دانلود مقاله شبکه ای کردن ماهواره

شبکه ای کردن ماهواره
1-1مزایا و معایت ماهواره های چند پرتوی
شبکه های ماهواره ای تک پرتوی ممکن است یکی از معایب زیر را داشته باشند :
- ماهواره ممکن است پوششی از کل ناحیه زمین که توسط آن قابل دید است فراهم نماید و بدین ترتیب ایجاد لینک هایی با مسافت طولانی به عنوان مثال از یک قاره به قاره دیگر امکان پذیر شود .

در این حالت بهره آنتن ماهواره توسط پهنای پرتو آن بوسیله پوشش تحمیل می شود محدود می گردد .

برای یک ماهواره زمین ثابت ، پوشش عمومی مستلزم یک پهنای پرتو db 3 به اندازه 174 و در نتیجه بهره آنتن حداکثر db 20 می باشد .

- ماهواره ممکن است پوششی از یک بخش از زمین را توسط یک پرتو باریک فراهم نماید .

بدین ترتیب به علت کاهش زاویه دهانه پرتو آنتن ، بهره آنتن بیشتر می شود اما سیستم می تواند فقط توسط لینک های زمینی یا بین ماهواره ای به ایستگاههای که خارج از پوشش ماهواره قرار گرفته اند مرتبط شود .

با یک ماهواره تک پرتوی ، انتخاب بین ارتباط داخلی تعداد زیادی ایستگاه زمینی و تامین بودجه لینک مطلوب با یک بهره بالای آنتن ماهواره ضروری است .

ماهواره چند پرتوی هر دو انتخاب را با هم امکان پذیر می سازد .

پوشش ماهواره به علت کنار هم قرار دادن چندین پوشش پرتو گسترش می یابد و هر پرتو یک بهره آنتن ایجاد می کند بطوریکه این بهره یا کاهش پهنای پرتو آنتن افزایش می یابد .

با افزایش تعداد پرتوها عملکرد بهتر می شود .

اما تکنولوژی آنتن و جرم ماهواره که با افزایش تعداد پرتوها پیچیدگی اش بیشتر می شود محدودیت ایجاد می کند .

در شکل 1-1 الف ماهواره پوشش عمومی را توسط یک پرتو با پهنای پرتو فراهم می کند و در شکل 1-1ب ماهواره پرتوهای نقطه ای را با پهنای پرتور با یک پوشش کاهش یافته تامین می کند .

در هر دو مورد تمام ایستگاههای زمینی در شبکه ماهواره ای در محدوده پوشش ماهواره قرار دارند .

در شکل 1-1 الف ماهواره پوشش عمومی را توسط یک پرتو با پهنای پرتو فراهم می کند و در شکل 1-1ب ماهواره پرتوهای نقطه ای را با پهنای پرتور با یک پوشش کاهش یافته تامین می کند .

مزایا 1-1-1-1 تاثیر بر بخش زمینی عبارت برای لینک بالا رو طبق رابطه زیر می باشد .

(1-1) با این فرض که دمای نویز در ورودی گیرنده ماهواره و مستقل از پوشش پرتو می باشد .

اگر و از تلفات پیاده سازی صرفنظر شود عبارت (1-1) بصورت زیر می شود.

(1-2) که در آن بهره آنتن گیرنده ماهواره می باشد .

این ارتباط در شکل 1-2 برای دو حالت زیر نشان داده شده است .

پوشش عمومی که مستلزم می باشد .

پوشش پرتو نقطه ای که مستلزم می باشد .

عبارت برای لینک پایین رو طبق رابطه زیر می باشد : با این فرض که توان حاصل ارسال شده بوسیله ماهواره می باشد اگر و از تلفات پیاده سازی صرفنظر شود عبارت (1-3) بصورت زیر می شود .

(1-4) این ارتباط در شکل 1-3 برای دو حالت زیر نشان داده شده است : پوشش عمومی که مستلزم می باشد .

در شکل های 1-2 و 1-3 فلش های مورب ، کاهشرا هنگام تغییر از یک ماهواره با پوشش عمومی به یک ماهواره چندپرتوی با پوشش چندین پرتو نقطه ای نشان می دهد .

در این حالت ماهواره چند پرتوری موجب صرفه جویی در اندازه و در نتیجه صرفه جویی در هزینه بخش زمینی می شود مثلا کاهش به اندازه Db 20 ممکن است منجر به ده برابر کاهش اندازه آنتن به همراه کاهش هزینه ایستگاه زمینی تقریبا از 10 میلیون دلار به 50 میلیون دلار گردد.

حال اگر عینا همان بخش زمینی حفظ شود C/N0 افزایش می یابد بطوریکه می تواند منجر به افزایش ظرفیت در کیفیت ثابت سیگنال شود به شرطی که پهنای بند کافی در دسترس باشد .

1-1-1-2 استفاده مجدد از فرکانس استفاده مجدد از فرکانس شامل چندین بار استفاده از همان باند فرکانسی است بطوریکه موجب افزایش طرفیت کل شبکه بدون افزایش پهنای باند تخصیص داده می شود .

در مورد یک ماهواره جدید پرتوی جداسازی ناشی از جهت دهندگی آنتن می تواند جهت استفاده مجدد از همان باند فرکانسی و پوشش پرتوهای مجزا بهره برداری شود .

شکل 1-4 هر دو اصل استفاده مجدد از فرکانس بوسیله پلاریزاسیون متعامد و استفاده مجدد از فرکانس بوسیله جداسازی زاویه ای پرتو را نشان می دهد .

در این شکل یک پرتو به یک پلاریزاسیون و یک پوشش مفروض مربوط می شود.

در هر دو مورد پهنای باند اختصاص داده شده به سیستم B می باشد .فرکانس مرکزی برای لینک بالارو fu و برای لینک پایین رو fd می باشد .

اما در مورد استفاده مجدد از فرکانس بوسیله پلاریزاسیون متعامد ، پهنای باند B فقط دوبار استفاده می شود اما در مورد استفاده مجدد از فرکانس بوسیله جداسازی زاویه ای پهنای باند B می تواند برای پرتوها تا آنجایی که سطح تداخل محاز اجازه می دهد استفاده مجدد شود .

علاوه بر این هر دو نوع استفاده مجدد از فرکانس می توانند ترکیب شوند .

فاکتور استفاده مجدد از فرکانس به صورت تعداد دفعاتی که پهنای باند B مورد استفاده قرار می گیرد تعریف می شود .

در تئوری یک ماهواره چند پرتوی با M پرتو تک پلاریزاسیون که به هریک عرض باند B اختصاص یافته و می تواند استفاده مجدد از فرکانس بوسیله جداسازی زاویه ای و پلاریزاسیون متعامد را ترکیب کند ممکن است فاکتور استفاده مجدد از فرکانس برابر 2M داشته باشد .

بنابراین ماهواره چند پرتوی می تواند ظرفیتی را که توسط یک ماهواره تک پرتو با پلاریزاسیون تکی با استفاده از پهنای باند عرضه می شود به خود اختصاص دهد.

در عمل فاکتور استفاده مجدد از فرکانس به آرایش ناحیه سرویس بستگی دارد بطوریکه پوشش را قبل از اینکه توسط ماهواره در اختیار گذاشته شود تعیین می کند .

اگرناحیه سرویس شامل چندین منطقه جدا شده با فاصله زیاد از هم باشد امکان استفاده مجدد از همان باند در تمام پرتوها وجود دارد .

پس فاکتور استفاده مجدد از فرکانس می تواند به مقدار تئوری M نشان می دهد .

هنگامی که پوشش پرتوها به هم پیوسته هستند از باند فرکانسی یک پوشش نمی تواند برای پوشش کناری آن استفاده کرد .

در این مثال پهنای باند اختصاص داده شده به سه زیر باشد مساوی جدا از هم تقسیم می شود و هر کدام در پوشش پرتوها (1و2و3) با جداسازی زاویه ای کافی از یکدیگر استفاده می شوند .

پهنای باند معادل در صورت عدم استفاده مجدد از فرکانس توسط پلاریزاسیون متعامد مقدار بدست آمده را برای M=13 پرتو دارد .

پس فاکتور استفاده مجدد از فرکانس بجای 13، 3/4 می شود .

با استفاده مجدد از فرکانس بوسیله پلاریزاسیون متعامد در محدوده هر پوشش پرتو تعداد پرتوها M=26 خواهد بود و فاکتور استفاده مجدد از فرکانس برابر 6/8 می شود.

1-1-2 معایب 1-1-2-1 تداخل بین پرتوها شکل 1-6 ایجاد تداخل را در یک سیست ماهواره ای چند پرتوی نشان می دهد .

پهنای باند اختصاص یافته B به دو زیرباند B2,B1 تقسیم می شود .

این شکل سه پرتو را نشان می دهد.

پرتوهای 1 و 2 از باند B1 و پرتو 3 هم از باند B2 استفاده می کند .

در لینک بالارو حاملی که در فرکانس fu1 از پهنای باند B1 بوسیله پرتو 2 ایستگاه زمینی ارسال می شود توسط آنتنی که پرتو 1 را در گلبرگ جانبی اش با یک بهره کم غیرصفر شناسایی می کند دریافت می شود .

طیف این حامل روی همان فرکانسی که توسط پرتو 1 ایستگاه زمینی ارسال می شود قرار دارد بطوریکه در گلبرگ اصلی با حداکثر بهره آنتن دریافت می شود .

بنابراین حامل پرتو 2 بصورت نویز تداخل در طیف حامل پرتو 1 ظاهر می شود.

این نویز تداخل هم کانال (CCI) نامیده می شود.علاوه بر این بخشی از توان حامل در فرکانس fu2 که توسط ایستگاه زمینی از پرتو 3 ارسال شده به عنوان نتیجه فیلتر کردن ناقص فیلترهای IMUX که کانالهای ماهواره را در کانال اشغال شده بوسیله حامل fui مشخص می کند ارائه می شود .

در این حالت تداخل کانال مجاور ACI همانند آنچه که در ارتباط بوسیله دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانسی در بخش 1-3-2 مواجه شدیم وجود دارد .

در لینک پایین رو پرتو 1 ایستگاه زمینی حاصل ارسالی در فرکانس fd1 را با حداکثر بهره در گلبرگی از آنتن که پرتو 1 را مشخص می کند دریافت می کند .

تداخل لینک پایین رو از سهم های چگالی طیفی توان که بر روی طیف این حامل قرار داده شده ودرادامه آمده اند بوجود می آید .

طیف نویز تداخل کانال مجاور و طیف نویز تداخل هم کانال لینک بالارو که توسط ماهواره دوباره ارسال شده است .

طیف حامل در همان فرکانس fd1 که با حداکثر بهره در پرتو 2 و با یک بهره کم غیرصفر در جهت پرتو 1 ایستگاه انتشار یافته است و این موضوع نشان دهنده تداخل هم کانال CCI اضافی می باشد .

اثر تداخل بصورت افزایش نویز حرارتی تحت همان شرایطی که نویز تداخل بین سیستمها تحلیل شد ظاهر می شود و باید همانطور که در عبارت ظاهر می شود در جمله منظور گردد.

با توجه به منابع گوناگون تداخل که با افزایش تعداد پرتوها بسیار زیاد می شوند.

ممکن است مقادیر نسبتا کم بدست آید و تاثیراین شرایط عملکرد را بر حسب کل لینک تضعیف می کند .

تاثیر نویز تداخل بر یک لینک ماهواره ای چند پرتوری طبق تخمین حدود 40% نویز کل می باشد .

1-1-2-2 ارتباط داخلی بین نواحی پوشش یک سیستم ماهواره ای چند پرتوی باید در موقعیتی باشد که ارتباط داخلی تمام ایستگاهها زمینی شبکه را برقرار نماید و درنتیجه ارتباط داخلی نواحی پوشش را ایجاد کند .

پیچیدگی محموله به زیر سیستم آنتن ماهواره چند پرتوری که خود بسیار پیچیده تر از زیر سیستم آنتن ماهواره تک پرتوی است افزوده می شود.

با بکارگیری کانالهای تکرار کننده شفاف سه روش برای ارتباط داخلی نواحی پوشش می تواند پیش بینی شود : ارتباط داخلی از طریق برش ترانسپوندری ارتباط داخلی از طریق سوئیچینگ روی برد ارتباط داخلی از طریق جاروب پرتوی این سه روش در ادامه توضیح داده خواهد شد .

1-1-3 نتیجه گیری سیستمهای ماهواره ای چند پرتوی کاهش اندازه ایستگاه های زمینی و بنابراین کاهش هزینه بخش زمینی را امکان پذیر می کنند .

استفاده مجدد از فرکانس از یک پرتو به پرتو دیگر موجب افزایش ظرفیت بدون افزایش پهنای باند اختصاص داده شده به سیستم می شود .

با وجود این تداخل بین کانالهای مجاور که بین پرتوهایی که از فرکانسهای یکسان استفاده می کنند اتفاق می افتد ، افزایش ظرفیت بالقوه را محدود می کند مخصوصا هنگامی که تداخل در ایستگاههای زمینی مجهز به آنتن های کوچک بیشتر است .

ارتباط داخلی از طریق پرش ترانسپوندری باید اختصاص داده شده به سیستم به تعداد پرتوها به زیرباند تقسیم می شود .

یک مجموعه فیلتر در داخل ماهواره حامل ها را طبق زیرباند اشغال شده جدا می کند خروجی هر فیلتر از طریق یک ترانسپوندر به آنتن پرتو مقصد مرتبط می شود.

تعداد فیلترها و ترانسپوندرها حداقل باید برابر مجذور تعداد پرتوها باشد .

شکل 1-7 این مفهوم را برای یک مثال با دو پرتو نشان می دهد .

بر طبق نوع پوشش ، ایستگاههای زمینی باید قابلیت ارسال و با دریافت روی چندین فرکانس و پلاریزاسیون را به منظور پرش از یک ترانسپوندر به ترانسپوندر دیگر داشته باشند .

جدول 1-1 نوع دنباله روی سریع فرکانس مورد نیاز را به منظور تضمین ارتباط داخلی بین پرتوها بر طبق نوع پوشش نشان می دهد .

ظرفیت پیشنهاد شده برای ترافیک می تواند بین پرتوها در محدوده ای که کل ظرفیت توسط پهنای باند سیستم تعریف شده بوسیله تصحیح تخصیص های زیرباند و بنابراین توسط تصحیح ارتباطهای بین فیلترهای ورودی وترانسپوندرها تغییر کند .این عملیات لحظه به لحظه توسط فرمان از راه دور متناسب با نوسانات بلند مدت ترافیک انجام می شود .

1-3 ارتباط داخلی از طریق سوئیچینگ روی برد(SS/TDMA) 1-3-1 اصول کار هنگامی که تعداد پرتوها کم است سوئیچینگ پرتو بوسیله پرش ترانسپوندری یک راه حل می باشد .

تعداد ترانسپوندرها حداقل به اندازه مجذور تعداد پرتوها افزایش می یابد .

و اگر تعداد پرتوها زیاد باشد ماهوئاره بسیار سنگین می شود .

بنابراین در نظر گرفتن سوئیچنگ روی برد ضروری است .

اصول کار در شکل بعدی نشان داده شده است .

محوله از یک ماتریس سوئیچ قابل برنامه ریزی تشکیل شده است که دارای تعداد ورودی و خروجی برابر با تعداد پرتوها می باشد .

این ماتریس هر پرتو بالارو را به هر پرتو پایین رو از طریق یک گیرنده و یک فرستنده مرتبط می کند .

بنابراین تعداد تکرار کننده ها برابر تعداد