1. PRINCIPII PRIVIND COMUNICAȚIILE PRIN SATELIT

2. CUPRINS Definiție. Istoric Clasificarea sateliților
Utilizarea sateliților în comunicații
Structura unui sistem de comunicații prin satelit
Orbitele sateliților
Frecvențe de lucru utilizate în comunicațiile prin satelit

3. Definiție
SATELIT = orice obiect care parcurge o traiectorie circulară (orbită) în jurul altui obiect.
Sateliții Pământului sunt naturali (Luna) sau artificiali (construiți de om)
Un satelit natural este un corp cersc care se rotește în jurul unei planete sau în jurul unui obiect ceresc mai mic. Planeta în jurul căruia se rotește este numit corp sau planeta mama sau principală.
Sateliții artificiali sunt obiecte create de om, care sunt lansate în spațiu și orbitează un copr ceresc. Orbita lor trebuie să fie relativ stabilăpe o perioadă mai mare de timp

4. ISTORIC
- Primul satelit artificial, Sputnik 1 a fost lansat de URSS la 4 octombrie A efectuat 1410 rotații în jurul Pământului, timp de 94 de zile, după care a intrat în atmosfera terestră și s-a dezintegrat.
- Sputnik 2 se lansează la 23 noiembrie 1957, care are la bord primul animal viu. Acest satelit a stat în spațiu 163 de zile, timp în care a efectuat 2370 de rotații în jurul Pământului.
- Primul satelit de comunicații, SCORE (Signal Communications by Orbiting Relay Equipment) capabil să stocheze și să transmită mesaje vocale, a fost lansat de SUA în anul 1958.
- În anul 1960 satelitul ECHO a servit drept reflector pasiv al undelor radio
- TELSTAR 1, lansat de compania AT&T în 1962 a fost unul din primii sateliți activi pentru comunicații. A transmis primele emisiuni de televiziune în direct între SUA, Europa și Japonia. De asemeni a transmis convorbiri telefonice.
- Transmisiune directă de televiziune a fost efectuată de satelitul SYNCOM 3 în anul 1964.
Prima televiziune prin satelit apare în anul 1967 – Orbita (Rusia)
- TDRSS (Tracking and Data relay Satellite System), în anul 1983, este primul satelit care furnizează servicii de telecomunicații către alte nave spațiale.
- Astăzi cea mai mare construcție aflată în spațiu este Stația Spațială Internațională, care este permanent locuită de 3 astronauți și orbitează Pământul la o altitudine de aproximativ 350 km

5. Clasificarea sateliților
STAȚII SPAȚIALE
– compuse din mai multe module, transportul materialelor și echipajelor către și de la stația spațială.
SATELIȚI DE TELECOMUNICAȚII
– folosiți pentru a facilita comunicațiile la distanță
SATELIȚI ASTRONOMICI
– folosiți pentru cercetare astronomică
SATELIȚI METEOROLOGICI – folosiți pentru măsurări și prognoză meteo
SATELIȚI DE OBSERVARE a Pământului – folosiți pentru studii geografice
SATELIȚII DE RECUNOAȘTERE
– folosiți mai mult în scopuri militare

6. Clasificarea sateliților
SATELIȚII DE TELECOMUNICAȚII SE CLASIFICĂ ÎN 5 CATEGORII:
INTERNAȚIONALI
– se realizează prin sistemul intelsat care deservește 140 de țări conectate prin peste 200 de stații de pe pământ.
NAȚIONALI ȘI REGIONALI
– utilizează fascicule de antene configurate pentru a asigura acoperirea națioanlă și sunt folosiți pentru telefonie, date și distribuirea semnalelor de televiziune. Sateliții regionali sunt utilizați pentru a deservi Europa, Statele Arabe, zone din africa, America de Sud
MILITARI
- acești sateliți funcționează la 7/8 GHz și asigură comunicații militare în toată lumea sau în TO, precum și comunicații UHF sau VHF pentru avioane sau nave.
RADIODIFUZIUNE
– sunt proiectați pentru acoperire națională sau regională, cu scopul de a transmite semnale TV de mare putere, la un număr mare de antene cu diametru mic (<1m), utilizând frecvențe în jur de 12 GHz.
EXPERIMENTALI
– cei mai cunoscuți sunt sateliții pentru aplicații tehnologice dezvoltați de NASA. Au rolul de a testa noi concepte tehnologice pentru comunicațiile punct la punct, mobile, satelit la satelit și de difuziune și operează pe frecvențe de la 30 MHz la 30 GHz.

7. Utilizarea sateliților în comunicații
Un satelit de telecomunicații reprezintă “un repetor de microunde care permite unuia sau mai multor utilizatori cu stații terestre adecvate să furnizeze sau să schimbe informații sub diverse forme.”
Comunicațiile prin satelit au cunoscut etape de evoluție, perioade delimitate ca generații distincte, asfel:
Generația I:
- cuprinde perioada de la mijlocul anilor 60 până la mijlocul anilor 70,
sateliții erau de dimensiuni mici, iar puterea pe care o transmiteau către Pământ era redusă
Dimensiunile antenelor stațiilor terestre trebuiau să fie foarte mari (în jur de 30m diametru), pentru a obție câștiguri suficient de bune, iar antenele trebuiau fixate pe sol
Primul satelit INTELSAT cântărea 40Kg pe o orbită geostaționară
Generația II
Anii 80
Dimensiunile satelițiilor și ale entenelor cu care aceștia erau echipați au crescut, ceea ce le-a permis să lucreze cu puteri mari
Diametrele antenelor stațiilor de sol s-au micșorat
- VSAT – very small aperture terminals
Sateliții de la INTELSAT cântăresc 1500 kg pe orbită, iar diametrul antenei terestre este mai mic de 2 m
Generația III:
- În sec. XXI, sisteme personale de comunicații prin satelit, fiecare individ poate accesa direct satelitul pentru a stabili un canal de comunicații cu ajutorul unui terminal de mână. Se utilizează benzi de frecvențe foarte înalte – banda Ka 30/20 GHz, 47/44GHz și undele milimetrice.

8. Structura unui sistem de comunicații prin satelit
Structura unui sistem de comunicații prin satelit este compus din două părți majore:
Segmentul spațial cu vehicul spațial și mecanismul de lansare
Segmentul terestru cu stația terestră și centrul de control al sistemului
uplink
SATELLITE
EARTH STATION
TERRESTRIAL SYSTEM
USER
downlink

9. Structura unui sistem de comunicații prin satelit
Prin segmentul spațial înțelegem ansamblul de operațiuni efectuate pentru plasarea unui satelit pe orbită și operarea sa pentru o perioadă limitată de timp. Prin culegerea de date telemetrice se pot lua decizii cu privire la corecțiile de poziție care îi permit satelitului să rămână pe orbită.

10. Structura unui sistem de comunicații prin satelit
Prin segmentul terestru înțelegem stații de comunicații prin satelit localizate la sol, în aer sau pe mare.
Componente:
Terminale utilizator – UT care suportă următoarele protocoale: interfață ATM utilzator-rețea, Frame Relay UNI, Narrowband integrated Services Digital Network, Basic Rate Interface
Unitatea de adaptare Sattelite Adaptation Unit – răspunde de asigurarea accesului la rețeaua de comunicații prin satelit prin realizarea tuturor adaptărilor necesare la nivel de protocol între terminal și platforma de comunicații
Payload P/L – în cazul regenerării semnalului unitățile de procesare de la bordul satelitului
Stații gateway (Gateway station) – sunt interconectate cu rețele externe cum ar fi B-ISDN, FR, N- ISDN, PSTN, Internet
Stații de control a rețelei – o entitate centrală utilizată în sistemele GEO care asigură controlul global al resurselor rețelei și al operaților cum ar fi alocarea resurselor radio stațiilor GTW, gestionarea apelurilor, autentificare, înregistrare, tarifare.

11. Orbitele sateliților
Orbita este o traiectorie curbă închisă pe care o parcurge un corp ceresc. Orbita poate fi definită prin următoarele caracteristici:
- Înclinarea - unghiul dintre planul orbitei și planul ecuatorial;
- Forma orbitei – poate fi circulară, eliptică sau elipsă alungită cu centrul Pământului în unul din focare;
- Altitudinea orbitei – distanța față de sol, din acest punct de vedere există sateliți de joasă, medie și înaltă altitudine.

12. Orbitele sateliților
În funcție de orbita pe care se situează, sateliții se clasifică astfel:
sateliți GEO (Geostationary Earth Orbit)
Sateliți MEO (Medium Earth Orbit)
Sateliți LMEO (Low Earth Orbit)
Sateliți HEO (Highly EllipticalOrbit)

13. SATELIȚII GEO
- orbită geostaționară = orbita unui satelit sincron care se roteste pe o orbită circulară în sensul de rotație al Pământului în planul ecuatorial al acestuia la altitudinea de km;
- folosesc banda Ka (26.5–40 gigahertz);
- perioada de revoluție a unui satelit geostaționar este de 24 ore iar viteza sa de 3,7 km/s;
- sateliții aflați pe orbite geostaționare trebuie să fie foarte mari pentru a putea recepționa puteri foarte scăzute și a emite cu puteri mari;
-din cauza distanței foarte mare între sol și satelit apar întârzieri importante ale semnalului (270ms) care pot fi extrem de supărătoare în cazul transmisiunilor în timp real (convorbiri telefonice);
-nu pot acoperi zonele polare ( peste 80 grade latitudine)
-nu prezinta comutatie intre sateliți.

14. SATELIȚII MEO
grup de satelii cu orbite circulare de altitudini medii (5000 km – km altitudine);
perioada orbitala: 6 ore;
- în cazul acestor sisteme atenuările de propagare și întârzierea semnalului au valori mici;
- întarzieri de zeci ms (50ms);
- vizibil câteva ore;
- exemplu: GPS.

15. SATELIȚII LEO
- grup de satelii cu orbite circulare de altitudini joase (500 km – 1500 km);
- frecvența de 800MHz, benzile L,S;
- opereaza pe orbite multiple;
- întarziere de 5- 15ms;
- durata mai mica de viață (5ani față de 15 pentru GEO);
- vizibil până la 20 minute;
- exemplu: Iridium.

16. Sateliți HEO (Highly Elliptical Orbit)
Sateliții se găsesc pe orbite eliptice în jurul Pământului;
- dezavantajul acestor sisteme constă în faptul că atunci când satelitul se află în apropierea apogeului distana Pământ- satelit este foarte mare (40000 km).

18. Frecvențe de lucru utilizate în comunicațiile prin satelit
1-2 GHz
2-4 GHz
4-8 GHz
8-12,5 GHz
26,5-40 GHz

19. SISTEME CARE FOLOSESC SATELII LEO – IRIDIUM
Sistemul IRIDIUM a fost propus si dezvoltat de consoriul Motorola;
Operațional din 1998;
Constă inițial într-o constelație de 66 sateliți la o înălime de 785 km, cu 6 planuri
orbitale înclinate la 86,4°;
Pentru orice terminal de pe suprafața globului un satelit este permanent vizibil la
cel puin 8°deasupra orizontului;
Fiecare satelit folosește trei antene pentru a acoperi solul cu 48 de fascicule,
diametrul fiecărui fascicul fiind de 600km;
Cei 66 de sateliți asigură 3168 celule dintre care numai 2150 trebuie să
fie active pentru a acoperi suprafața globului;
Banda de frecvențe alocată pentru trafic: L- 1610…1626,5 MHz
Fasciculele vecine folosesc frecvențe diferite;
Banda alocată este divizată în 12 subbenzi si fiecare subbandă este reutilizată de
patru ori pe fiecare satelit;
Legăturile între sateliți și între sateliți ș stația de control de la sol respectiv cu
staiile poartă, sunt realizate în banda Ka;
Prelucrarea apelurilor are la bază standardul GSM.

20. VSAT (Very Small Aperture Terminal)
Sistem satelitar pentru utilizatori “home” sau “business”;
Funcție de lațimea de bandă necesară, sistemele VSAT sunt puțin voluminoase
(antene de 1-2 metri diametru) si ușor de instalat.
Prin conectarea terminalelor VSAT
la un HUB terestru poate fi realizată cu costuri reduse o rețea care să asigure
comunicații doar prin intermediul acestui HUB;
Aplicatii potentiale ale ale rețelor VSAT:
asigura conectivitate LAN,pot funcționa ca rețele VPN, permit VoIP, asigura acces INTERNET, teleconferințe video, comunicații de voce, solutii de backup.

21. ÎN CONCLUZIE
Implementarea unui sistem de comunicații mobile prin satelit, care operează cu sateliți de tip LEO, MEO sau GEO, necesită trimiterea către ITU-R (International Telecommunication Union- Radiocommunication Department) cu cel puțin cinci ani înainte de introducerea sistemului, a unor informații cu privire la:
-banda de frecvență ce urmează a fi folosită;
-tipul de modulație al semnalului;
-tipurile de antene, sateliți si stații terestre folosite.
Alimentarea sateliților:
Celulele fotovoltaice cu siliciu au fost înlocuite cu celule fotovoltaice cu Galiu-Arsen(Ga-As) a căror eficienă este mai mare cu 30%-40%.
Scop:
Comunicațiile satelitare vor completa rețelele terestre;
Conectarea prin satelit la rețelele de fibră optică;

22. BIBLIOGRAFIE
Andrew S. Tanenbaum, Rețele de calculatoare, ediția a patra, 2003;
Bruce R. Elbert, Introduction to Satellite Communication, editia a treia, Artech House, 2008;
Dennis Roddy, Satellite Communications, editia a treia, McGeaw-Hill, 2001;