BEZPOÂREDNIEJ

BEZPRZEWODOWE SIECI

LOKALNE

(W BUDYNKACH)

SATELITA

WOJSKOWY

SATELITA

GEOSTACJONARNY

DO ¸ÑCZNOÂCI

RUCHOMEJ

SYSTEMY

¸ÑCZNOÂCI

OSOBISTEJ

SATELITY

NA NISKICH

ORBITACH

SZEROKOPASMOWE

SYSTEMY

SATELITARNE

SATELITY

KOMUNIKUJÑCE SI¢

ZA POMOCÑ WIÑZEK

ÂWIETLNYCH

ameba

kropla deszczu

pi∏ka golfowa

pi∏ka futbolowa

cz∏owiek

boisko futbolowe

si´gajàcà pó∏ stopnia. Poza tym sà one ∏atwo przestrajalne:
sterowane za pomocà dost´pnych ju˝ pok∏adowych super-
komputerów o rozmiarach pude∏ka na buty (produkt ubocz-
ny „wojen gwiezdnych”) potrafià nieustannie zmieniaç swo-
je parametry. Rozwiàzanie takie po raz pierwszy zastosowano
10 lat temu w antenach parabolicznych, a w przysz∏oÊci sta-
nie si´ ono coraz powszechniejsze. Satelity XXI wieku b´dà
zdolne do „wielokrotnego” wykorzystania tego samego pa-
sma cz´stotliwoÊci. Ju˝ nied∏ugo w przypadku niektórych sa-
telitów stopieƒ zwielokrotnienia osiàgnie 100, a w przysz∏o-
Êci powinien dojÊç nawet do 1000.

Oczekuje si´, ˝e anteny matrycowofazowe upowszechnià

si´ równie˝ w stacjach naziemnych, poniewa˝ potrafià kie-
rowaç wiàzki do satelitów poruszajàcych si´ po znanych or-
bitach. W dodatku mo˝na im nadawaç niemal dowolne kszta∏-
ty, co jest szczególnie po˝àdane w przypadku instalacji
w samochodach lub samolotach. W ciàgu najbli˝szych pi´-
ciu lat powinny pojawiç si´ tak˝e wersje miniaturowe prze-
znaczone do przenoÊnych radiotelefonów.

Konkurencja z Ziemi

Satelity w krajach uprzemys∏owionych b´dà musia∏y ry-

walizowaç z optycznymi sieciami Êwiat∏owodowymi w za-
kresie bezpoÊredniej transmisji danych z du˝à szybkoÊcià,
czyli z wykorzystaniem szerokiego pasma, do biur i domów.
System satelitarny nie mo˝e konkurowaç pod wzgl´dem szyb-
koÊci transmisji ze szklanym w∏óknem kabla Êwiat∏owodo-
wego. W praktyce jednak wi´kszoÊç abonentów jest po∏àczo-
na z lokalnà centralà (znajdujàcà si´ zwykle w odleg∏oÊci
oko∏o 2 km) du˝o wolniejszym skr´canym lub koncentrycz-
nym miedzianym kablem telefonicznym, za którego poÊred-
nictwem dociera do nich g∏os i dane. Ten problem „ostatniej
mili” – jak si´ o nim mówi – jest wàskim gard∏em sieci prze-
wodowych. Korporacje telefoniczne opracowa∏y metod´
zwi´kszenia szybkoÊci transmisji za poÊrednictwem kabli –
z kilkudziesi´ciu tysi´cy do kilku milionów bitów na sekun-
d´. Niestety, pomimo coraz ni˝szej ceny i wi´kszej niezawod-
noÊci technika xDSL (digital subscriber line – cyfrowa linia
abonencka) jest ciàgle kosztowna i raczej nie sprosta zapo-
trzebowaniu na transmisje szerokopasmowe.

Na przyk∏ad indywidualnych u˝ytkowników Internetu

dra˝ni d∏ugie „Êciàganie” z Sieci plików grafiki. Szerokopas-
mowe ∏àcza internetowe pozwalajà na transmisj´ 50 razy szyb-
szà ni˝ typowe 28.8 kb/s w przypadku zwyk∏ego po∏àczenia
telefonicznego; jeszcze szybszej – od 20 do 30 razy – wyma-
ga telewizja o wysokiej rozdzielczoÊci. Wielu u˝ytkowników
b´dzie zainteresowanych przepustowoÊcià kilku megabitów
na sekund´ ju˝ w po∏owie najbli˝szego dziesi´ciolecia. Wnio-
sek stàd, ˝e satelity prawdopodobnie majà swoje „10 lat” na
rynku multimediów.

Renesans systemów satelitarnych nie zawsze by∏ sprawà

oczywistà. W 1993 roku Nicholas Negroponte z Massachusetts
Institute of Technology twierdzi∏, ˝e w telekomunikacji nastà-
pi pot´˝na roszada. Us∏ugi wàskopasmowe (jak telefonia czy
systemy przywo∏awcze, które w przypadku du˝ych odleg∏o-
Êci korzystajà obecnie ze Êwiat∏owodów) mia∏yby przerzuciç si´
na zakres fal radiowych. JednoczeÊnie koszty i ograniczona
liczba dost´pnych cz´stotliwoÊci radiowych powinny spowo-
dowaç migracj´ us∏ug wymagajàcych dost´pu do szerokiego pa-
sma w kierunku przeciwnym – z systemów radiowych i sate-
litarnych do sieci Êwiat∏owodowych i kablowych. Proces ten
zyska∏ nazw´ przewrotu Negroponte’a (Negroponte Flip).

W polemicznym artykule opublikowanym na ∏amach ma-

gazynu Telecommunications twierdzi∏em, ˝e Negroponte nie
ma racji. W przysz∏oÊci powinniÊmy mieç do czynienia z roz-

maitymi „konglomeratami” cyfrowych Êwiat∏owodowych,
kablowych, radiowych naziemnych i satelitarnych systemów
o ró˝nym przeznaczeniu, poczàwszy od przesy∏ania g∏osu,
a na szerokopasmowych transmisjach multimedialnych i us∏u-
gach wideo skoƒczywszy. Wed∏ug takiego scenariusza u˝yt-
kownicy ruchomych terminali uzyskaliby dost´p zarówno
do us∏ug szerokopasmowych, jak i skromniejszych – wàsko-
pasmowych. Sugerowa∏em, ˝e Êwiat∏owody, satelity i naziem-
ne sieci radiowe b´dà równowa˝nymi elementami ogólnego
systemu, a najistotniejszym problemem technicznym stanà
si´ protoko∏y umo˝liwiajàce ich bezb∏´dnà wspó∏prac´.

Magazyn Telecommunications nazwa∏ t´ wizj´ mianem po-

∏àczenia Peltona (Pelton Merge). Je˝eli oka˝e si´ s∏uszna, to in-
˝ynierowie stanà przed koniecznoÊcià rozwini´cia satelitar-
nych systemów szerokopasmowych, które umia∏yby ∏àczyç si´
ze Êwiat∏owodowymi i kablowymi liniami przesy∏owymi.
Wynika stàd, ˝e satelity telekomunikacyjne nast´pnej genera-
cji musia∏yby dzia∏aç tysiàc razy szybciej nawet ni˝ te z poczàt-
ku lat dziewi´çdziesiàtych. Gwa∏townie wzros∏oby te˝ zapo-
trzebowanie na nowe protoko∏y konwersji danych oraz
standardy i specyfikacje „systemów otwartych”, które stano-
wi∏yby dla producentów podstaw´ do opracowania nowych
kompatybilnych urzàdzeƒ.

Prze∏omowe osiàgni´cia techniki satelitarnej sprawiajà, ˝e

model „po∏àczenia” staje si´ coraz bardziej prawdopodobny.
W ciàgu ostatnich pi´ciu lat systemy ∏àcznoÊci bezprzewo-
dowej i satelitarnej zanotowa∏y rekordowy rozwój. DziÊ mo-
gà ju˝ zaoferowaç satelitarnà rozmow´ telefonicznà za mniej
ni˝ 0.1 centa za minut´. Ponadto najszybciej rozwijajàcà si´
us∏ugà telekomunikacyjnà jest przekaz telewizyjny adreso-
wany bezpoÊrednio do konkretnego odbiorcy (DBS – direct
broadcast satellite). Sygna∏ z przekaêników rozmieszczo-
nych na orbicie geostacjonarnej odbiera dziÊ mniej wi´cej
20 mln abonentów na ca∏ym Êwiecie. Przewiduje si´, ˝e do
roku 2005 liczba ich mo˝e si´ potroiç. Zgodnie z modelem
Negroponte’a zaÊ przekaz telewizyjny powinien odbywaç si´
drogà kablowà.

Wykorzystywanie skoƒczonych zasobów

Technika satelitarna ciàgle ma do przezwyci´˝enia powa˝-

ne problemy techniczne. Jednym z podstawowych sà niezwy-
kle wysokie koszty wystrzeliwania i ubezpieczania satelitów.
Istnieje pilna potrzeba opracowania znacznie taƒszych i bar-
dziej niezawodnych sposobów umieszczania sprz´tu na orbi-
cie. Rozwa˝a si´ nowe koncepcje, w tym wykorzystanie rakiet
wielokrotnego u˝ytku oraz odrzutowców. Na razie jednak
˝adna z nich si´ nie sprawdzi∏a.

Konieczne jest tak˝e efektywniejsze wykorzystanie ograni-

czonego widma cz´stotliwoÊci radiowych. Wszystkie nowo-
czesne systemy stosujà transmisj´ cyfrowà. Jednym z wa˝nych
rozwiàzaƒ jest cyfrowa kompresja danych. Telewizja DBS sto-
suje na przyk∏ad format opracowany przez MPEG (Motion
Picture Experts Group), zwany MPEG2, który pozwala do do-
mowych odbiorników telewizyjnych kierowaç wysokiej jako-
Êci sygna∏ wideo mimo przepustowoÊci zaledwie 6 Mb/s. Dzi´-

66 Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1998

SATELITY TELEKOMUNIKACYJNE XXI wieku zostanà wyposa˝o-
ne w dwie anteny matrycowofazowe (przedstawione na rysunku w po-
staci dwóch szeÊciokàtnych struktur) przeznaczone do nadawania i od-
bioru licznych wàskich i ÊciÊle ukierunkowanych wiàzek sygna∏ów.
Baterie s∏oneczne (d∏ugie prostokàty) b´dà êród∏em energii dla uk∏a-
dów elektronicznych na pok∏adzie, w tym pot´˝nych procesorów ste-
rujàcych antenami i zarzàdzajàcych tysiàcami kana∏ów do przesy∏ania
fonii i danych. Przedstawiony na ilustracji satelita znajduje si´ na or-
bicie Êredniej, oko∏o 10.3 tys. km nad powierzchnià Ziemi.

ki niemu satelita DBS zdolny do przesy∏ania 1 Gb/s, na przy-
k∏ad DirecTV, mo˝e obs∏ugiwaç 150 kana∏ów telewizyjnych
jednoczeÊnie, a oprócz tego wiele kana∏ów fonicznych o jako-
Êci dêwi´ku p∏yt kompaktowych. Z tych samych powodów
niektóre systemy przenoÊne stosujà kompresj´ fonii.

Poniewa˝ wysokie cz´stotliwoÊci pozwalajà przesy∏aç wi´-

cej danych ni˝ niskie, zakresy u˝ywane do komunikacji bez-
przewodowej ciàgle przesuwajà si´ w gór´ od dziesiàtek me-
gaherców w latach pi´çdziesiàtych do niemal 100 GHz
w najbardziej obecnie zaawansowanych systemach. Niestety,
nadawanie i przetwarzanie tysi´cy sygna∏ów wymaga du˝o
energii, o którà w kosmosie nie∏atwo.

Kwestia ta szczególnie dotyczy satelitów na orbicie geo-

stacjonarnej, które obs∏ugujà wiele wiàzek i przesy∏ajà je na od-
leg∏oÊç 40 tys. km. Zasilanie jest tak˝e problemem w syste-

mach ∏àcznoÊci ruchomej, poniewa˝ niewielkie anteny stoso-
wane obecnie w przenoÊnych radiotelefonach odbierajà je-
dynie bardzo niewielkà cz´Êç sygna∏u wysy∏anego przez sa-
telit´. Zwi´ksza to wymogi dotyczàce zasilania i skutecznoÊci
przekaêników na orbicie. W rezultacie moc typowych baterii
s∏onecznych instalowanych na satelitach geostacjonarnych
wzros∏a w ciàgu ostatnich pi´ciu lat z oko∏o 2 do przesz∏o
10 kW. Sta∏o si´ to mo˝liwe dzi´ki zwi´kszeniu powierzchni
oraz wydajnoÊci baterii. Ogniwa s∏oneczne wytwarzane z no-
wych materia∏ów, takich jak kombinacja arsenku galu i ger-
manu, osiàgn´∏y sprawnoÊç 23%, czyli dwukrotnie wi´kszà od
wykonanych z amorficznego krzemu.

Dzi´ki uk∏adom skupiajàcym promienie s∏oneczne tak, aby

do baterii dociera∏o jak najwi´cej Êwiat∏a, oraz ogniwom wie-
loz∏àczowym, wykorzystujàcym oprócz Êwiat∏a widzialnego

Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1998 67

ICO GLOBAL COMMUNICATIONS; SLIM FILMS

promieniowanie ultrafioletowe i podczerwone, w ciàgu na-
st´pnych pi´ciu lat wydajnoÊç ta mo˝e przekroczyç 30%. W
przysz∏oÊci z gi´tkich baterii s∏onecznych da si´ prawdopo-
dobnie uzyskiwaç moc ponad 60 kW. Pomocne stanà si´ rów-
nie˝ udoskonalone ogniwa paliwowe i akumulatory o
wysokiej sprawnoÊci.

Du˝a szybkoÊç transmisji wymaga du˝ych anten, szcze-

gólnie w przypadku systemów geostacjonarnych. Obecnie
potrafimy budowaç anteny paraboliczne o Êrednicy 10 m,
w przysz∏oÊci nale˝y si´ spodziewaç wzrostu ich rozmiarów
do 20, a nawet 30 m. W najbardziej do tej pory skompliko-
wanà anten´ matrycowofazowà wyposa˝ono japoƒskiego sa-
telit´ Gigabit. Jego antena odbiorcza ma Êrednic´ oko∏o
3 m i sk∏ada si´ z 2700 komórek, czyli indywidualnych ele-
mentów antenowych. Budowa anten liczàcych dziesiàtki ty-
si´cy komórek stanie si´ mo˝liwa, gdy konstruktorzy zyska-
jà doÊwiadczenie, a wytwórcom uda si´ zwi´kszyç produkcj´
i dzi´ki temu uczyniç jà mniej kosztownà.

Aby jednak wejÊç na rynek masowy, us∏ugodawcy muszà

maksymalnie obni˝yç ceny terminali naziemnych. Powinny te-
mu sprzyjaç lepsze rozwiàzania konstrukcyjne oraz zastoso-
wanie technik wielkoprodukcyjnych. Niektóre terminale DBS
majà dziÊ Êrednic´ 30 cm, a ich cena nie przekracza 200 dola-
rów. W przysz∏oÊci matryce fazowe wykonywane w technolo-
gii arsenku galu umo˝liwià prawdopodobnie obni˝enie kosz-
tów anten zarówno w przestrzeni kosmicznej, jak i na Ziemi.

GEO kontra LEO

Wi´kszoÊç pracujàcych obecnie satelitów telekomunikacyj-

nych nale˝y do systemów geostacjonarnych i od 1965 roku, czy-
li powstania Intelsatu (International Telecommunications Satel-
lite Organization), komunikuje si´ najcz´Êciej ze stacjonarnymi
oÊrodkami naziemnymi. Ponad 10 lat temu Inmarsat (Internatio-
nal Maritime Satellite Organization) pierwsza wprowadzi∏a
telefoni´ ruchomà i transmisj´ danych na potrzeby ˝eglugi,
a w minionym roku podobne us∏ugi przemieszczajàcym si´
u˝ytkownikom na làdzie zaoferowa∏y American Mobile Satelli-
te Corporation w Ameryce Pó∏nocnej oraz Telesat Mobile w Ka-
nadzie. Budujàc satelity wyposa˝one w wi´ksze anteny, firmy
te zdo∏a∏y obni˝yç koszty, ale przedsi´wzi´cie ucierpia∏o z po-
wodu k∏opotów z nadawaniem (i niezbyt dobrego marketingu).

TrudnoÊci techniczne napotykane w przypadku systemów

geostacjonarnych sprawi∏y, ˝e w ostatnich latach gwa∏townie
wzros∏o zainteresowanie satelitami LEO, umieszczanymi na

68 Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1998

orbitach niskich (na wysokoÊci mniejszej
ni˝ 2000 km), oraz MEO (10–16 tys. km).
Obszaru pomi´dzy tymi strefami unika si´
ze wzgl´du na wyst´pujàce w nim pasy Van Allena, gro˝àce
uszkodzeniem pracujàcych tam urzàdzeƒ. System LEO dzia∏a
szybciej ni˝ GEO, a prócz tego wymaga mniejszych terminali,
poniewa˝ satelity znajdujà si´ zwykle oko∏o 40 razy bli˝ej Zie-
mi. Trzy nowe systemy umieszczone na orbitach Êrednich i ni-
skich przeznaczone do globalnej ruchomej komunikacji làdowej
– Iridium, ICO Global Communications i Globalstar – powinny
zaoferowaç globalne us∏ugi telefoniczne w ciàgu najbli˝szych
2 lat. Pierwszy ma wystartowaç Iridium.

Wadà systemów LEO i MEO jest to, ˝e w czasie 1–2 godzin

satelity przemierzajà niebo, a nie „wiszà” nad ustalonym punk-
tem. JeÊli ∏àcznoÊç ma byç dobra, u˝ytkownik musi ciàgle „wi-
dzieç” przynajmniej jednego satelit´, który w dodatku powi-
nien znajdowaç si´ dostatecznie wysoko nad horyzontem, aby
nie przes∏ania∏y go budynki czy drzewa. T∏umaczy to, dlacze-
go systemy MEO i LEO w celu zapewnienia nieprzerwanej ∏àcz-
noÊci globalnej muszà korzystaç z tak wielu satelitów – w sie-
ci LEO oko∏o 60. Budowa i wystrzeliwanie satelitów kosztuje
miliardy dolarów. Ponadto nie eksploatowane ju˝ stacje i szczàt-
ki rakiet noÊnych stanowià zagro˝enie, trzeba wi´c b´dzie wpro-
wadziç surowe normy bezpieczeƒstwa.

Aby ceny us∏ug szerokopasmowych – na przyk∏ad przesy-

∏ania interaktywnych programów multimedialnych bezpo-
Êrednio do indywidualnych abonentów – nie by∏y zbyt wy-
górowane, systemy muszà wykorzystywaç najwy˝sze zakresy
radiowe, przekraczajàce 20 GHz. Nawet zwielokrotnione wy-
korzystywanie cz´stotliwoÊci uzyskiwane dzi´ki antenom ma-
trycowofazowym wymaga sporego wycinka widma. Obecnie
opracowuje si´ kilka szerokopasmowych systemów MEO

Przysz∏y pó∏nocnoamerykaƒski system telekomunikacyjny

SATELITY NA NISKICH ORBITACH,

umieszczone na wysokoÊci kilkuset

kilometrów nad Ziemià, ∏àczà

u˝ytkowników znajdujàcych si´ w podobnej

odleg∏oÊci od siebie, wprowadzajàc

bardzo niewielkie opóênienia.

Pokrycie zasi´giem ca∏ej kuli

ziemskiej wymaga jednak

ogromnej liczby takich satelitów.

PLATFORMY HALE umieszczane na wysokoÊciach
przekraczajàcych 20 tys. m umo˝liwià w nadchodzàcych latach
po∏àczenia pomi´dzy ruchomymi terminalami odleg∏ymi o 500 km.
Cz´Êç z nich ma przypominaç sterowce, niektóre natomiast,
wyposa˝one w skrzyd∏a, b´dà lataç jak samoloty.

SLIM FILMS

i LEO. Nale˝à do nich Teledesic Billa Gatesa i Craiga McCawa
oraz Skybridge Alcatela, a tak˝e Celestri Motoroli (hybryda
LEO-GEO). Przed∏o˝ono jeszcze kilkanaÊcie ró˝nych projek-
tów, w wi´kszoÊci opartych na systemach geostacjonarnych.
W sieciach tych stosowano by nadajniki du˝ej mocy, które
emitowa∏yby sygna∏y skierowane do mikroterminali. Nie
wszystkie projekty zostanà jednak zrealizowane.

Technologie jutra

Wysokie koszty szerokopasmowych systemów wielosate-

litarnych sprawiajà, ˝e coraz wi´kszy entuzjazm budzà plat-
formy HALE. Statki tego typu mo˝na by wynosiç w gór´
umiarkowanym kosztem i sprowadzaç z powrotem na Ziemi´
w celu konserwacji. Wyposa˝one w anteny matrycowofazo-
we obs∏ugujàce oko∏o 3500 kana∏ów pozwala∏yby nie tylko
na ∏àcznoÊç dwustronnà, ale równie˝ na transmisje wideo na
obszarze o Êrednicy oko∏o 500 km. Systemy te b´dzie charak-
teryzowaç stokrotne wykorzystanie cz´stotliwoÊci i zdolnoÊç
komunikowania si´ z satelitami w celu realizacji po∏àczeƒ
o zasi´gu globalnym.

Obecnie rozwa˝a si´ zastosowanie czterech podstawowych

typów platform HALE: wype∏nionych helem „sterowców”
pilotowanych przez roboty i stabilizowanych z u˝yciem sil-
ników jonowych, statków zasilanych za pomocà ogniw s∏o-
necznych lub paliwowych oraz platform z nap´dem t∏oko-
wym lub odrzutowym. Poszczególne rozwiàzania majà
odmienne ograniczenia: w przypadku statków zasilanych
z ogniw s∏onecznych lub paliwowych wystàpià prawdopo-
dobnie problemy z energià, z kolei platformy wyposa˝one
w silniki t∏okowe lub odrzutowe b´dà mog∏y pozostawaç
w górze zaledwie przez par´ dni.

Innym sposobem udost´pnienia us∏ug szerokopasmowych

jest wykorzystanie tak wysokich cz´stotliwoÊci, aby potrze-
b´ ich zwielokrotnienia ograniczyç do minimum. Niestety,
wià˝e si´ z tym pewna trudnoÊç. D∏ugoÊç fal odpowiadajàcych

najwy˝szym cz´stotliwoÊciom stosowanym obecnie w syste-
mach satelitarnych jest porównywalna z rozmiarami kropli
deszczu. W konsekwencji krople jak soczewki za∏amujà fale
i zniekszta∏cajà sygna∏. Wp∏yw tego zjawiska mo˝na zminima-
lizowaç dzi´ki korekcji b∏´dów, zwi´kszeniu mocy, kiedy to
niezb´dne, i korzystaniu z wi´kszej liczby terminali naziem-
nych (aby sygna∏ dociera∏ ró˝nymi drogami). Wszystko to
jednak sprawia, ˝e koszty wzrastajà.

W przypadku fal krótszych ni˝ milimetr napotykamy jesz-

cze powa˝niejsze trudnoÊci. Wiàzki promieniowania pod-
czerwonego i widzialnego – bo takie wchodzà wtedy w gr´ –
∏atwo ulegajà absorpcji w atmosferze i ich zastosowanie w bli-
skiej przysz∏oÊci b´dzie ograniczone do wn´trz budynków.
Jednak˝e doÊwiadczenia japoƒskie z Engineering Test Satel-
lite VI przeprowadzone w po∏owie lat dziewi´çdziesiàtych
ponownie wzbudzi∏y nadziej´, ˝e komunikowanie si´ z sa-
telitami za pomocà wiàzek promieniowania laserowego sta-
nie si´ pewnego dnia mo˝liwe. Sieci laserowe s∏u˝y∏yby naj-
prawdopodobniej do obs∏ugi najbardziej obcià˝onych linii
i opiera∏y si´ na du˝ej liczbie stacji naziemnych, co minima-
lizowa∏oby zak∏ócenia powodowane z∏à pogodà.

Oczywiste jest natomiast, ˝e w ciàgu najbli˝szych 20 lat

zwi´kszy si´ dominacja systemów bezprzewodowych i ˝e
b´dà one wykorzystywaç wiele ró˝nych technik. Aby sta∏o
si´ to faktem, potrzebne jest zaanga˝owanie zarówno wy˝-
szych uczelni oraz przemys∏u, jak i rzàdu. Niestety, tylko nie-
wiele wydzia∏ów w Stanach Zjednoczonych lub innych uprze-
mys∏owionych krajach kszta∏ci studentów mogàcych zajàç
si´ rozwiàzywaniem ∏àczàcych si´ z tym problemów.

Jednym z projektów zas∏ugujàcych na powa˝ne rozwa˝enie

jest powo∏anie mi´dzynarodowego instytutu, który przygoto-
wywa∏by niezb´dne ekspertyzy. Wraz z kilkoma innymi osoba-
mi badam obecnie mo˝liwoÊç realizacji tego pomys∏u. Ale na-
wet gdyby instytut powsta∏, brak odpowiednio przygotowanych
naukowców i in˝ynierów mo˝e okazaç si´ powa˝nà przeszko-
dà na drodze post´pu. Potrzebne sà dodatkowe rozwiàzania, al-
bowiem korzyÊci p∏ynàcych z ∏atwiejszego porozumiewania
si´ i gruntowniejszego kszta∏cenia nie sposób przeceniç.

T∏umaczy∏

Rafa∏ Bo˝ek

Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1998 69

Informacje o autorze

JOSEPH N. PELTON jest profesorem telekomunikacji w University of Co-

lorado w Boulder i Mi´dzynarodowego International Space University

w Strasburgu (Francja). Pe∏ni obecnie funkcj´ przewodniczàcego zespo-

∏u, który na zamówienie National Science Foundation oraz National

Aeronautics and Space Administration podjà∏ si´ przeglàdu istniejàcych

systemów satelitarnych. Jest autorem 16 ksià˝ek poÊwi´conych ∏àcznoÊci

radiowej i satelitarnej, w tym tak˝e wydanej ostatnio Cyberspace Chronic-

les. W najbli˝szym czasie ma zamiar przenieÊç si´ do Institute for Applied

Space Research w George Washington University.

Literatura uzupe∏niajàca

PRINCIPLES OF COMMUNICATIONS SATELLITES

. G. D. Gordon i W. L.

Morgan; Wiley-Interscience, 1993.

A EUROPEAN STRATEGY FOR FUTURE SATELLITE COMMUNICATIONS

SYSTEMS

. E. W. Ashford, Space Communications, vol. 14, nr 3, ss.

151-154, 1996.

OVERVIEW OF SATELLITE COMMUNICATIONS

. J. N. Pelton, Encyclopedia

of Telecommunications, vol. 14; Marcel Dekker, 1997.

GLOBAL SATELLITE COMMUNICATIONS TECHNOLOGY AND SYSTEMS.

Joseph N. Pelton i in.; WTEC, Baltimore, (w druku).

WIE˚E sieci telefonii komórkowej
(ma∏e obiekty na powierzchni)
mogà obs∏ugiwaç obszary
o Êrednicy kilku kilometrów.
Niektóre sieci ∏àczà techniki
satelitarne i naziemnej
∏àcznoÊci komórkowej.

SATELITY umieszczone na orbicie geostacjonarnej mniej wi´cej 40 tys. km
nad powierzchnià Ziemi mogà poÊredniczyç w po∏àczeniach
pomi´dzy przenoÊnymi terminalami odleg∏ymi o wiele tysi´cy kilometrów,
ale d∏uga droga sygna∏ów tam i z powrotem wprowadza oko∏o

1

/

4

s opóênienia.