TELEKOMUNIKACJA SATELITARNAWiadomości wstępne

Wykorzystywanie satelitów do telekomunikacji nie jest nowościom. Od 1965 roku, kiedy umieszczono na orbicie pierwszego satelitę telekomunikacyjnego, będącego własnościom firmy Intelsat, minęło dużo czasu. Obecnie spośród krążących nad ziemią 5000 stacji satelitarnych 180 jest przeznaczonych właśnie do celów telekomunikacyjnych. Satelity umieszczone pojedynczo lub grupami od dwóch do kilkunastu, na wysokości 35- 38 tyś nad równikiem, na orbitach geostacjonarnych (w stałych punktach nad ziemią). Są one wykorzystywane do dalekosiężnych usług telekomunikacyjnych, szczególnie połączeń pomiędzy ruchomymi obiektami na lądzie i na morzu. Służą także jako stacje przekaźnikowe prywatnych sieci telekomunikacyjnych oraz dystrybucji sygnałów telewizyjnych kierowanych do naziemnych stacji nadawczych, do telewizyjnych sieci kablowych oraz do anten odbiorczych pojedynczych odbiorników telewizyjnych. Nie nadają się one do realizacji połączeń pomiędzy telefonami kieszonkowymi, z co najmniej dwóch powodów: odległe położenie od powierzchni Ziemi sprawia, że opóźnienie propagacji sygnału jest rzędu 260 ms w obie stron, a ponadto sygnał nadawczy z małej anteny telefonu kieszonkowego jest zbyt słaby, aby był przechwytywany przez obecne anteny satelitów. Nowe systemy satelitarne będą wykorzystywały grupę satelitów krążących niżej - na orbitach niskich ( LEO - Low Earth Orbit ) i średnich ( MEO - Medium Earth Orbit ).
Satelity niskoorbitowe będą umieszczone w odległości 500 do 1500 km nad Ziemią, średnioorbitowe od 5000 do 12000 k. Satelity umieszczane niżej są mniejsze , lżejsze i tańsze, a opóźnienia transmisyjne mniejsze; jednakże im niższa orbita rym więcej satelitów trzeba umieścić na orbicie i tym krótszy jest czas życia grupy satelitów, hamowanych przez resztki atmosfery. W sumie koszty systemów niskoorbitowych i średnioorbitowych - przy podobnej technice realizacji, są zbliżone.
Systemy satelitarne będą cennym uzupełnieniem naziemnych systemów łączności. Gęstość telefonizacji na kuli ziemskiej jest bardzo nie równomierna, średnio kraje europejski i Stany Zjednoczone mają trzydziestokrotnie większą liczbę telefonów na 100 mieszkańców niż gęsto zaludnione kraje, takie jak Chiny, Indie, Pakistan , Filipiny.
Telefonia satelitarna pozwoli na szybkie zbudowanie sieci, w szczególnie w terenach gdzie występują trudności terenowe - pustynie, wysokie góry lub obszary położone na wyspach. W niektórych krajach rozwiniętych, zajmujących duże obszary, gdzie ludność jest rozmieszczona nie równomiernie, np. w Australii, Brazylii, Rosji, zastosowanie satelitów może być tańsze niż prowadzenie długich linii naziemnych w trudnych. Oblicza się, że obecnie na instalacje stacji telefonicznej oczekuje około 30-45 milionów ludzi, a średni czas oczekiwania wynosi 18 miesięcy. Kolejka ta wydłuża się. Zastosowanie systemów satelitarnych powinno skrócić tą gigantyczną kolejkę. Ekspansja telefonii komórkowej jest widoczna: począwszy od 4 mln abonentów w roku 1988 do 125 mln w roku1995 i przewidywanej liczby 350 mln w roku 2001. Jednakże nawet w roku 2001 40-60 mieszkańców naszego globu nie będzie znajdować się w jej zasięgu. Uruchomienie telefonii satelitarnej sprawi, że ponad 95 % ludzi będzie miało potencjale możliwości korzystania z usług telekomunikacyjnych.
Telefonia ta obejmie prawie cały obszar kuli ziemskiej. Gdy abonent telefonii komórkowej podróżuje, to niekiedy, wychodząc poza obszar "swojej" sieci - traci możliwość porozumiewania się z powodu niekompatybilności drugiej sieci lub przerw w obszarach pokrycia polem radiowym. Telefonia satelitarnej może wyeliminować tę niedogodność, tworząc drogi alternatywnych połączeń. Jedynie ta telefonia umożliwi bezpośrednie połączenia za pomocą kieszonkowych telefonów abonentów znajdujących się w ( prawie ) dowolnych miejscach kuli ziemskiej, nawet, gdy niema naziemnych instalacji łączeniowych. Zamiast nich będzie można tworzyć współpracujące z systemem satelitarnym izolowane centra łączności nawet ruchome lub okresowo tworzone w miarę potrzeb, obsługujące obszary odległe od dużych centrów cywilizacyjnych. Stworzy to szansę włączenia do gospodarki tych obszarów, które do tej pory były z nich wyłączone z uwagi na utrudnienia telekomunikacyjne. Telefonia satelitarna ma jednak jedną istotną wadę : jest droga. Koszty utworzenia systemu globalnego szacowane są na około 2,5 do 5 mld $ , nie udźwigną ich nawet wielki korporacje telekomunikacyjne. Tworzone, więc są wielkie konsorcja różnych operatorów i firm działających w telekomunikacji i pracujących dla niej. Powodzenie tych przedsięwzięć będzie można osiągnąć tylko wtedy, gdy telefonia satelitarna będzie tak popularna jak telefonia komórkowa. Przeszkodom w rozbudowie i korzystaniu z telefonii satelitarnej będą obowiązujące w różnych krajach różne regulacje prawne. Lista krajów których operatorzy i przedsiębiorstwa partycypują w telefonii satelitarnej, jest bardzo długa i obejmuje prawie wszystkie kraje członkowski ONZ. Wśród nich można znaleźć Polskę i TP S.A.

KLASYFIKACJA SYSTEMÓW TELEFONII SATELITARNEJ:

Rozwijane projekty systemów satelitarnych:

- systemy globalne, jak Inmarsat, Iridium , Globalstar, Ellipso, ORBCOMM
- systemy regionalne, jak ACeS, Thuraya

Oprócz nich powstają podniebne "infostrady" Teledesic, Skybridge, Celesta, przeznaczone do łączności internetowej.

Systemy globalne: Mają obejmować obszar prawie całej kuli ziemskiej oprócz pasa podbiegunowego. Przy orbitach niskich - na wysokości 800 km 0- do uzyskania takiego pokrycia potrzeba 66 satelitów oraz 6 satelitów rezerwowych ( Iridium ). Przy orbitach wyższych - 1400 km wystarcz tylko 48 satelitów i 4 rezerwowe ( Globalstar ). Natomiast dla orbit średnich MEO - 8000 km 14+2 rezerwowe ( Ellipso ), a dla wyższych 10000 km- 10+2 ( Inmarsat-P ). Na satelity LEO oddziałuje opór rzadkiej na tych wysokościach atmosfery oraz radiacja wewnętrznych pasów Van Allena. Wskutek tego przewiduje się 5 lat krążenia wystrzelonego satelity dla niższych orbit LEO zaś 8 na orbitach wyższych Dla orbit MEO czas ten wynosi 12 lat. Satelity LEO muszą być częściej wymieniane. Jednakże są one lżejsze od satelitów umieszczonych wyżej. Dzięki temu koszt wystrzelenia rakiety z satelitami, który gwałtownie rośnie z ich masą, jest mniejszy dla satelitów na niższych orbitach ( LEO ) niż w porównaniu z orbitami ( MEO )i( GEO ). Opóźnienie propagacji sygnału do satelitów niskoorbitowych wynoszą 10 ms. Jednak to nie wszystko. Do opóźnienia należy dodać czas obróbki sygnału (kompresja mowy, przesuwanie w dziedzinę wysokiej częstotliwości , przetwarzanie )- w sumie dodatkowe 150 ms. Do tego w przypadku rozmowy telefonicznej z osobą znajdującą się na drugiej półkuli należy dodać jeszcze 100 ms - jeżeli satelity mogą się komunikować ze sobą , jak w systemie Iridium. Razem opóźnienie to wynosi od 160 do 260 ms. Identyczne opóźnienia dla satelitów średnioorbitowych, które mają opóźnienia propagacji 100ms, wynoszą odpowiednio więcej. Jednakże są one na wyższej orbicie, większe jest prawdopodobieństwo rozmowy prowadzonej za pośrednictwem tylko jednego satelity.
Telefony przeznaczone do komunikacji satelitarnej będą miały wymiary nieco większe od obecnych kieszonkowych telefonów komórkowych. Mniej więcej takie jak, telefony sprzed kilku lat. Na przykład telefon satelitarny Globalstar waży - w obecnej wersji 340 gram ( typowy telefon komórkowy waży 220 g ) i ma wysokość 5 cm. Przewiduje się że telefony satelitarne będą miały co najmniej dwa tryby pracy ze stacjami naziemnymi: tryb pracy w sieci telefonii komórkowej i tryb współpracy z siecią satelitarną, powinny one być uniwersalne ( dwu systemowe ). Operatorzy z kręgu europejskiego stosują cyfrowy system GSM ( Global System for Mobile Communications )a z kręgu amerykańskiego analogowy system AMPS ( North American Advanced Mobile Phone Service .
Ponadto było by pożądane, aby telefony mogły komunikować się z kilkoma systemami satelitarnymi. Wymaga to dalszych wysiłków w kierunku opracowania i wdrożenia kart inteligentnych przeznaczonych do telefonów satelitarnych potrafiących dostosować się do np. do sieci satelitarnej o najsilniejszym sygnale. Antena telefonu będzie dwukierunkowa. Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna ( ITU ) przydzieliła częstotliwości dla poszczególnych sieci. Częstotliwości sygnałów "w górę" - od telefonów do satelity niegeostacjonarnego - znajdują się w paśmie 1,610- 1,6265 GHz, a sygnałów "w dół" - w paśmie 2,4835 GHz - 2,500 GHz.
Jeżeli odbiorcom jest abonent z telefonem stacjonarnym lub komórkowym współpracującym z systemami naziemnymi , to za pośrednictwem satelitarnym stacji bazowej, sygnał jest przenoszony na wyższą częstotliwość i nawiązanie łączności jest uzyskiwane w pasmach pomocniczych: 5,091 - 5,250 GHz w górę do satelity i 6,875 - 7,055 GHz w dół do stacji naziemnej. W stacji naziemnej następuje ponowna konwersja i przekazanie sygnału do stacjonarnej sieci publicznej lub do lokalnej sieci komórkowej - radiowej . Oprócz tego przewidziano częstotliwości 23,18 - 23,38 GHz dla bezpośredniej komunikacji pomiędzy satelitami ( Iridium ). Antena telefonu wytwarza moc sygnału mniejszą od 0,5 W. Sygnał ten jest wychwytywany przez antenę odbiorczą satelity o dużym zysku.
Na satelicie następuje wzmocnienie sygnału i konwersja częstotliwości, a następnie antena nadawcza wysyła sygnał na ziemie. Na ogół nie jest to jedyna wiązka homogeniczna, lecz kilkanaście rozdzielonych. Dzięki temu pasmo częstotliwości może być wykorzystane wielokrotnie w nie interferujących ze sobą wiązkach i wzrasta także wzmocnienie anteny nadawczej. Stacje satelitarne są zasilane bateriami słonecznymi, więc moc nadawcza jest ograniczona. Z tego względu nie będzie można posługiwać się telefonami satelitarnymi wewnątrz budynków. Trzeba będzie wychodzić na tarasy lub zbliżać się do okien - tak, jak to było kilka lat temu z telefonami komórkowymi. Telefony satelitarne umożliwią przesyłanie nie tylko sygnałów głosowych. Ale też przesyłanie faksów i transmisje danych cyfrowych.

System Inmarsat

Międzynarodowe konsorcjum International Maritime Satellite Organization powstało w celu stworzenia ogólnie dostępnego, satelitarnego systemu radiowej łączności o zasięgu ogólnoświatowym. W założeniu miała to być sieć łączności, spinająca w jedną całość elementy morskiego systemu łączności w niebezpieczeństwie (GMDSS - Global Maritime Distress and Safety System), takie jak sieć radiowa SafetyNET i transmisja komunikatów tekstowych dla żeglugi przybrzeżnej NAVTEX.
Takie postawienie sprawy dało projektowi mocne podstawy finansowe. Zastosowanie technik i technologii, wypróbowanych wcześniej w wojskowych systemach łączności oraz ciągła modernizacja satelitów i zestawów łączności pozwoliły na rozpowszechnienie systemu Inmarsat poza zakres zastosowań morskich.
Z drugiej strony, konieczność zachowania wzajemnej kompatybilności starych i nowych komponentów powoduje, że satelity i stacje naziemne są niezwykle skomplikowane i kosztowne, szczególnie w porównaniu do nowo powstających sieci satelitarnych, takich jak Iridium czy Teldesic. Pewnym rozwiązaniem jest wyodrębnienie z sieci Inmarsat podsystemów, przeznaczonych dla określonych zastosowań. Najnowszy z podsystemów, Inmarsat P, jest całkowicie niezależny od sieci macierzystej.

Satelity Inmarsat są umieszczone na orbicie geostacjonarnej (wysokość 35 700 km). Łączność utrzymują w paśmie częstotliwości D - 1,5 i 1,6 GHz. Umożliwiają dwustronną łączność telefoniczną i dalekopisową oraz transmisję danych (obie z prędkością 1200 bodów).
Zasadniczo system wykorzystuje 4 satelity, obsługujące główne obszary oceaniczne:
- POR (Pacific Ocean Region) - Pacyfik -178° E
- IOR (Indian Ocean Region) - Indyjski - 64,5° E
- AOR-E (Atlantic Ocean Region East) - Atlantycki wschodni - 15,5° W
- AOR-W (Atlantic Ocean Region West) - Atlantycki zachodni - 54° W
Zasięg satelitów pokrywa pas od 70^o szerokości geograficznej południowej do 70^o szerokości północnej.
Obecnie na orbicie pracują satelity Hughes INMARSAT III. Ich "czas życia" ocenia się na około 12 lat.

Pracą systemu Inmarsat zarządza centrum kontroli (OCC - Operations Control Centre) w Wielkiej Brytanii. OCC jest połączone z siecią lokalnych stacji kontrolnych, utrzymujących łączność z poszczególnymi satelitami. Służą one do odbioru danych telemetrycznych, transmisji sygnałów sterujących, oraz pośredniczą w wymianie danych z naziemnymi sieciami łączności przewodowej i radiowej (tzw. roaming).

Najstarszym komercyjnym podsystemem jest Inmarsat A, wprowadzony do użytku w roku 1982. Umożliwia on łączność radiotelefoniczną, dalekopisową (Telex), faksową, oraz pakietową transmisję danych (sieci informacyjne i poczta elektroniczna). Przy zastosowaniu zewnętrznej kompresji danych można także utrzymywać połączenie wideotelefoniczne.
Inmarsat A jest systemem analogowym, przez co jest dość podatnym na zakłócenia elektromagnetyczne, pochodzenia atmosferycznego i technicznego (przemysłowego), dlatego też zaszła potrzeba modyfikacji.
Terminal składa się z trzech zasadniczych części: zespołów antenowgo i podpokładowgo, oraz interfejsu użytkownika.
Zespół antenowy obejmuje antenę wyposażoną w mechaniczny układ stabilizacji położenia, układ sterowania kierunkiem wiązki, jeden lub dwa wzmacniacze niskoszumowe odbiorcze oraz takąż ilość wzmacniaczy nadawczych. Cały zespół antenowy jest montowany w hermetycznej obudowie, na zewnątrz nadbudówek statku.
Część podpokładowa zawiera układy elektroniczne, w tym modulator, demodulator, bloki sterowania anteną i zasilacze. Interfejs użytkownika jest to po prostu telefon, telefaks i dalekopis. Oczywiście prawdziwego dalekopisu z wyjącymi silniczkami, czcionkami z maszyny do pisania i dziurkarką taśmy nikt już nie używa (no, może jeszcze jakieś pływające muzeum). Obecnie jest to terminal ekranowy z drukarką, a najczęściej zwykły PC.
Transmisja w kanale dalekopisowym odbywa się ze standardową prędkością 50 bodów i dwuwartościową modulacją fazy (BPSK). Satelity dysponują prędkością 1200 bodów, co pozwala to na równoległą transmisję 22 kanałów dalekopisowych i dwu kanałów sygnalizacyjnych.
Duże rozmiary terminali Inmarsatu A ograniczają jego zastosowanie w zasadzie do dużych statków morskich.
Następna generacja, Inmarsat B, pracuje już z transmisją cyfrową. Podobnie jak Inmarsat A, zapewnia on łączność telefoniczną, dalekopisową, faksową oraz transmisję danych. Zastosowanie transmisji cyfrowej pozwala na zmniejszenie kosztu sprzętu, ilości zużywanej energii na satelitach oraz zwiększenia ilości kanałów komunikacyjnych. Transmisja cyfrowa jest także bardziej odporna na zakłócenia. Ponadto jest znacznie dogodniejsza do łączenia z innymi sieciami łączności.

Wprowadzony w roku 1992, cyfrowy podsystem Inmarsat M wykorzystuje niedrogie i stosunkowo niewielkie terminale pokładowe, przeznaczone głównie dla potrzeb pasażerów samolotów komunikacyjnych, promów i statków pasażerskich. Pozwala na łączność głosową, faksową i transmisję danych (2400 bodów). W odróżnieniu od innych podsystemów nie umożliwia komunikacji dalekopisowej.
System nie pracuje zbyt stabilnie w ciężkich warunkach morskich, a zasięg działania jest dosyć ograniczony. Za to jednostkowy koszt łączności jest najniższy ze wszystkich podsystemów Inmarsat.
Odmiana Inmarsata M, nazwana Mini-M, jest przeznaczona do zastosowania w lądowych sieciach łączności ruchomej i stałej, głównie na obszarach pozbawionych infrastruktury telekomunikacyjnej. Terminale używane w komunikacji ruchomej, umożliwiają połączenia telefoniczne, faksowe oraz transmisje danych. Są one jednymi z mniejszych i lżejszych - podstawa wielkości formatu A4, waga 2-2,4 kg wraz z bateriami. Identyfikacja terminala, a raczej użytkownika, odbywa się poprzez odczyt z karty SIM. Karta pełni funkcję podobną jak w telefonie komórkowym, a oprócz tego pozwala kodować przesyłane informacje indywidualnym kodem użytkownika. Prędkość cyfrowej transmisji głosu wynosi 4,8 kbit/s (typowe Inmarsat B,M i C - 6,4 kbit/s) a faksu i danych 2,4 kbit/s. Dostępne są połączenia z telefonicznej sieci publicznej do terminali Mini-M:
- Rejon Oceanu Atlantyckiego - Wschód (AOR-E) - numer obszaru 871
- Rejon Oceanu Atlantyckiego - Zachód (AOR-W) - numer obszaru 874
- Rejon Oceanu Indyjskiego (IOR) - numer obszaru 873
- Rejon Oceanu Spokojnego (POR) - numer obszaru 872
Opłata za minutę połączenia wynosi około 2 dolarów (aktualnie 6.25 PLN+VAT).

Inmarsat C jest najpopularniejszym z podsystemów Inmarsatu. Terminale są małe, i mogą być budowane jako stacjonarne i przenośne. Prędkość transmisji 1200b/s w trybie simpleksowym. Terminal przenośny waży około 5kg a antena nie wymaga pozycjonowania. Ze względu na mobilność i niski koszt użytkowania podsystem ten rozwija się najszybciej.
W systemie C udostępniono wiele serwisów, miedzy innymi: dwustronna łączność typu store-and-forward (podobnie jak w lotniczych sieciach przewodowych AFTN i OLDI), łączność w sieciach SafetyNET i FleetNET, automatyczne przesyłanie raportów pozycyjnych wg GPS, oraz usługi "polling" (sprawdzenie, które terminale są aktualnie aktywne) i SCADA (Supervisory Control And Data Acqusition).
Niektóre terminale Inmarsat C wyposażone są w przystawkę do szybkiej transmisji danych, tzw. HSD (High Speed Data), umożliwiającą pracę przy przepływności 56 lub 64 kbit/s. HSD wykorzystuje stacje brzegowe CES (Coast Earth Stations). Stacje te odpowiedzialne są ponadto za łączność pomiędzy częścią satelitarną systemu, a sieciami telekomunikacji lądowej.
Tylko użytkownicy, posiadający kody identyfikacyjne, przyznane na podstawie abonamentu stacji Inmarsat-C, mają dostęp do wszystkich usług Inmarsat C za pośrednictwem sieci telefonicznej, dalekopisowej i publicznej pakietowej sieci X25 (u nas POLPAK). Połączenia bezpośrednie, z wybraniem numeru kierunkowego rejonu (581 - AOR-E, 582 - POR, 583 - IOR, 584 - AOR-W) poprzedzającego bezpośrednio numer terminala, są dostępne tylko dla abonentów publicznej sieci dalekopisowej.
Od roku 1997 polska stacja Inmarsat C znajduje się w ośrodku łączności satelitarnej w Psarach. Właścicielem ośrodka jest Telekomunikacja Polska S.A., dzięki czemu nowo wprowadzane usługi wcale nie muszą być dostępne dla polskich abonentów naziemnych, a koszt połączenia jest, jak dotąd, nieźle zawyżony. Z powodu mafijnych metod walki o utrzymanie hegemonii w dziedzinie telekomunikacji, nadmierny optymizm jest raczej niewskazany.

Inmarsat P jest właściwie zupełnie nowym systemem. Pracuje on z własnym segmentem satelitarnym, składającym się z 10 do 12 niegeostacjonarnych satelitów, krążących po dwóch kołowych orbitach pośrednich o wysokości 10355 km i inklinacji 45^o. Stąd też pochodzi druga nazwa systemu - ICO (Intermediate Circular Orbit). W fazie projektowania używano także nazw Project 21 i Inmarsat P-21.
Inne są także zakresy częstotliwości:
- z terminala do satelity (uplink): 1980 ÷ 2010 MHz,
- z satelity do terminala (downlink): 2170 ÷ 2200 MHz.
Tak rewolucyjne zmiany miały na celu przede wszystkim rozszerzenie zasięgu łączności poza "siedemdziesiątki". ICO ma zasięg globalny - przy dziesięciu aktywnych satelitach każdy terminal naziemny jest w zasięgu co najmniej dwóch. Kolejną korzyścią jest znaczne zmniejszenie mocy nadawczej na satelicie i w termninalu użytkownika. To ostatnie jest szczególnie istotne, ponieważ założono wykorzystanie terminali wielkości telefonu komórkowego, gdzie antena nadawcza terminalu znajduje przy głowie użytkownika.
Terminale systemu umożliwiają łączność telefoniczną, faksową, transmisję danych i paging. Niektóre modele terminali mają wbudowany odbiornik GPS. Zwykłe terminale systemu ICO będą miały dwa tryby pracy, podobnie jak dwusystemowe telefony komórkowe. Jeżeli abonent znajduje się w zasięgu działania systemu komórkowego (np. GSM) to telefon będzie się kontaktował z tym systemem (automatycznie lub na polecenie użytkownika). Jeśli abonent znajduje się na obszarze, gdzie system komórkowy jest niedostępny, wówczas terminal łączy się bezpośrednio z segmentem satelitarnym.
Przewidziano ściślejszą niż dotąd współpracę z sieciami telekomunikacyjnymi z integracją usług. W tym celu planuje się budowę dwunastu stacji dostępu SAN (Satellite Access Node), pośredniczących w wymianie danych między segmentem satelitarnym i zewnętrznymi sieciami łączności. Stacja SAN jest wyposażona w łącza do przynajmniej dwóch innych SAN, interfejsy z publiczną siecią telefoniczną oraz z sieciami radiokomunikacji ruchomej. SAN utrzymują łączność z satelitami z pasmach 5000 - 5250 MHz (uplink) i 6925 - 7075 MHz (downlink).

System GlobalStar:

Grupę właścicieli systemu Globalstar stanowi pięciu dostawców usług telekomunikacyjnych i lotniczych tworzących korporacje Globalstar LP. Głównymi partnerami są New York City's Loral Space and Communications i Qualcomm In. z San Diego.
Globalstar uzyskał koncesje od ponad 100 lokalnych dostawców usług, obejmujących w sumie 88% ludności świata. Podejście Globalstar jest inne a niżeli zaprezentowane przez Iridium. Satelity tego systemu są proste, nie przetwarzają sygnałów. Dzięki temu są lżejsze; waga startowa z pełnym bakiem paliwa wynosi 450 kg.
Będą one umieszczane na wyższych orbitach - 1414 km . W sumie są tańsze od satelitów Iridium. Będzie ich 48, a więc o 1/3 mniej. Osiem trajektorii, z których na każdej będzie umieszczonych po sześć satelitów, jest równomiernie oddalonych o 45° stopni kątowych, pokrywają one obszar pomiędzy 70 stopniami szerokości północnej i południowej, nie obejmując czasz subpolarnych, rys 1. Prostota satelitów których rola sprowadza się do zbierania sygnałów z ziemi i przesyłanie ich do stacji bazowych, oznacza, że stacje te muszą być liczne i rozbudowane.
Konstelacja 48 satelitów systemu Globalstar obejmuje prawie całą kulę ziemską z wyjątkiem obszarów wokół biegunów, udostępniając łączność satelitarną 98 % ludności globu.
Taka jest właśnie idea systemu; bardziej skomplikowane urządzenia mogą być łatwiej utrzymywane w sprawności na ziemi, a w miarę upływu czasu będzie można wymieniać je na nowsze. Obecnie w budowie jest 38 stacji bazowych naziemnych, a na rozpoczęci czeka dalsze 40.
Satelity systemu Globalstar mają kształt trapezoidalny, są przygotowane do wynoszenia na orbitę w grupach. Wyposażono je w dwie sześciokątne anteny, jedną odbiorczą, drugą nadawczą. Każda z anten obsługuje 16 niezależnych wiązek. System Globalstar będzie pracował na częstotliwościach : usługi 1,610 - 1,6265 GHz w górę, 2,4385 - 2,500 GHz w dół, łącza bazowe : 5,091 - 5,250 GHz w górę, 6,875 - 7,055 w dół GHz. Baterie słoneczne stacji wytwarzają moc 1,1 kW. Sygnały odebrane z ziemi są przetwarzane we wzmacniaczu, który działa jak transponder satelitarny. Zmiana w projekcie transpondera spowodowała opóźnienia w umieszczaniu satelitów na orbitach. Dopiero w tym roku na swoim miejscu znajdują się 44 satelity, a pozostałe 4 i 8 zapasowych - w roku przyszłym. Satelity będą wysyłać sygnały do stacji bazowych, gdzie będą one przetwarzane i rozsyłane w lokalnej telekomunikacyjnej sieci naziemnej.
Jeżeli nadawcą był abonent sieci Globalstar, to sygnał jest przesyłany do miejsca przeznaczenia przez inne satelity współpracujące z tą sama albo inną stacją bazową. W drugim przypadku sygnał jest przesyłany za pomocą struktury naziemnej. W odróżnieniu od systemu Iridium system Globalstar jest bardziej powiązany z operatorami lokalnymi.
Stacje bazowe będą wyposażone w trzy lub cztery anteny o średnicach 5,5 i 6 m., śledzące kilka satelitów jednocześnie. System komutujący [pozwala w trakcie trwania rozmowy przekazywać sygnał z jednego telefonu do co najmniej dwóch satelitów. W stacjach zastosowano system zwielokrotnienia CDMA, który powinien zapobiec zanikom sygnałów w trakcie rozmowy w ruchu, m.in.. w wyniku pojawienia się przeszkód terenowych lub wielodrogowości sygnału. System Globalstar ma być - w ograniczonej formie - uruchomiony pod koniec tego roku. A w przyszłym roku ma już pracować cała jego struktura.

System Iridium

Najbliższym celu jakim jest uruchomienie globalnej łączności telefonicznej - jest korporacja Iridium LLC, składająca się z ponad 20 właścicieli- operatorów telekomunikacyjnych i przedsiębiorstw przemysłowych. Wiodącą role odgrywa w niej Motorola's Satellite Ccomunication Group z Arizony. System Iridium sukcesywnie wzbogaca swoją konstelacje satelitarną, aby osiągnąć docelową liczbę 66 satelitów. Człon naziemny nie pozostaje w tyle - trwa jego ciągła rozbudowa. Powstają naziemne stacje pośredniczące ( Gateway ) i przybywa terminali naziemnych.
Zastosowanie kombinacji wielokrotnego dostępu do transpondera satelitarnego FDMA/TDMA zwiększa efektywność wykorzystania ograniczonego pasma częstotliwości. Na łączu satelita- abonent wykorzystuje się pasmo L w przedziale 1616-1625,5 MHz, natomiast połączenia z naziemnymi stacjami pośredniczącymi są realizowane w paśmie Ka. W kierunku NSP-satelita ( uplink ) jest to przedział częstotliwości 29,1-29,3 GHz, a w kierunku Ziemi (downlink ) : 19,4 - 19,6 GHz. Dla zapewnienia globalnego zasięgu połączeń z obszarami oceanicznymi i polarnymi wykorzystuje się łącza międzysatelitarne rys 1., pracuje również w paśmie Ka, ale na częstotliwościach 23,18- 23,38 GHz.

Rys. 1. Konstelacja satelitów Iridium z uwidocznionymi łączami międzysatelitarnymi.

Stosowanym rodzajem modulacji jest kwadraturowe (czterowartościowe ) kluczowanie fazy QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying ). W członie naziemnym interesujące perspektywy stwarza zastosowanie naziemnych stacji pośredniczących EWSD firmy Siemens, bazującej na centrali D900 zgodnie ze standardem telefonii komórkowej GSM, co znakomicie ułatwi integrację z naziemnymi systemami telekomunikacyjnymi.
Zgodnie z założeniami systemu w obszarze obsługiwanym przez pojedynczego satelitę mogą funkcjonować 4 NSP, co umożliwia wykorzystanie maksymalnej pojemności transpondera satelity, wynoszącej około 3840 kanałów dupleksowych . Stacje te mają być zarządzane przez inwestorów Iridium, Inc. I stanowić ich własność. Rozmieszczenie 66 satelitów na sześciu równomiernie oddalonych orbitach zapewnia łączność z całą kulą ziemską. Satelity funkcjonują jako zawieszone na niebie wieże telefonii komórkowej.
Telefony satelitarne Iridium komunikują się bezpośrednio z nimi. Telefony służą do przesyłania sygnału głosowego, danych cyfrowych, faksów, przenoszą sygnały pagerów. Na orbicie system silniczków stabilizuje satelitę tak aby jego oś była prostopadła do Ziemi i jego trzy rozwinięte zespoły antenowe były ukierunkowane do powierzchni Ziemi. Satelita jest zasilany systemem komórek fotowoltanicznych z arsenku galu. Sygnały z telefonu satelitarnego są odbierane przez jedną z trzech anten. Są one przetwarzane w pokładowym procesorze i kierowane w dół bezpośrednią wiązką lub do innego satelity, obsługującego obszar odbiorcy. Satelita jest wstanie obsłużyć jednocześnie 1100 rozmów dwukierunkowych. Na Ziemi będzie 11 stacji bazowych. W zasadzie w systemie Iridium wystarczyłaby jedna stacja bazowa, ale zwiększenie ich liczby powoduje skrócenie czasu opóźnienia.
Stacje naziemne składają się z dwóch lub trzech identycznych zespołów śledzących satelity, odległych od siebie 30 do 40 km. W przypadku wyładowań atmosferycznych wyłączenie jednej stacji nie zakłóca obsługi satelitów, a jest mało prawdopodobne, aby front burzowy miał szerokość 40 km. Główne centrum sieci się w Landsdowne, Vermont, USA. Stacje śledzące, telemetryczne i centrum sterowania ruchem satelitów znajdują się w Rzymie na Hawajach i w Kanadzie. Terminale abonenckie: Potencjalnego użytkownika satelitarnego systemu radiokomunikacji osobistej najbardziej interesuje odpowiedzi na pytanie za pomocą jakiego urządzenia można korzystać z możliwości systemu. A system jest adresowany przede wszystkim do osób często podróżujących jak np. biznesmenów, dziennikarzy, handlowców itp. W związku z tym powszechną akceptację może uzyskać radiotelefon kieszonkowy podobny do telefonu komórkowego.

Stąd nie bez powodu upowszechnia się nazwa Sat-Handy i tak zmniejsza gabaryty aby "wpasować" radiotelefon do zwykłej kieszeni. Antena nie powinna nastręczyć użytkownikowi zbyt wielu kłopotów, w nie których rozwiązaniach konstrukcyjnych pewną drobną nie dogodnością może być konieczność jej teleskopowego wysuwania.

Aktualnie obserwuje się wzrost liczby typów radiotelefonów satelitarnych, ponieważ kolejni producenci widzą w nim szansę rynkową. Dla przeciętnych użytkowników systemów Iridium jest przewidziany terminal satelitarny w postaci budki telefonicznej, zasilanej bateriami słonecznymi umieszczonymi na jej dachu. Takie rozwiązanie techniczne zapewnia terminalowi całkowita autonomiczność, polegającą na jego funkcjonowaniu bez konieczności podłączenia do sieci energetycznej i telefonicznej.

Globalna sieć telefonii przenośnej - Iridium - w marcu 2000 bankructwem zakończyła świadczenie usług.

Ten prekursorski projekt telekomunikacyjny zakończył się spektakularną klapą finansową. Iridium to satelitarna sieć telefoniczną, która umożliwiała swoim abonentom rozmowy z każdego miejsca na Ziemi. Zapewniało to 66 satelitów krążących na niskich orbitach. Szefowie Iridium twierdzili, że powodem ogromnych kłopotów finansowych firmy było niedocenianie potencjału telefonii GSM, której sieci działają w ponad 140 krajach i eliminują zasadność stosowania małych telefonów satelitarnych w większości miejsc na świecie. Poza tym, przy uruchamianiu sieci Iridium zawiódł marketing i dystrybucja sprzętu - istniały wtedy znaczne niedobory telefonów. Telefon Iridium - ciężki i niezgrabny - kosztował aż 3 tys. dolarów, a rozmowy do 7 dolarów za minutę. Poza tym aparaty nie działały wewnątrz budynków, bo antena musiała "widzieć" satelitę. Były więc raczej kłopotliwe dla klientów.

Z sieci korzystało ok. 50 tys. abonentów, a prognozy zakładały, że po roku będzie ich 500-700 tys., a do roku 2002 - 2 miliony. Nie stało się tak. Projekt Iridium miał wartość 5 mld dolarów, a zainwestowały w niego największe firmy telekomunikacyjne i specjalizujące się w technologii kosmicznej - Motorola, Sprint, Lockheed Martin i Raytheon. Mimo tak ogromnych nakładów miał przynieść gigantyczne zyski. W rzeczywistość straty rosły lawinowo. W pierwszym kwartale zeszłego roku Iridium straciło 500 mln dolarów, a w tym samym czasie zyski wyniosły jedynie 1,5 mln dolarów. Do połowy marca firma popadła w duże długi - 4,4 mld dolarów.

Z technicznego punktu widzenia Iridium korzystające z 66 satelitów umieszczonych 780 kilometrów na Ziemią funkcjonowało bez problemów. Sukces techniczny nie przełożył się jednak na ekonomiczny. Nic więc dziwnego, że projekt Iridium zaczęto porównywać z budową tuneli łączącego Francję z Wielką Brytanią. To przedsięwzięcie przecież również było osiągnięciem technicznym, ale i finansową katastrofą. Coś jednak po tym ostatnim zostanie - bankrutujące konsorcjum Eurotunnel pozostawiło po sobie tunel, a Iridium całkowicie i bezpowrotnie zakończyło swą działalność, a satelity przeznaczono do zniszczenia. Nawet z tym łączą się dodatkowe koszty - satelity spalą się podczas wchodzenia w atmosferę, a ich zniszczenie ma kosztować 30-50 mln dolarów. i trwać aż dwa lata.

Iridium jeszcze w zeszłym roku starało się zwiększyć liczbę abonentów, obniżając o połowę taryfy, ale w tym momencie pojawił się konkurencyjny Globalstar. Został on jednak wprowadzony inaczej niż Iridium - stopniowo na kolejnych kontynentach. Szefowie Globalstara zapewniaj, że nie podzieli on losu Iridium. Wykorzystuje on mniejszą liczbę satelitów, a koszty budowy systemu i eksploatacji sieci były znacznie niższe. Konsorcjum Globalstar uniknęło wielu błędów Iridium i od początku nawiązało ścisłą współpracę z operatorami istniejących sieci telefonii komórkowej i bezprzewodowej. Nie konkuruje z nimi, ale stwarza im możliwości rozszerzenia zakresu usług i zasięgu.

Obecnie trwają również prace nad budową satelitarnego Internetu, czyli sieci SkyBridge. Jej uruchomienie przewiduje się na rok 2002. Będzie ona służyła do bardzo szybkiej transmisji danych. Jej zadaniem będzie obsługa gwałtownie narastającego ruchu internetowego. Konsorcjum budujące sieć SkyBridge, jest równie pewne, jak Globalstar, że nie podzieli losu Iridium. W tym wypadku wiarą napawa fakt, że na świecie działają sieci satelitarne (np. Inmarsat), które nie mają problemów. Jednak w tych sieciach obsługiwane są nie tylko rozmowy telefoniczne - prawie połowę ruchu w nich stanowi transmisja danych (w Inmarsacie to 64 kb/s), a udział tego rodzaju usług ma wzrosnąć do 70%. Tak więc przyszłość sieci satelitarnych leży raczej w usługach internetowych, niż rozmowach telefonicznych

System Ellipso:

Przedstawiam kolejny, jeszcze w fazie projektowania unikatowy system globalnej łączność satelitarnej. Jest tworzony od 1990 roku przez holding zajmujący się komunikacją ruchomą ( Mobile Communications Holdings Incorporated ) we współpracy z różnymi firmami światowymi. Różni się on zasadniczo od systemu Iridium ( 66 satelitów poruszających się na sześciu niskich orbitach kołowych, nachylonych wzglądem płaszczyzny równika ).Jego nazwa nawiązuje do kształtu eliptycznego orbit ( nachylonych także względem płaszczyzny równika ), po których będą krążyły satelity. Jest to rozwiązanie unikatowe wśród wdrażanych projektów, dlatego też przyjęta konfiguracja orbit eliptyczna została opatentowana. Jej zalety dobitnie ilustruje następujący przykład. Dla nachylonej orbity kołowej o wysokości 1100 km każdy z satelitów jest widoczny nad terytorium Stanów Zjednoczonych tylko przez 12 minut, z dwóch godzin okresu obiegu po orbicie (10 % czasu obiegu wokół Ziemi ). Natomiast dla odpowiednio ukształtowanych orbit eliptycznych systemu Ellipso czas ten wynosi już dwie godzin, z trzech godzin okresu obiegu satelity po orbicie ( 66 % czasu okresu ). We wszystkich dotychczasowych systemach stosuje się orbity kołowe, w tym także nachylone do płaszczyzny równika. Dla takich orbit, w każdym miejscu obszaru obsługiwanego jest jednakowy dostęp do satelitów .system Ellipso został tak zaprojektowany aby jego pojemność zasoby były najlepiej dostosowane do zapotrzebowania gęsto zaludnionych lądów niż było by to możliwe przy zastosowaniu konstelacji satelitów na orbitach kołowych.
Segment satelitarny:
Konstelacja orbitalna systemu Ellipso została zaprojektowana z uwzględnieniem asymetrycznego rozmieszczenia lądów i zaludnienia kuli ziemskiej. Aby przede wszystkim dotrzeć do tych obszarów przyjęto dwa komplementarne i skoordynowane ze sobą zespoły satelitów tworzących subkonstelację Ellipso-Borealis, złożoną z dwóch nachylonych względem równika orbit eliptycznych, oraz subkonstelację Ellipso-Concordia. Subkonstelacja Ellipso-Borealis obsługuje obszar umiarkowanych szerokości geograficznych północnych.
Na dwóch orbitach o inklinacji 116,5° ma krążyć po 5 satelitów, w tym po jednym zapasowym. Wysokość perigeum wynosi około 520 km, natomiast wysokość znajdującego się nad półkulą północną apogeum 7846 km. Satelity oblegają ziemię w ciągu 3 godzin. Wydłużenie orbit nad półkulą północną powoduje, że wszystkie satelity, zgodnie z prawem Keplera, przez dłuższy czas przebywają nad tą półkulą. Rozmieszczenie satelitów na orbicie jest takie, że w dowolnym czasie najwięcej satelitów jest zawsze na północ od równika. Dzięki temu jest zapewniona efektywniejsza obsługa potencjalnie liczniejszej populacji abonentów.

Na powierzchni zwróconej w kierunku ziemi są umieszczone dwie anteny w postaci wielobocznych szyków antenowych. Antena współpracuje z terminalami użytkowników ma 61 wiązkową charakterystykę kierunkowości, co umożliwia w obszarze widoczności satelity wyodrębnić 61 rozmieszczonych symetrycznie obszarów, każdy obsługiwany przez odrębną wiązkę. Transponder satelitarny jest maksymalnie uproszczony, co jest podyktowane koniecznością minimalizacji gabarytów, ciężaru i kosztów satelity. W związku z tym przetwarzanie sygnałów odbywa się w stacjach naziemnych, co umożliwia poza zmniejszeniem kosztów związanych z przetwarzaniem, zwiększenie elastyczności systemu. W ten sposób uzyskuje się możliwość dostosowania realizowanej transmisji do regionalnych potrzeb (infrastruktury) oraz możliwość łatwiejszego wprowadzenia udoskonaleń systemu w przyszłości, bo tylko przez zmianę urządzeń lub oprogramowania w segmencie naziemnym. Każda z 61 wiązek wykorzystuje 12 MHz w paśmie przewidzianym dla satelitarnej łączności ruchomej . W łączu dosyłowym :satelita - naziemna stacja kierowania ( NSK ) sygnały do transmisji są w każdej wiązce użytkownika lokowane na oddzielnych częstotliwościach i określonej polaryzacji. Satelita nadaje i odbiera od tej stacji w odpowiednim paśmie łącza dosyłowego za pośrednictwem anteny o wąskiej charakterystyce kierunkowej.

Czas eksploatacji satelity szacuje się na pięć lat, chociaż możliwe będzie jego dalsze wykorzystanie w razie konieczności. Zależnie od rodzaju rakiety nośnej można będzie jednocześnie wprowadzić 6 satelitów. Uruchomienie segmentu satelitarnego planuje się na 1999 rok.

Sieć naziemna Ellipso:

Sieć naziemna Ellipso jest bardzo rozbudowana. Składa się z naziemnych stacji kierowania , stacji komutacyjnych, środków kierowania siecią krajową i innych. Podstawowym założeniem systemu jest minimalizacja kosztów i czasu jego projektowania oraz wprowadzenia cel ten planuje się osiągnąć przez wykorzystanie, gdzie jest to możliwe, wyposażenia, procedur i interfejsów systemów komórkowych. Integracja obu systemów jest ekonomicznie uzasadniona i sensowna organizacyjnie gdyż umożliwia wspólne wykorzystanie tylko jednego terminalu użytkownika. Dlatego dla segmentu naziemnego przewiduje się wykorzystanie globalnego standaryzowanego modelu sieci GSM, jego wyposażenie i standardu. Jednocześnie sieć naziemna musi być kompatybilna ze współczesnymi urządzeniami (centralami) komutacyjnymi i połączeniowymi, a więc zgodna ze standardami CCITT i ANSI SS7. Segment naziemny musi z powodzeniem realizować wiele funkcji dla zapewnienia spójności i elastyczności usług telekomunikacyjnych. W segmencie tym przeprowadza się więc:

- rejestrację, weryfikację i kontrolę uprawnień abonentów,

- łączenie rozmów poprzez satelitę od ruchomego abonenta systemu do stacji naziemnej NSK, - wybór, konfigurowanie i utrzymanie optymalnego dla rozmowy łącza: abonent - satelita-

NSK,

- podłączenie rozmowy do publicznej sieci telefonicznej,

- określenie dyslokacji użytkownika operacje płatnicze w skali krajowej, regionalnej

i globalnej oraz wiele innych funkcji.
Terminale użytkowników:
Rozwój układów elektronicznych w tym ( technologii mikrofalowej ) o dużej skali integracji powoduje, że terminale satelitarne są konstrukcyjnie i zasadą działania zbliżone do telefonów komórkowych. System Ellipso zakłada wykorzystanie 3 rodzajów terminali stanowiących wyposażenie użytkowników: kieszonkowych lub inaczej ręcznych ( handheld ), ruchomych lub przenośnych i stacjonarnych. Terminale kieszonkowe będą podobne do telefonów komórkowych wymiarami, mocą promieniowania, pojemnością baterii, ciężarem i funkcjonowanie. Konstrukcja terminali ruchomych jest optymalizowana pod kątem zapewnienia usług na wysokim poziomie w czasie jazdy. Anteny wyżej wymienionych terminali mają charakterystyki kierunkowości obejmujące cała całą widoczną część nieboskłonu, w związku z tym nie wymagają ukierunkowania na satelitę. Terminale stacjonarne są projektowane pod kątem zapewnienia szerokiego zakresu usług telekomunikacyjnych o dużej przepływności dla użytkowników prywatnych i publicznych. Wyposażone w anteny kierunkowe uzyskują lepsze parametry energetyczne realizowanych łącz. Wiele terminali może być dwusystemowych ( dwumodułowych ), to znaczy współpracujących zarówno z systemem Ellipso jak i działającej na danym obszarze systemem telefonii komórkowej. Zakłada się również konstruowanie terminali wyspecjalizowanych, np. tyko do transmisji danych, pagerów itp.

System Orbcomm :

Budowę globalnego systemu radiokomunikacji osobistej Orbcomm zainicjowała w 1994 roku amerykańska korporacja Orbital Sciences i jest to jej wspólne przedsięwzięcie z również amerykańskim potentatem telekomunikacyjnym, Teleglob. Organizacyjnie system Orbcomm USA i Orbcomm International, przy czym obecnie działalność międzynarodowa koncentruje się głównie na Europie. Wdrożenie systemu w krajach Europy zajmuje się European Company for Mobile Comunication Services B. V. - Orbcomm Europe ( MCS Europe ). W założeniu będzie to system globalnej łączność bezprzewodowej opierający się na 26 satelitach nisko orbitalnych ( tzw. system Little LEO ), przeznaczony do przesyłania za pośrednictwem satelitów megabajtów danych cyfrowych oraz tysięcy komunikatów do małych terminali abonenckich, skrzynek komputerowej poczty elektronicznej ( a więc do sieci Internetu ), faksów, pagerów itp. Umożliwia więc tanie przesyłanie różnych danych i komunikatów wyłącznie w postaci cyfrowej. Nie wyklucza wszakże to możliwości nawiązywania dwukierunkowej łączności osobistej - jest bowiem dostępnych chociażby e-mail.
Ponadto ostatnio w USA firma Personal Satellite Network podpisała porozumienie z Orbcomm USA na świadczenie właśnie usług dwukierunkowego przesyłania komunikatów przez osoby z upośledzeniem słuchu i mowy, czyli nie mogące korzystać z normalnej , fonicznej łączności telefonicznej.
Za pomocą Orbcommu mogą być też świadczone inne usługi związane z monitorowaniem środowiska, systemów rurociągowych oraz statków i pojazdów, łącznie z określeniem dyslokacji abonentów. Cechą charakterystyczną systemu Orbcomm jest wykorzystywanie do łączności zakresów częstotliwości VHF/UHF. W łączu Ziemia - satelita wykorzystuje się pasmo 148- 149,9 MHz, natomiast w kierunku Ziemi - pasmo 137,00 - 138,00 MHz. Typowa wielkość przesyłanego pakietu informacji wynosi 6 - 250 bitów.
Każdy satelita ma retransmitować w ciągu godziny do 50000 komunikatów. Planowana szybkość transmisji danych z terminala osobistego to 2400 b/s dla łącza w kierunku satelity i 4800 b/s dla łącza w kierunku Ziemi. W przyszłości w złączy satelita - Ziemia przewiduje się szybkość 9600 b/s . Szybkość transmisji nie jest więc zbyt duża i jest to pewna wada systemu, bowiem brak możliwości szybkiej transmisji danych i transmisji rozmów zawęża zakres świadczonych usług i utrudnia konkurowanie systemu Orbcomm z systemami np. ( Iridium, Globalstar itp. ).
Szacowany koszt systemu ocenia się na 200 mln USD.

Główne zastosowania systemu:

Można wyodrębnić dwa podstawowe obszary zastosowań systemu: transmisja danych ( ODCS) - dwukierunkowa łączność między centralami użytkowników a odległymi, bezobsługowymi urządzeniami monitorującymi - czujnikami. itp. przesyłanie wiadomości ( OMCS ) - dwukierunkowe porozumiewanie się abonentów wyposażonych w wielofunkcyjne terminale osobiste lub inne ruchome urządzenia do przesyłania komunikatów. Usługi ODCS są przeznaczone do śledzenia transportu ładunków, monitorowania rurociągów, instalacji przemysłowych i urządzeń agrotechnicznych, nadzorowania przestrzegania prawa i umów międzynarodowych, a także maja szereg zastosowań w obronie narodowej. Usługi OMCS obejmują łączność osobistą i dla potrzeb biznesu, poszukiwania i ratownictwa, łączność ze statkami na morzu, śledzenie pojazdów w transporcie drogowym. Korzyści wynikające z zastosowania sytemu w tych dziedzinach są oczywiste. Śledzenie transportu ładunków na dużych przestrzeniach zwiększa bezpieczeństwo transportu, zapewnia wykorzystanie środków transportu i ich załóg oraz szybsze reagowanie w sytuacjach awaryjnych ( szczególnie w razie zagrożenia życia lub środowiska ). Zdalne bezobsługowe monitorowanie środowiska i eksploatacji rurociągów ( ropy i gazu ) jest względnie tanie i umożliwia likwidowanie awarii, zapobiegając tym samym katastrofom. Przewiduję się również, że z usług OMCS będą korzystały służby porządkowe ( policja ) i siły zbrojne.

Segment kosmiczny:

System Orbcomm zakłada wykorzystanie niskich orbit kołowych LEO w odległości 775 km od powierzchni Ziemi. Z ogólnej liczby 36 satelitów ( zwanych MicrostarTM ) planuje się wykorzystanie operacyjne 26, a pozostałe będą w rezerwie. Dwa satelity mają krążyć po dwóch orbitach zbliżonych do biegunowych o nachyleniu 70° względem płaszczyzny równika. Natomiast 24 satelity rozmieszczone równomiernie po 8 na wspólnej orbicie, będą poruszać się po trzech orbitach nachylonych pod kątem 45°. W ten sposób uzyskuje się całkowite pokrycie łącznością kuli ziemskiej, jak zbliżonym pod wzglądem geometrii segmentu satelitarnego systemie Iridium. Okres obiegu satelity dookoła Ziemi wynosi 104,47 min. Mała masa satelity, ( 43 kg )umożliwia wykorzystanie jako rakiety nośnej uskrzydlonej rakiety Pegausa. Pierwsza para satelitów Orbcomm została w dniu 3 kwietnia 1995 roku wprowadzona na orbity. Gabaryty satelity w konfiguracji transportowej wynoszą : średnica 105 cm, wysokość 17 cm. Natomiast konfiguracja orbitalna, przy rozłożonych dwóch bateriach słonecznych ( o mocy 160 watów )i wysuniętej antenie spiralnej o długości 328 cm, ma wymiary 432 - 223,5 cm. Planowany czas eksploatacji satelity określono na 4 lata, a jego koszt to 1.2 mln dolarów.
Segment naziemny ( sieci i użytkownicy )
Segment naziemny stanowią: Ośrodek kierowania siecią (NOC Network Oprations Center , bezzałogowe naziemne stacje pośredniczące (GES Gateway Earth Stations ) i użytkownicy (abonenci). Każdy kraj wykorzystujący system Orbcomm będzie miał własne ośrodki NOC i GES.
W Europie jak już wspomniałem w skład systemu naziemnego będą wchodzić naziemne stacje pośredniczące GES oraz Ośrodek kierowania stacjami pośredniczącymi GCC. Zadaniem NOC jest przetwarzanie przesyłanych informacji, zarządzanie siecią i sterowanie satelitami. Wszystkie informacje przesyłane do i od wielofunkcyjnego terminalu użytkownika są przetwarzane przez NOC za pośrednictwem jednej ze stacji GES. Naziemna stacja pośrednicząca GES realizuje łącza między segmentem naziemnym i segmentem kosmicznym, pełniąc jednocześnie następujące funkcje:
- wykrywanie i śledzenie satelitów na podstawie informacji otrzymanych od ośrodka NOC,
- przesyłanie danych do NOC i odbiór z NOC,
- monitorowanie stanu hardware'u i software'u lokalnego NOC,
- monitorowanie parametrów systemowych satelity "połączonego" z NOC.
Stacja GES jest wyposażona w dwa sterowane anteny UHF o dużej kierunkowości, przeznaczone do śledzenia satelitów. Nadajnik GERS o mocy 500 W przesyła sygnały do satelity z przepływnością 56,7 kbit/s w paśmie 148,0 - 150,5 MHz. Przewiduje się że abonenci będą stosowali przenośne lub instalowane na stałe, małogabarytowe terminale wielofunkcyjne ( communicator ) o mocy nadajnika 5 W. Antena teleskopowa będzie miała po wysunięciu maksymalną wysokość 50 cm. Terminal może być połączony z różnymi urządzeniami analogowo- cyfrowymi lub cyfrowymi za poprzez złącze RS-232. Mogą to być czujniki, urządzenia do gromadzenia danych, urządzenia kontrolne, komputery i mikroprocesory. Ciężar terminalu ma wynosić 0,36 kg. Jego producentami będą firmy amerykańskie: Magellan System Corporation, Panasonic oraz firma izraelska Elisra Elektronic System Ltd. Jak można ocenić kluczem do sukcesu Orbcommu są jego satelity, tanie i nie duże.

System ACeS

Asia Cellural Satelite System ( ACeS ) ma swoją siedzibę w Dżakarcie w Indonezji. Swoim zasięgiem pokryje 22 kraje Azji Południowo - Wschodniej oraz Japonię, częściowo Chiny, Indie i Pakistan, razem 3 miliardy ludzi, z których większość nie ma obecnie dostępu do sieci telekomunikacyjnej. System został opracowany przez konsorcjum indonezyjsko-tajlandzko-filipińskie.
Stacjonarny satelita o nazwie Garuda -1 o wadze 4500 kg, utrzymujący się nad Borneo, ma być wyniesiony na orbitę odległą od Ziemi 40000 km przez rosyjską rakietę Proton na początku przyszłego roku i po serii testów technicznych ma zostać oddany do eksploatacji.
Satelita jest zmodyfikowana wersją typowej komercyjnej stacji Lockhed Martin A2- 100, kupowanej również przez Rosjan i Chińczyków. W jej wyposażeniu znajdują się moduły z firmy Hughes Elektronic. Będzie ona miała dwie duże anteny o długości ponad 12 m., największe z dotychczas stosowanych w stacjach geostacjonarnych i dwa duże reflektory o parabolicznym kształcie, jeden do odbierania a drugi do nadawania sygnałów. Anteny te wykonane z molibdenowych złoconych oczek, będą zdolne do odbioru słabych sygnałów z odległych o 40000 km anten telefonów.
Satelita jest przewidziany do odbioru nie tylko sygnałów z telefonów kieszonkowych, ale i terminali ruchomych i stacjonarnych. Abonenci ACeS będą łączyli się bezpośrednio przez satelitę. W przypadku gdy połączenie będzie dotyczyło abonenta publicznej sieci telefonicznej lub sieci komórkowej, sygnał będzie przekazywany do jednej z trzech naziemnej stacji bazowych w Dżakarcie, Manili lub Bangkoku.
Centrum starowania siecią znajduję się na wyspie Batam w Indonezji. Satelita którego czas życia jest przewidziany na 12 lat, jest zasilany z pięciu baterii słonecznych, zdolnych wytworzyć przy końcu okresu eksploatacji 12 KW mocy. Może obsłużyć do 10000 torów fonicznych równocześnie w 140 wiązkach. Przy obniżeniu progu wzmocnienia liczba ta wzrasta do 28000. W satelicie znajduje się procesor przenoszący sygnał z pasma " w górę" do pasma "w dół ", dokonując przy tym filtracji cyfrowej szumów i zakłóceń. Wykorzystywane częstotliwości to: -usługi: 1,6265 - 1,6605 GHz w górę 1,525 - 1,559 GHz w dół , łącza bazowe 6,425 - 6,725 w górę 3,400 w dół.

System Thuraya

Nazwa Thuraya jest Arabską nazwą siedmiu gwiazd w konstelacji Byka, zwanych w kręgu cywilizacji łacińskiej Plejadami.
System Thuraya jest nowoczesnym powtórzeniem systemu łączności satelitarnej uruchomionym przez Arabsat - dostawcę usług, który jest finansowany przez za pomocą środków z Ligi Arabskiej od początku lat 80. Thuraya podobnie jak Garuda - jest modyfikacją typowego satelity telekomunikacyjnego. Jego waga startowa wynosi 4500 kg. Na orbicie rozwija jedną oczkową antenę nadawczo - odbiorczą o rozmiarach 16 na 12,6 m., reflektor o średnicy 12,25 m. i baterie słoneczne. Te ostatnie mają ciekawą konstrukcje: ogniowa umieszczone na dnie " korytka", którego boki wykonano ze zwitków aluminiowe folii. Część promieni słonecznych odbija się od powierzchni ogniw, trafia na folię i zostaje ponownie skierowana do ogniwa. Dzięki temu ogniwa - z arseku galu mają sprawność większą o 60 %. Baterie słoneczne wytwarzają aż 12.5 kW mocy. Zasilają one 256 rekonfigurowanych wiązek, w których zastosowano technikę multipleksowania TDMA.
Satelita ma pojemność 13750 kanałów akustycznych. Początkowo system Thuraya będzie współpracował tylko z jedną stacją bazową umieszczoną w Abu Dhabi w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Stacja ta zapewni połączenia satelity z telekomunikacyjnymi sieciami naziemnymi, umożliwi sterowanie przedziałem mocy i częstotliwości wiązkom oraz spełni zadania zarządzania siecią.
Abonenci systemu będą komunikowali się ze sobą poprzez satelitę. W przypadku gdy jeden z adresatów jest abonentem sieci naziemnej lub komórkowej., połączenie będzie realizowane przez stację bazową. Telefony satelitarne będą miały dwa tryby pracy: rozmowy satelitarne i rozmowy w sieci komórkowej. Satelita będzie stał nad Oceanem Indyjskim, na zachód od Somalii, na wysokości 38000 km. Jego zasięgiem będzie objętych około 1,8 mld ludzi mieszkających w 58 krajach; Bliskiego Wschodu, Afryki Północnej, całych Indii z Pakistanem, Azji środkowej, Turcji, Europy Wschodniej .Właścicielem systemu jest konsorcjum Thuraya Satellite Communications Company, mieszczące się w Abu Dhabi. Wśród 12 właścicieli najpoważniejszym udziałowcem jest Arabsat. Oddanie sieci do użytku spodziewane jest na 2000 rok. W celach komercyjnych ogłoszono już planowaną opłatę za minutę rozmowy: 50 centów.

System Teledesic

Wszystkie systemy radiokomunikacji satelitarnej ( SRS ) mają na celu zapewnienie usług telekomunikacyjnych w skali globalnej, w tym sprostanie gwałtownie rosnącemu zapotrzebowaniu na dostęp do potężnych strumieni danych krążących w różnorodnych sieciach informatycznych. Jednak w porównaniu z istniejącymi i finalizowanymi już systemami inicjatorzy systemu Teledesic postawili na realizację łączy szerokopasmowych do przesyłania przede wszystkim dużej liczby danych cyfrowych. Jakość transmisji w tym systemie ma mieć jakość porównywalną z jakością uzyskiwaną w naziemnych światłowodowych sieciach transmisji danych cyfrowych, natomiast szybkość transmisji ma być znacznie, znaczni większa. Możliwe stanie się więc szybie dwukierunkowe przesyłanie obrazów np. (wideokonferencji ) oraz szybki i wysokiej jakości dostęp milionów użytkowników do Internetu tzw. Internet-in-the-Sky.

Stąd oprócz dotychczasowych określeń SRS: "Little LEO" ( np. system Orbcomm ) i big LEO ( Iridium, Globalstar )pojawia się nazwa "Super LEO" odnosząca się do sytemu Teledesic. Przydział pasma mikrofalowego Ka umożliwia realizację łączy szerokopasmowych. W kierunku satelita Ziemia ( downlink ) przewiduje się wykorzystanie pasma 18 GHz. Natomiast w kierunku satelity ( uplink ) transmisje będą prowadzone w paśmie 28 GHz. Podczas propagacji fal w tych pasmach TJ. Gdy przechodzą przez troposferę, występują różne efekty, takie jak znaczne stłumienie sygnału spowodowane opadami atmosferycznymi, wzrost współczynnika szumów odbiorników naziemnych ( szumu anteny ) oraz depolaryzacja. Aby zminimalizować te niekorzystne efekty oraz zmniejszyć przesłaniający wpływ nierówności terenowych na jakość łączności i ewentualne zakłócenia innych naziemnych systemów, preferuje się wykorzystywanie satelitów Teledesic widocznych pod dużymi kątami elewacji - minimum 40°. Fakt ten przy założeniu uzyskania globalnego obszaru obsługiwanego, implikuje zastosowanie znacznej liczby satelitów w systemie. Zakłada się świadczenie cało dobowych usług telekomunikacyjnych dla około 100 % abonentów, rozmieszczonych na obszarze 95 % powierzchni Ziemi. Zwiększenie zasięgu aż do globalnego w systemie niskoorbitalnym ( LEO ) wymaga zastosowania połączeń między satelitarnych. Połączenie takie będą realizowane w paśmie 60GHz, przy czym bierze się również pod uwagę wykorzystanie łączy optycznych ( laserowych). Jest to w pełni realne ze wzglądu na brak tłumienia atmosferycznego w przestrzeni kosmicznej.

Założenia techniczne systemu:

W początkowej fazie projektu zakładano że konstelacje orbitalną będą stanowiły 924 satelity. Krążące po 21 orbitach kołowych o kącie nachylenia 98,2° rys3. okres obiegu satelity wyliczono na 98,77 min. Normalnie system miał jednak funkcjonować przy wykorzystaniu 840 satelitów, dlatego z 44 satelitów każde orbity 4 miały być rezerwowe.
Przewidywany czas eksploatacji satelity na orbicie szacowano na 10 lat. Normalnie system miał jednak funkcjonować przy wykorzystaniu 840 satelitów, dlatego z 44 satelitów każde orbity 4 miały być rezerwowe. Przewidywany czas eksploatacji satelity na orbicie szacowano na 10 lat.
Wysokość orbit jak przystało na kategorie LEO, miała wynosić średnio 700 km ( 695 - 705 km ). Taka wysokość umożliwiłaby uzyskanie takiej wielkości i obszaru obsługiwanego przez pojedynczego satelitę, jak w systemie Iridium. Jednak w systemie Teledsic zakłada się ustalonych komórek naziemnych o wymiarach 53x53 km, co jest porównywalne z wymiarami makrokomórki naziemnych systemów telefonii komórkowej. Tą drogą polepsza się skuteczność wykorzystania przydzielonego pasma częstotliwości i uzyskuje się zwiększenie liczby kanałów.

Tak zwane resursy kanałowe ( częstotliwości, szczeliny czasowe w dostępie wielokrotnym z podziałem czasowym ) są skojarzone z każdą komórką naziemną i są zarządzane przez satelitę aktualnie obsługującego komórkę. Satelity Teledesic będą pokrywały powierzchnię Ziemi stałą siatką, pierwotnie przewidywano 20000 kwadratowych super komórek o wymiarach 160 na 160 kilometrów zawierających po 9 komórek rys.2.

Rys.2. Konstelacja orbitalna systemu Teledesic, tak gęstej siatki nie tworzy żaden system.

Super komórki będą tworzyły pasy rozciągające się wzdłuż równoleżników. Zaplanowano ich około 200 przy równiku i odpowiednio mniej w marę oddalania się od równika. Łącząc obszary obsługiwane przez z kilku sąsiednich satelitów, można "wpasować się" w granicę określonego kraju. Planowano że cały obszar obsługiwany przez każdego satelitę będzie zawierał maksymalnie 64 super komórki tj. 576 komórki. Liczba komórek obsługiwana przez satelitę jest zależna od jego bieżącej pozycji orbitalnej i jego odległości od sąsiedniego satelity.
Tak małe obszary komórek można wyodrębnić z całego obszaru widoczności satelity jedynie przez zastosowanie anten pokładowych o wielo wiązkowych elektronicznie sterowanych charakterystykach kierunkowości. Elektroniczne sterowanie umożliwia wydłużenie czasu obsługi komórki przez tego samego satelitę , mimo iż porusza się ona po orbicie z prędkością 25000 km/godz.

Anteny satelity obsługującego komórkę Teledeic. Poza tym dzięki większemu zyskowi energetycznemu takich anten jest możliwe zastosowanie nadajników o małe mocy. Łącza między satelitarne zapewniają połączenie każdego satelity z ośmioma sąsiednimi. Będą to 4 satelity poruszające się na tej samej orbicie ( dwa poprzedzające i dwa z tyłu ) i po jednym z satelitów krążących na dwóch sąsiednich orbitach z lewej i prawej strony.
Zależnie od bieżących wymagań planuje się zastosowanie w tych łączach transmisji z przepływnością 155,2,52 Mb/s lub jej wielokrotności, aż do 1,24416 Gb/s. Takie były wstępne założenia systemu umożliwiające rozpoczęcie prac studialnych i projektowych. Jednak w miarę postępu prac założenia te uległy zweryfikowaniu i ostatnio przyjęto że planowany rezultat ( globalny dostęp do Internetu ) można osiągnąć przy mniejszym koszcie redukując liczbę satelitów do 288, rozmieszczonych na 12 orbitach po 24 na każdej. Aby uzyskać pełne pokrycie powierzchni Ziemi należało zwiększyć wysokość orbit do 1400 km. Zmieniają się też zapewne wymiary komórek i super komórek oraz ich liczba. Te zmiany w projekcie, wprowadzane na bieżąco, ilustrują docieranie się pomysłu w trakcie jego realizacji, oraz próby kompromisu między wymaganiami a możliwościami finansowymi.

Sieć naziemna:

Sieć naziemna będzie składała się z centrum sterowania i zarządzania siecią. Centrum zarządzania konstelacją satelitów oraz terminali standardowych ( stacjonarnych lub mobilnych ) i terminali GigaLink.Terminale mobilne będą instalowane na statkach i samolotach. Terminale przy naziemnych stacjach pośredniczących NSP ( Gateway ) i stacje użytkowników będą miały bezpośrednią łączność z siecią satelitarną Teledsic za pośrednictwem central NSP z innymi sieciami.

Terminal standardowy:

Zapewnia na żądanie połączenia z przepływnością od 16 b/s do 2,048 Mb/s ( równoważną 128 kanałom podstawowym ). Zależnie od maksymalnej przepływności transmisji, rejonu klimatycznego i zakładanych wymagań, terminale te mogą być wyposażone w anteny o średnicy od 16 do 180 cm. Z tych samych względów i zależnie od średnicy anteny, średnia moc nadajnika może się zmieniać w granicach 0,01¸4,7 W . Przy właściwym doborze anten można transmitować z maksymalną przepływnością już przy mocy 0,3 W. W granicach obszaru obsługiwanego każdy satelita może obsłużyć zbiór terminali o całkowitej przepustowości równoważnej 125000 funkcjonujących równocześnie kanałów podstawowych.

Terminale GigaLink:

Stanowią mniej liczny zbiór terminali stacjonarnych sprzężonych z naziemnymi (publicznymi lub prywatnymi) sieciami telekomunikacyjnymi. Poza tym ich zadaniem jest zapewnienie łączności systemów zabezpieczenia funkcjonowania i bazy danych Teledesic. Będą pracowały z przepływnością od 155,52 Mb/s do 1,24416 GB/s. Zależnie od postawionych wymagań i warunków klimatycznych mogą być zastosowane anteny terminali o średnicach 28 ¸160 cm, natomiast zakres mocy nadajników może zmieniać się w zakresie od 1 do 49 W. Przewiduje się zastosowanie się zastosowanie współpracujących ze sobą anten rozlokowanych w pewnej odległości, w celu zminimalizowania prawdopodobieństwa przerw w łączności, spowodowanych wystąpieniem intensywnych opadów. W granicach swego obszaru obsługiwanego pojedynczy satelita może współpracować z 26 terminalami GigaLink. Sieć Teledesic Network ma wykorzystać metodę szybkiego komutowania pakietów., opierająca się na technice ATM stosowanej obecnie w sieciach LAN i WAN i szerokopasmowej cyfrowej sieci z integracją usług B-ISDN ( Broadband Integretet Services Digital Network ). Bardzo oryginalnym rozwiązaniem jest planowane zastosowanie w systemie dostępu wielokrotnego do transpondera satelitarnego. Celem jest zwiększenie efektywności wykorzystania przydzielonego pasma częstotliwości. Każdej komórce w ramach super komórki jest przydzielona jedna z 9 równoważnych szczelin czasowych, jak w wielokrotnym dostępie z podziałem czasowym ( TDMA ). Wszystkie połączenia między satelitą i terminalami w danej komórce są realizowane w ramach tej szczeliny, przy pełnym paśmie przewidywanych częstotliwości. Dzięki temu terminale w łączu do satelity stosują dostęp wielokrotny z podziałem częstotliwościowym ( FDMA , zaś na łączu w kierunku Ziemi- tzw. asynchroniczny dostęp TDMA ( ATDMA ).Komórki są przemiatane (skanowane) regularnie przez wiązki nadawcze i odbiorcze anteny o odpowiednich charakterystykach. co wynika z zastosowanego wielokrotnego dostępu z podziałem czasowym ( TDMA ).

Podsumowanie

Ambitnym celem twórców satelitarnego systemu radiokomunikacyjnego Teledesic jest zapewnienie realizacji 2 milionów jednoczesnych połączeń, z możliwością gigabajtowej przepływności na żądanie i przy bitowej stopie błędów BER mniejszej od 10-10 dla 20 milionów potencjalnych użytkowników na całej kuli ziemskiej. Przy względnie niskim koszcie realizacji systemu, jego usługi, chociażby internetowe, mogą być bardzo atrakcyjne dla użytkowników ( wystarczy sobie uświadomić że, że dwukierunkowa transmisja, np. z przepływnością 64 Mb/ps to przecież 2000 razy więcej niż przy pomocy współczesnych modemów, a to nie jest przecież największa oferowana szybkość transmisji. Wiele wskazuje na to że, że pomysł inicjatorów Teledesicu tj, dostęp do Internetu za pośrednictwem nisko orbitalnych satelitów, przy zapewnieniu dużej szybkości transmisji nie jest zły. A więc wyścig o podbój kosmosu trwa.

SkyBridge- szerokopasmowy satelitarny system dostępu

Ogólny opis System SkiBridge to satelitarny szerokopasmowy system dostępu abonenckiego o zasięgu ogólnoświatowym. Jest on przydatny do świadczenia usług zarówno w obszarach zurbanizowanych jak i wiejskich. Do roku 2001 panuje się wprowadzenie sytemu w Ameryce Północnej, Europie, i części Azji przy użyciu konstelacji pierwszych 32 satelitów.
Projekt SkyBridge jest podzielony na trzy podstawowe segmenty organizacyjne:
poziom operatora segmentu satelitarnego
poziom lokalnych operatorów segmentu naziemnego
segment dostawców usług Pierwszy segment będzie zarządzany w skali światowej przez SkyBridge Limited Partnership , firmę usytuowana w USA. Drugi i trzeci segment będą zarządzane regionalnie i lokalnie.

Segment satelitarny

Segment satelitarny systemu SkyBridge zawiera 64 satelity LEO, a ponadto satelity rezerwowe orbitujące na wysokości 1457 km rys.3.

Rys. 3. Segment satelitarny systemu SkyBridge.

Segment satelitarny jest kontrolowany przez system kontroli naziemnej składający się z centrum kontroli satelitarnej SCC ( Satellite Control Center ) i pewnej liczby stacji TT&C (Tranckig Telemetry and Command), z których każda służy do śledzenia, telemetrii, sterowania satelitów znajdujących się na orbitach. Segment satelitarny umożliwia stałe pokrycie obszaru Ziemi w paśmie ą 68°szerokości geograficznej. Łączy on każdego użytkownika systemu SkyBridge z najbliższą bazową stacją naziemną i do realizacji połączeń może także wykorzystywać infrastrukturę łączy szeroko pasmowych pomiędzy stacjami naziemnymi. W systemie SkyBridge wszystkie satelity są identyczne i pełnią ta samą funkcje. Dzięki temu mamy do czynienia z trzema okresami. Są to: okres obiegu satelity w płaszczyźnie orbitalnej, okres obiegu pojedynczego satelity względem wybranego punktu na powierzchni Ziemi ( W systemie SkyBridge jest to 28 dni ) i okres zmiany konstelacji, który wynosi 21 godzin. Po tym czasie, z punktu widzenia obserwatora znajdującego się na Ziemi, struktura konstelacji jest dokładnie taka sama, jak była 21godzin wcześniej, mimo że położenia poszczególnych satelitów są różne. Powrót do identycznej konstelacji ( i do tego samego położenia satelitów następuje po28 dniach . Konstelacje o takich właściwościach są zwane konstelacjami Walkera.
Konstelacja SkyBridge jest oparta na kombinacji dwóch symetrycznych ( takich samych, przesuniętych względem siebie o 55° ) podkonstelacji Walkera. 32 satelity jednej podkonstelacji są umieszczone na 8 płaszczyznach orbitalnych, a więc cztery satelity są rozmieszczone w równych odległościach na każdej płaszczyźnie orbitalnej na wysokości 1457 km.
Przesunięci fazowe pomiędzy dwiema podkonstelecjami wynika z ustawienia satelitów w pary. Taka konfiguracja pozwala minimalizować liczbę satelitów potrzebnych do zagwarantowania pełnego pokrycia powierzchni Ziemi polem elekromagnetycznym na szerokościach geograficznych w pasie ą 68. Przy tych obliczeniach wzięto również pod uwagę strefę nie operacyjną zdefiniowaną dla ochrony systemów geostacjonarnych przed zakłóceniami pochodzącymi od systemów LEO. Satelity SkyBridge należą do kategorii satelitów dużych LEO. Ich masa w momencie wyniesienia na orbitę wynosi prawie 800 kg z czego 300 kg to sprzęt telekomunikacyjny. Planowany czas życia satelity wynosi 8 lat. Urządzenia umieszczone na satelicie są zasilane ogniwami słonecznymi, a moc przez nich generowana wynosi 2,5 kW.
W skład wyposażenia telekomunikacyjnego satelity wchodzą urządzenia odbiorcze i nadawcze wraz ze stosowanymi antenami, oraz urządzenia komutujące strumienie sygnałów. W satelicie transmisja sygnałów jest przezroczysta, są one wyłącznie wzmacniane i przesuwane w dziedzinie częstotliwości. Do transmisji w "dół" ( od satelity do terminali abonenckich i stacji bazowych ) będzie wykorzystywane pasmo 14 GHz, zaś "w górę" 11 GHz.
Jeden z podstawowych elementów w architekturze satelity stanowią aktywne anteny nadawcze, które będą używane do przestrzennego sterowania wiązek fal radiowych oświetlających komórki o promieniu 350 km. Satelita SkiBridge może jednocześnie generować do 45 takich wiązek oświetlając nimi obszar o promieniu 3000 km.

Segment naziemny:

Segment ten zawiera naziemne stacje bazowe i terminale użytkowników. Stacje bazowe zapewniają - przez łącza ATM ( Asynchronous transfer Mode ) - interfejsy do lokalnych serwerów oraz szeroko i wąskopasmowych sieci naziemnych rys.4.

Rys.4. Architektura części naziemnej systemu.

System SkyBridge jest systemem opartym na sieci ATM, za pomocą której są realizowane połączenia z abonentem. uch generowany przez terminale jest przezroczyście transmitowany przez satelity do naziemnych stacji bazowych. W stacjach bazowych są realizowane funkcje komutacyjne i połączenia z innymi sieciami naziemnymi w tym siecią ATM. W drugim kierunku ( od stacji bazowej do terminali ) transmisja za pośrednictwem satelity jest również przezroczysta. System satelitarny SkyBridge może być wykorzystywany do realizacji różnego rodzaju połączeń.

• łączność pomiędzy "bliskimi" terminalami abonenckimi ( odległość <3000 km ); jeśli w określonym przedziale czasu każdy z terminali jest oświetlony przez innego satelitę, to droga sygnału jest następująca: terminal 1 - satelita 1 - stacja bazowa A - satelita 2 - terminal 2;

• łączność pomiędzy " odległymi" terminalami abonenckimi ( odległości większe od 3000 km ); wtedy droga sygnału jest następująca terminal 1 - satelita 1 - stacja bazowa A - naziemna siec telekomunikacyjna - stacja bazowa B - satelita 2 - terminal 2

• łączność pomiędzy terminalami abonenckimi a serwerem "bliskim" połączonym bezpośrednio ze stacją bazową; wtedy droga sygnału jest następująca: terminal - satelita - stacja - bazowa - serwer;

• łączność pomiędzy terminalem abonenckim a serwerem "odległym" ( lub abonentem sieci stacjonarnej ) wtedy droga sygnału jest następująca: terminal - satelita - stacja bazowa - naziemna sieć telekomunikacyjna - serwer ( lub abonent ) w sieci stacjonarnej.

Każda stacja naziemna odbiera przez segment satelitarny ruch z terminali znajdujących się w obrębie komórki o promieniu 350 km Komórki w systemie SkyBridge są nie przerwanie odświeżane przez co najmniej jedną wiązkę satelitarną. W większości przypadków na szerokościach umiarkowanych są stale widoczne z dowolnego punktu na powierzchni Ziemi co najmniej dwa satelity. Ze względu na to że, że satelity poruszają się, od czasu do czasu stacje naziemne muszą przełączyć ruch na nowego satelitę, używając przezroczystej dla użytkownika procedury przełączenia kanałów ( handover ) Stacje naziemne realizują następujące główne funkcje: transmisji radiowej zarządzania przełączania kanałów ( handover ), kierowania i komutowania ruchu realizacji interfejsów z sieciami naziemnymi, takimi jak PDH, SDH, ATM , współpracy z Internetem i szerokopasmowym ISDN (B-ISDN), dostępu do usług poprzez SAP ( Service Access Point) - punkt dostępu do usług, dostępu do serwerów lokalnych. Szacuje się że pokrycie 90 % części potrzeb potencjalnego światowego rynku związanego z systemem SkyBridge wymaga około 200 bazowych stacji naziemnych.
Terminal abonencki:
Rozważane są różna rodzaje stacjonarnych terminali użytkownika, zależne od ich zastosowania.
Są to terminale:
- osobiste ( możliwość dołączenia jednej przystawki abonenckiej - Set Top box )
- biurowe ( możliwość dołączenie kilku przystawek abonenckich )
- międzywęzłowe umożliwiające dołączenie lokalnej sieci komputerowej LAN
- zewnętrznej umieszczonej na zewnątrz budynku i zawierającej antenę, wyposażenie radiowe oraz moduł kontrolny, odpowiedzialny między innymi za zarządzanie przełączaniem kanałów - wewnętrznej, umieszczonej wewnątrz budynku i zawierający interfejsy z terminalami użytkownika ( komputer osobisty, odbiornik telewizyjny, komputer sieciowy, centrala PABX itp. ); w zależności od zastosowania można użyć kilka typów interfejsów. Skonstruowanie anten terminali użytkownika będzie stosunkowo proste, gdyż zmieniające się w czasie pozycje satelitów są z góry znane. Satelity regularnie podążają wzdłuż ustalonego z góry szlaku kosmicznego. Podczas fazy instalacyjnej każdy terminal abonencki "uczy" swoje wyposażenie radiowe, kiedy ma nastąpić przełączenie kanału z jednej komórki do drugiej ( handover ). W zależności od zastosowania będą dostępne dwa rodzaje części zewnętrznej terminalu abonenckiego, których parametry podaję:
Charakterystyka modułów terminali abonenckich:
Opis Osobisty terminal abonencki Biurowy lub międzywęzłowy terminal abonencki - maksymalna szybkość przepływu danych 2 Mbit/s n x 2 Mbit/s, - maksymalna szybkość transmisji sygnału odbieranego >20,5 Mbit/s n x 20,5 Mbit/s, - możliwe techniki sterowania anteny aktywna, sterowana elektronicznie sterowna mechanicznie.
Funkcjonowanie systemu SkyBridge
System SkyBridge nie wymaga przydzielenia osobnego pasma częstotliwości. Do realizacji połączenia pomiędzy terminalami użytkowników a stacjami bazowymi system będzie wykorzystywać częstotliwości z pasma Ku ( 11/ 14 GHz ). System optymalizuje wykorzystanie widma częstotliwości w tym paśmie dzięki możliwości korzystania z kanałów częstotliwościowych przydzielonym systemom goestacjonarnym ( frequency re-use ). W takiej sytuacji było niezbędne opracowania rozwiązania, które chroniłoby systemy geostacjonarne przed interferencjami pochodzącymi z systemu SkyBridge. Rozwiązanie to polega na "honorowaniu" tzw. strefy nie operacyjnej, znajdującej się wokół satelitów geostacjonarnych. Strefa taka obejmuje obszar ą 10° od satelity znajdującego się na orbicie GEO i widzianego przez naziemną stacje bazową systemu SkyBridge. Gdy satelita systemu SkyBridge znajduje się wewnątrz strefy nie operacyjnej, transmisja między tym satelitą i stacją naziemną zostaje przerwana i następuje przeniesienie transmisji ( handover ) do innego satelity SkyBridge, który nie znajduje się w podobnej pozycji interferencyjnej.
Oferowane usługi:
SkyBridge będzie obsługiwał użytkowników końcowych z całego świata. Zapewni on satelitarne, szerokopasmowe łącza asymetryczne do sieci stałej o przepływności do 60 Mbit/s do użytkownika i co najmniej 2 Mbit/s w kierunku użytkownika Przewiduje się że jednym z głównych zastosowań systemu będzie szybki dostęp do Internetu. Wydaje się to oczywiste, jeśli wziąć pod uwagę fakt, że rynek Internetu jest szacowany na 60 mln dolarów w roku 2000, a liczba jego użytkowników w tym samym roku ma wynieść 25 % liczby wszystkich abonentów stałej sieci.
Oprócz Internetu system SkyBridge będzie bardzo dobrym rozwiązaniem dla zapewnienia:
- usługi on-line w tym transferu plików
- dostępu do lokalnych sieci LAN i serwerów, usług poczty elektronicznej
- połączeń między sieciami LAN i WAN
- wysokiej jakości wideo konferencji i transmisji wideo telefonicznych
- usług telemedycznych
- usług rozrywkowych: wideo na życzenie ( VOD ), gry elektroniczne itp. Dodatkowo SkyBridge umożliwi także realizacje połączeń pomiędzy stacjami bazowymi w radiowych sieciach komórkowych jak również bez przewodowych pętlach abonenckich. Jest kilka teletransmisyjnych technik naziemnych które zapewniają dostęp szerokopasmowy. System SkyBridge nie jest pomyślany jako konkurencyjny dla tych systemów, ale jako atrakcyjne rozwiązanie uzupełniające. Parametry transmisyjne tego systemu są porównywalne z parametrami cyfrowych linii abonenckich, takich jak ADSL i włókien optycznych będących podstawą technik dostępu, takich jak HFC. Z punkt widzenia kilku różnic dotyczących kosztów dołączenia poszczególnych abonentów i szybkości wdrażania ten system będzie rozwiązaniem efektywniejszym ekonomicznie na obszarach o niskiej gęstości zaludnienia. Oczekuje się że do końca naszej dekady system SkyBridge może osiągnąć liczbę użytkowników rzędu 15 do 20 milionów na całym świecie.

System Celestri

System ten tym różni się od dwóch opisanych poprzednio, że wykorzystywane w nim będą zarówno satelity niskoorbitalne, jak i satelity na orbicie geostacjonarnej, przy czym firma Motorola pragnie wyciągnąć wszystkie możliwe wnioski, uzyskane w trakcie realizacji systemu Iridium. System hybrydowy, obejmujący różne rodzaje satelitów, zapewnia łatwiejsze i pewniejsze "dotarcie" do każdego klienta oraz dopasowanie się do zmiennych potrzeb ruchu telekomunikacyjnego. Satelity niskoorbitalne będą miały za zadanie objęcie zasięgiem działania systemu, mniej więcej równomiernie, całego globu, natomiast satelity geostacjonarne będą służyły do dodatkowej obsługi rejonów o największym zapotrzebowaniu rys.5.

Rys.5. Zasada pracy systemu Celestri.

Każdy z dziewięciu satelitów geostacjonarnych będzie umożliwiał przeniesienie w paśmie o szerokości 750 MHz sygnałów o szybkości do 2,8 Gbit/s, przy zastosowaniu różnych metod łączenia i komutacji sygnałów pochodzących z różnych źródeł. 63 satelity niskoorbitalne będą krążyły po siedmiu kołowych orbitach nachylonych o 48° względem powierzchni równika. Przy wysokości orbity 1400 km czas obiegu satelity na orbicie będzie wynosił około 1,9 godziny. Z każdego punktu na powierzchni Ziemi będą widoczne co najmniej dwa takie satelity, w celu zabezpieczenia przed skutkami ewentualnej awarii i zapewnienia możliwości realizacji połączeń przez obu jednocześnie w okresach maksymalnego natężenia ruchu.

Satelity będą pracowały przy wykorzystaniu zakresów częstotliwości 18,8 ÷ 19,3 GHz i 19,7 ÷ 20,2 GHz (dla kierunku transmisji satelita­ Ziemia) oraz 28,6 ÷ 29,1 GHz i 29,5 ÷ 30,0 GHz (dla kierunku transmisji Ziemia-satelita). Dzięki stosowaniu wiązek punktowych i wielokrotnemu wykorzystaniu tych samych kanałów radiowych będzie możliwa transmisja z szybkością do 8,75 Gbit/s, w obu kierunkach transmisji. Jednocześnie każdy satelita będzie połączony na falach świetlnych z innymi satelitami, za pomocą sześciu linii łączności optycznej (po jednej z poprzedzającym i następującym satelitą na tej samej orbicie oraz po dwie z najbliższymi satelitami na sąsiednich orbitach), o zdolnościach transmisyjnych każdej z nich ponad 4 Gbit/s.

Satelity będą stosunkowo duże (ciężar ponad 3000 kg, dysponowana moc zasilania 4,5 kW), ale dzięki temu rozbudowane systemy anten wielowiązkowych pozwolą na promieniowanie w 260 wąskich wiązkach punktowych, pokrywających powierzchnię Ziemi o średnicy około 300 km każda i obszar o średnicy około 5000 km łącznie.

Przewiduje się wykorzystanie satelitów do różnych rodzajów transmisji, przy czym w ramach każdej z nich mają być przesyłane różne rodzaje sygnałów na różnych zasadach dostępu, co pozwala na realizację w pełni multimedialnego systemu teoretycznie "bez słabych punktów". W łączności pomiędzy dwoma konkretnymi stacjami (point-to-point) będzie możliwa symetryczna lub asymetryczna transmisja z szybkościami od 64 kbit/s do 155 Mbit/s.

Przy przesyłaniu sygnałów do większej liczby określonych stacji (point-to-multipoint) transmisja będzie mogła się odbywać z szybkością do 16 Mbit/s, a przy równoczesnej transmisji do wszystkich zainteresowanych stacji (broadcasting) - z szybkością maksymalną prawdopodobnie dwukrotnie mniejszą (będzie to na przykład zależało od występujących w praktyce obszarów pokrycia).

Naziemne stacje pośredniczące, zapewniające współpracę systemu satelitarnego z sieciami ziemskimi, będą przesyłały sygnały do satelitów w kanałach o szybkości transmisji 51 Mbit/s lub wielokrotności tych szybkości, dokonując jednocześnie odpowiedniej selekcji i komutacji sygnałów. Każda grupa sygnałów, przeznaczona do konkretnego klienta, będzie oczywiście zaopatrzona w odpowiedni adres cyfrowy i dotrze do niego najwłaściwszą w danym momencie czasowym drogą, tzn. poprzez satelitę geostacjonarnego lub jednego czy wiele satelitów niskoorbitalnych, przy czym jako podstawową zasadę przyjmuje się, że satelity geostacjonarne mają służyć głównie do radiodyfuzji i rozprowadzania wąskopasmowych sygnałów wśród klientów znajdujących się na dość dużym obszarze, a satelity niskoorbitalne do realizacji połączeń stałych i okresowych na konkretnych trasach pomiędzy klientami mającymi zapotrzebowanie raczej na transmisje szerokopasmowe (transmisja w Internecie, komutowane sygnały rodzaju ATM w sieciach publicznych i prywatnych itp.).

Jeżeli idzie o segment naziemny, to poza wymienionymi stacjami pośredniczącymi (gateway), których liczba może dochodzić do kilkuset oraz centralnymi stacjami sterowania i kontroli segmentów naziemnych i kosmicznych systemu, przewiduje się stosowanie w zasadzie dowolnej liczby małych stacji naziemnych, przeznaczonych dla użytkowników indywidualnych (domy, mieszkania) lub grupowych (urzędy, fabryki, hotele, centrale małych sieci lokalnych). Wstępnie przewiduje się opracowanie wymagań na 5 typów takich stacji, w zależności od przewidywanego zastosowania co do rodzaju, czasu i częstości przesyłania sygnałów oraz niezbędnej jakości transmisji, przy czym przepustowości ich będą mogły zawierać się w przedziale od 64 kbit/s do 155 Mbit/s. Przewiduje się, poza systemami radiodyfuzyjnymi, stosowanie metod interaktywnej łączności dwukierunkowej, ze znaczną przewagą liczby informacji przesyłanych do klienta.

Należy zaznaczyć, że wszystkie omawiane właściwości trzech wymienionych systemów wynikają ze wstępnych założeń systemowych i mogą ulec w trakcie realizacji jeszcze dużym zmianom, zwłaszcza w odniesieniu do metod i sposobów transmisji sygnałów. Zmiany te mogą być spowodowane oceną aktualnych zapotrzebowań, wynikami wstępnych badań eksploatacyjnych, ostatecznie dysponowanymi pasmami częstotliwości itp. Natomiast istnieje prawdopodobieństwo graniczące z pewnością uruchomienia ich w ogólnie prezentowanej postaci, ponieważ zaangażowano w to przedsięwzięcie dużo środków finansowych i potencjału organizacyjno-intelektualnego.

Przewidywany zakres zastosowań systemów niskoorbitalnych

Mówiąc o systemach niskoorbitalnych, trzeba mieć na myśli przede wszystkim najwcześniej uruchamiany system Teledesic oraz aktualne plany zagospodarowania systemu na terenie USA. Będą o tym decydowały zarówno tendencje rozwojowe telekomunikacji, jak i wyraźne korzyści ze stosowania systemu z satelitami niskoorbitalnymi. Z jednej strony, stworzenie nowych możliwości zaspokojenia potrzeb, i to coraz taniej, powinno spowodować gwałtowny wzrost zapotrzebowania na internetowe połączenia satelitarne, a z drugiej strony, zmniejszenie opóźnień czasowych w porównaniu z systemami geostacjonarnymi znacznie ułatwi realizację połączeń wideokonferencyjnych, korzystanie z gier i innych systemów interaktywnych, rozwój łączności wiejskiej. Dodatkową zaletą jest możliwość stosowania wąskich wiązek i nierównomiernego pokrycia powierzchni Ziemi, uwzględniając obszary o dużym i małym ruchu telekomunikacyjnym.

Jednocześnie stacje takie w miejscach odosobnionych powinny umożliwiać połączenie poprzez sieci lokalne typu stacja bazowa - stacje abonenckie do kilkunastu "odosobnionych" abonentów. Pozwoli to m.in. na dostęp do Internetu oraz do ustalonych dla danego obszaru usług multimedialnych.

1

Szukasz gotowej pracy ?

To pewna droga do poważnych kłopotów.

Plagiat jest przestępstwem !

Nie ryzykuj ! Nie warto !

Powierz swoje sprawy profesjonalistom.

---