Ανάλυση Ράδιο-ζεύξεων Θέματα που εξετάζονται Ραδιοζεύξη δυο επίγειων σταθμών μέσω δορυφόρου Uplink - Downlink Κεραίες Εκπεμπόμενη Ισχύς Λαμβανόμενη Ισχύς.

Παρουσίαση με θέμα: "Ανάλυση Ράδιο-ζεύξεων Θέματα που εξετάζονται Ραδιοζεύξη δυο επίγειων σταθμών μέσω δορυφόρου Uplink - Downlink Κεραίες Εκπεμπόμενη Ισχύς Λαμβανόμενη Ισχύς."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1

2 Ανάλυση Ράδιο-ζεύξεων Θέματα που εξετάζονται Ραδιοζεύξη δυο επίγειων σταθμών μέσω δορυφόρου Uplink - Downlink Κεραίες Εκπεμπόμενη Ισχύς Λαμβανόμενη Ισχύς Ισχύς θορύβου Λόγος σήματος προς θόρυβο Περιορισμοί

3

4 The Incensed spectrum allocated for Wireless systems

5 Η ασύρματη τηλεφωνία χρησιμοποιεί ραδιοκύματα και μικροκύματα σε συχνότητες : 40 – 50 MHz, 900 MHz, 1900 MHz Η δορυφορική επικοινωνία χρησιμοποιεί ραδιοκύματα και μικροκύματα σε συχνότητες 1,6 GHz και 10 - 30 GHz H εφαρμογή GPS χρησιμοποιεί τη συχνότητα 1575 MHz Τα υπέρυθρα κύματα χρησιμοποιούνται για επικοινωνία μικρής ακτίνας. (300 MHz and 3 GHz or 1m to 1 dm )MHz π.χ. στο τηλεχειριστήριο της τηλεόρασης Υπάρχουν οργανισμοί που αποφασίζουν ποιος θα χρησιμοποιήσει ποιες συχνότητες στην Αμερική είναι η FCC (Federal Communications Commission) παγκοσμίως η ITU-R. Συχνότητες Ασύρματης Επικοινωνίας

6 Συχνότητες Δορυφορικών ζεύξεων ΟνομασίαΣυχνότητα (GHz) Down Link─ Up link L-band1 - 21 - 2 S-band2 - 42 - 4 C-band3.70~4.20 ─ 5.92 ~6.42 X-band(Military)7.25 ~7.74 ─ 7.9 ~ 8.39 Ku-band (FSS) BSS(Radio Transmis) 11.7 ~ 12.2 ─ 14 ~ 14.8 12.2 ~ 12.7 GHz Ka-band20 ~ 30 Το 1977 η WARC (World Administrative Radio Conference) που οργανώνεται κάθε 2 χρόνια υπό την αιγίδα της ITU (International Communication Union), αποφάσισε να χρησιμοποιηθεί η μπάντα συχνοτήτων από 11,7 GHz έως 12,5G Hz για δορυφορική μετάδοση προγραμμάτων τηλεοράσεως ιδιωτικής χρήσης.ITU (International Communication Union)

7

8

9 Ένας δορυφόρος μπορεί να έχει μερικές δεκάδες transporders (transmitter-responder), μοιρασμένους στις διάφορες κατευθύνσεις εκπομπής και διάφορες πολώσεις. Ένας transponder δεν αναμεταδίδει μια μόνο συχνότητα, αλλά ένα εύρος (φάσμα) συχνοτήτων. Οι πιο συνηθισμένοι transporders έχουν εύρος 36 MHz, χωρίς να λείπουν και οι περιπτώσεις των 54, 72 και 108 MHz. Ανάλογα με τις ανάγκες του πελάτη, μπορεί να του εκχωρηθεί ένας ολόκληρος transponder για αποκλειστική χρήση, ή να τον μοιραστούν περισσότεροι του ενός πελάτες, κάνοντας χρήση ενός μικρού φάσματος ο καθένας (π.χ. 4 πελάτες από 9 MHz ο καθένας σε έναν 36 MHz transponder). Οι ανάγκες των πελατών διαμορφώνονται ανάλογα με το περιεχόμενο που θέλουν να εκπέμψουν.

10 Για παράδειγμα -παλιότερα- πριν την διάδοση των ψηφιακών τεχνολογιών, για την αναλογική μετάδοση ενός και μόνο τηλεοπτικού προγράμματος με διαμόρφωση video κατά FM και 1 subcarrier ήχου, χρειαζόταν 13~15 MHz εύρος!! Η ψηφιακή τεχνολογία όμως άλλαξε δραματικά την κατάσταση: Με συμπίεση MPEG-2/4 και ψηφιακή διαμόρφωση QPSK (Quadrature Phase Shift Keying, ή σε ελεύθερη απόδοση "διαμόρφωση φάσης με αλλαγή τεταρτημορίου") στο ίδιο εύρος συχνοτήτων μπορούν να χωρέσουν 4 τηλεοπτικά προγράμματα υψηλής ποιότητας FHD, ή 10 τηλεοπτικά προγράμματα χαμηλής ποιότητας εικόνας ! Αντιλαμβάνεστε λοιπόν πόσο καλύτερη εκμετάλλευση του φάσματος γίνεται! (a standard for "the generic coding of moving pictures and associated audio information” - MPEG-2 is widely used as the format of digital television signals that are broadcast by terrestrial) terrestrial

11 Η μετάδοση μπορεί να γίνεται είτε με 1 τηλεοπτικό πρόγραμμα ανά φέρουσα, είτε με πολυπλεξία πολλών προγραμμάτων σε μια μόνο φέρουσα. 1. Η πρώτη τεχνική λέγεται SCPC (Single Channel Per Carrier- ένα κανάλι ανά φέρουσα), 2. Η δεύτερη τεχνική, στη πολυπλεξία (TDM), οι γνωστές "δορυφορικές πλατφόρμες" λέγονται MCPC (Multi Channels Per Carrier - πολλά κανάλια ανά φέρουσα). Η καλύτερη αξιοποίηση του φάσματος συχνοτήτων γίνεται με την χρήση των MCPC, διότι με SCPC θα καταναλώναμε αρκετό φάσμα προκειμένου να έχουμε αποστάσεις ασφαλείας μεταξύ των διαφόρων carrier (φερουσών). Παρ' όλα αυτά, υπάρχουν οι περιπτώσεις όπου δεν μπορεί να γίνει συγκέντρωση των διαφόρων προγραμμάτων σε μια ενιαία πλατφόρμα και "ανέβασμα" στον δορυφόρο ως MCPC.

12 Τέτοιες περιπτώσεις είναι οι έκτακτες ζωντανές μεταδόσεις π.χ. από τον τόπο μιας καταστροφής (τα λεγόμενα "feeds", "τροφοδοτήσεις") ή οι μόνιμες δορυφορικές ζεύξεις για την μεταφορά της εικόνας ενός τηλεοπτικού σταθμού σε όλους τους επίγειους αναμεταδότες του ανά την Επικράτεια (contribution satlinks).

13 Η Δορυφορική μπάντα εκπομπής 11,70 GHz - 12,50 GHz Ku Downlink (1) ΚανάλιΣυχνότηταΚανάλιΣυχνότηταΚανάλιΣυχνότηταΚανάλιΣυχνότητα 111727,481111919,282112111,083112302,88 211746,661211938,462212130,263212322,06 311765,841311957,642312149,443312341,24 411785,021411976,822412168,623412360,42 511804,201511996,002512187,803512379,60 611823,381612015,182612206,983612398,78 711842,561712034,362712226,163712417,96 811861,741812053,542812245,343812437,14 911880,921912072,722912264,523912456,32 1011900,102012091,903012283,704012475,5 Συχνότητα σε MHz

14 Δορυφορική μπάντα εκπομπής 11,70 - 12,50 GHz Ku Downlink(2) Οι τύποι πόλωσης του δορυφορικού τηλεοπτικού σήματος (signal polarization of electrical field) είναι δύο: 1. Clockwise-circular-Right (CC-R) & 2. Counter-clockwise-circular-Left (CCC-L).  Αργότερα καθορίσθηκαν 1. η Γραμμική Κάθετη πόλωση και 2. η Γραμμική Οριζόντια πόλωση (Linear Plarization)(+ Διαφάνεια 42)

15 Ku Downlink(3)

16 Types of polarization Ku Downlink(4)

17 Το εύρος του κάθε καναλιού είναι 27 MHz, ενώ η μπάντα ασφαλείας (Band-guard) μεταξύ δύο καναλιών που έχουν την ίδια πόλωση σήματος είναι πλάτους 19.18 MHz. Φυσικά η δορυφορική αυτή μπάντα βρίσκεται μέσα στην ευρύτερη μπάντα των 10.7 GHz – 12.7 GHz (Δορυφορικές μπάντες συχνοτήτων) και έχει κατεύθυνση σήματος "Κάτω" δηλαδή είναι μπάντα εκπομπής και όχι λήψης. http://www.satweb.gr/sat_info/satellites.aspΔορυφορικές μπάντες συχνοτήτων Οι επόμενες υψηλότερες σε συχνότητα μπάντες εκπομπής είναι αυτές των: 17.70 GHz – 18.10 GHz (400 MHz wide) 18.10 GHz – 20.20 GHz (2,1 GHz wide) 27.00 GHz – 30.00 GHz (3 GHz wide) Δορυφορική μπάντα εκπομπής 11,70 GHz - 12,50 GHz Ku Downlink (4)

18 dB,dBi,dBm,dBW Τα decibel (dB) είναι μία λογαριθμική μονάδα μέτρησης ενός λόγου, π.χ σήματος προς θόρυβο S/N, ενός κέρδους ενισχυτή κ.λ.π. Ισχύει db=10log 10 (P 2 /P 1 )(Watt) για μέτρηση ισχύος Δηλώνει ακόμη την ενίσχυση(gain) ή την απώλεια (loss)ενός σήματος. (P 2 output, P 1 input) To dBi (isotropic) είναι ο λόγος ισχύος ακτινοβολίας μιας κεραίας σε σχέση με μια ισοτροπική κεραία. Το κέρδος των κεραιών μικροκυμάτων (συχνότητας πάνω από ένα GHz) δίνεται συνήθως σε dBi. Για δίπολα λαμβάνεται το dBd (dBd refers to the antenna gain with respect to a reference dipole antenna). 0 dBd = 2.15 dBi Για παράδειγμα 0dBi είναι το κέρδος μίας υποθετικής κεραίας που ακτινοβολεί όλη την ισχύ της σε μία τέλεια ομοιόμορφη σφαιρική κατανομή (Ισοτροπική) Το dBm (dBW) είναι μονάδα μέτρησης ισχύος (όχι λόγος)σε σχέση(αναφορά) με το 1mW (ή W), ισχύει dBm=10log 10 (P)/(1mW) και η παραδοχή ότι 0dB αντιστοιχούν σε 1mW `

19 P 1 /P 2 = 10 a (dB) /10 Και αν a =23dB P 1 /P 2 = 10 2.3 = 199.5 Γνωστές σας σχέσεις log(1/x) = -log(x) log x y = y*log(x) log(x*y) = logx+logy http://www.radioing.com/eengineer/rfcalc.html http://www.radioing.com/eengineer/rfcalc.html μετατροπές Μετατροπή dB σε γραμμικές τιμές (linear values)

20 What’s the difference between voltage decibels and power decibels? Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι R1=R2 οπότε παραλείπεται τα αρνητικό μέρος διότι 10.log(1)=0 και α= 20.log(U1/U2) Or

21

22

23

24

25 EIRP (Effective or Equivelant Isotropic Radiated Power ) από την πλευρά εκπομπής Ορίζεται ως η ισχύς του σήματος στον κύριο λοβό της κεραίας εκπομπής, σε σχέση με μια ισοτροπική κεραία που έχει 0 dB ενίσχυση. Ισούται :με την ενίσχυση (gain) της κεραίας σε dBi (G a ) συν την ισχύ του σήματος που δέχεται η κεραία από τον πομπό (το Access Point στην δική μας περίπτωση) σε dBm μείον απώλειες καλλωδίου. Δηλαδή: EIRP = P T (dbm) + G a (db i ) – L C (dB) = dBi Κεραίας + dBm Access Point Where :P T transmitter, L C gable losses,, G a antenna gain Έστω ότι σήμα έχει ισχύ 15 dBm και μια Grid Parabolic κεραία που (χρησιμοποιούν οι περισσότεροι ) έχει 15 dBi κέρδος. Έτσι, η EIRP είναι 15 + 15 = 30 dB = 1W (για μηδενικές απώλειες καλωδίου μεταφοράς) ΚΕΡΑΙΕΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ

26 Παράδειγμα (1) Εάν χρησιμοποιούμε πομπό των 150W(P1) ακολουθούμενο από απώλεια 6dB των γραμμών μεταφοράς, 2dB από απώλεια στους κοννέκτορες και κέρδος από μία κεραία 3dB, το συνολικό κέρδος του συστήματός μας είναι: System gain=-6dB + (-2dB) + 3dB= -5dB Τα -5dB απώλεια μεταφράζονται σε ισχύ : -5dB=10log(P2)/150W = logP2/150... P2=48W Τα 100mW είναι πόσα dBm? (dBm mW) xdBm=10log(100) = 20dBm http://www.csgnetwork.com/antennaecalc.htmlhttp://www.csgnetwork.com/antennaecalc.html for calculations http://www.dishpointer.com/http://www.dishpointer.com/ antennas calculation

27 Πίνακας για την αντιστοίχιση dBm σε W { Pdb=10log(x) } dBmWattsdBmWattsdBmWatts dBmWatts 01,0 mW1216 mW24250 mW 364,0 W 11,3 mW1320 mW25316 mW 375,0 W 21,6 mW1425 mW26398 mW 386,3 W 32,0 mW1532 mW27500 mW 398,0 W 42,5 mW1640 mW28630 mW 4010 W 53,2 mW1750 mW29800 mW 4113 W 64 mW1863 mW301,0 W 4216 W 75 mW1979 mW311,3 W 4320 W 86 mW20100 mW321,6 W 4425 W 98 mW21126 mW332,0 W 4532 W 1010 mW22158 mW342,5 W 4640 W 1113 mW23200 mW353,2 W 4750 W Η νομοθεσία για την Ελλάδα επιτρέπει ολική ισχύ εκπομπής 20dBm = 100mW. Οποιαδήποτε ισχύ εκπομπής μεγαλύτερη είναι παράνομη.

28 Ένας πίνακας decibel Decibel kέρδος (dBm)Αναλογία του κέρδους( mW) 11.3 32.0 53.2 64.0 75.0 10 20100 301000 4010000 50100000 601000000

29 Παράδειγμα(2) Log (A*B)=logA*logB=logA+logB ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ dΒ ΣΕ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ V out = G * V in, lnV out=ln G +ln V in

30 Υπενθύμιση : dbmw, dbmv dBm είναι η στάθμη σε dB σήματος τερματισμένου σε συγκεκριμένο ωμικό φορτίο (π.χ. 50 ohm ή 75 ohm), με σημείο αναφοράς το 1mili "X" (όπου Χ μπορεί να είναι τάση η ισχύς αναλόγως) και μπορεί να πάρει θετική ή αρνητική τιμή. Ο όρος dBm χρησιμοποιείται πάντως για ισχύ, ενώ για τάση εμφανίζεται σε dBmV (το V δηλώνει ότι αναφερόμαστε σε τάση). Δηλαδή για ισχύ τα 0 dBm είναι 1mW (reference power level) έτσι τα 10dBm είναι 10mW, ενώ τα -10dBm είναι 0.1mW ή 100μW, [log(1)=0, log(0.1)=-1] Για τάση, τα 0dBmV είναι 1mV και με αναφορά σε αυτό υπολογίζονται τα +/-dBmV από τον τύπο του dB για τάση. Αντιστοίχως μπορούμε και να υπολογίσουμε τα dBμV όπου 0dBμV=1μV. Για τα dBW η αναφορά μας είναι το 1W, δηλαδή 0dBW=1W. Για τιμές : 0<P<1 τα dbm είναι αρνητικά Π.χ Pdbm =10log(0.1)=-1db

31 Παράδειγμα(3) Εξ ορισμού, ERP είναι η σύντμηση για το Effective Radiated Power [Ενεργή Ακτινοβολούμενη Ισχύος] η οποία κατευθύνεται σε μια δεδομένη φορά. Είναι η ισχύς που παρέχεται σε μια κεραία δίπολο, πολλαπλασιαζόμενη με την απολαβή της κεραίας σε μια δεδομένη φορά. http://www.hellascams.gr/grc/wi_fi_calculators/eirp/ 2424 24dBm By definition, ERP is the abbreviation for Effective Radiated Power that is directed in a given direction. It is the power supplied to an antenna multiplied by the antenna gain in a given direction ERP = Transmitter Power * (Feed line Loss) * Antenna Gain http://www.eccosorb.eu/tools-engineers The primary difference between them is that for ERP, the antenna gain is expressed relative to an ideal half-wave dipole antenna whereas with EIRP, the antenna gain is expressed relative to an ideal (theoretical) isotropic antenna ERP = EIRP/1.64 http://www.csgnetwork.com/antennaecalc.html

32 ΑΠΟΛΑΒΗ ΚΕΡΑΙΑΣ Απολαβή ή κέρδος κεραίας G (θ) είναι ο λόγος της ισχύος που ακτινοβολείται ανά στερεά γωνία P(θ), προς την ισχύ Po που ακτινοβολείται ανά μονάδα στερεάς γωνίας από μια ισοτροπική κεραία που τροφοδοτείται με την ίδια ισχύ. G (θ) =P(θ)/(Po/4π ) όπου θ η κατεύθυνση εκπομπής, που εκπέμπεται η μέγιστη ισχύς. To κέρδος μια κεραίας, είναι ένα μέτρο της δυνατότητας της κεραίας να κατευθύνει ενέργεια προς μια κατεύθυνση (λοβός εκπομπής), παρά ολόγυρα Αμοιβαιότητα μιας κεραίας σημαίνει ότι έχει το ίδιο κέρδος και το ίδιο διάγραμμα ακτινοβολίας σε οποιαδήποτε δεδομένη συχνότητα είτε εκπέμπει, είτε λαμβάνει. Όλες οι κεραίες είναι κατευθυντικές Πυκνότητα ροής κεραίας F=P T /4π R 2 W/m2

33 Η Μέγιστη απολαβή κεραίας (εκπομπής ή λήψης) είναι : Kαι EIRP[dBw]= 10log 10 (P T G T )  λ :μήκος κύματος=(c/f)  Α eff : Ενεργός Επιφάνεια(Effective area)= n*A=n(πD 2 /4) (n: βαθμός απόδοσης)  P T :Ισχύς κεραίας εκπομπής, D διάμετρος της κεραίας  G T :Απολαβή κεραίας εκπομπής  EIRP = P T G T (Effective Isotropic Radiation Power) Τx η T : Transmit Rx η R :Receive

34 Ισχύς στην κεραία λήψης S/V=t= =P T isotr (απορρόφηση) α : εξασθένηση Εξίσωση ζεύξης Απώλεια διαδρομής Lp(Path loss) Χρόνος διαδρομής σήματος t, RTT (Round Trip Time) Εκπομπή Λήψη Round-trip time (RTT), also called round-trip delay, is the time required for a signal pulse or packet to travel from a specific source to a specific destination and back again (hours or msec) packet EIRP

35 ** Total power of antena Free losses=(4πR/λ) 2 (αντιστοιχίες) απόκλιση Ισχύς στην κεραία δέκτη Ισχύς στον δέκτη (Μη Ευθυγράμμιση)

36 Απολαβή κεραίας με κυκλικό ανακλαστήρα Κυκλικός ανακλαστήρας διαμέτρου D: Επιφάνεια : Α=πD 2 /4 Ενεργός επιφάνεια: Α eff =nΑ n: βαθμός απόδοσης (n i * n s * n z …) n is typically 0.6 to 0.7, n i ≈1, n s Απόδοση διάχυσης ≈80%, n z Προσαρμογή σύνθετων αντιστάσεων Μέγιστη απολαβή σε dBi dBi

37 Διάγραμμα Ακτινοβολίας Η απολαβή μιας κεραίας είναι συνάρτηση της διεύθυνσης εκπομπής Το διάγραμμα ακτινοβολίας παρουσιάζει τη μεταβολή του κέρδους μιας κεραίας σε σχέση με τη γωνία (που ορίζεται από κάθε διεύθυνση). Συνήθως χρησιμοποιείται πολικό σύστημα συντεταγμένων

38 Διάγραμμα Ακτινοβολίας Ο κύριος Λοβός περιέχει την διεύθυνση της μέγιστης ισχύς ακτινοβολίας σε στερεά γωνία θ. Οι πλευρικοί λοβοί θα πρέπει να διατηρούνται στο ελάχιστο δυνατό επίπεδο Πολική αναπαράσταση Κύριος λοβός P Τ (θ) Ισχύς εκπομπής

39 Διάγραμμα Ακτινοβολίας Rectangular Polar

40 Γωνιακό εύρος δέσμης ( θ…dB) Antenna Beamwidth (μοίρες) θ3dB Είναι η γωνία που ορίζεται από τις διευθύνσεις για τις οποίες η απολαβή υποδιπλασιάζεται. Το εύρος δέσμης 3dB ανταποκρίνεται, και σχετίζεται με τον λόγο λ/D όπου D η διάμετρος της κεραίας Ισχύει για ομοιόμορφη πρόσπτωση: θ 3dB =58.5 0 Με μη ομοιόμορφη πρόσπτωση dBι Γενικά στην διεύθυνση θ ισχύει θ3dB

41 Γωνιακό εύρος δέσμης και μέγιστη απολαβή Η μέγιστη απολαβή μιας κεραίας εξαρτάται από το εύρος δέσμης 3 dB. Γιατί? Α eff =n*A όπου Α η Γεωμετρική επιφάνεια

42 Πόλωση(1) Το Η/Μ κύμα που ακτινοβολείται από μια κεραία, αποτελείται από δυο συνιστώσες (πεδίου), του Ηλεκτρικού Ε και του Μαγνητικού Β κάθετες μεταξύ τους και στην διεύθυνση διάδοσης. Η πόλωση ορίζεται από τη διεύθυνση του Ηλεκτρικού πεδίου Ε το οποίο είναι κάθετο στην διάδοση του κύματος Αν η διεύθυνση του Ε είναι σταθερή, έχουμε Γραμμική πόλωση Αν η διεύθυνση του Ε δεν είναι σταθερή (μεταβολή μέτρου και διεύθυνσης – π.χ περιστρέφεται), έχουμε Ελλειπτική πόλωση Από την ελλειπτική πόλωση προκύπτουν δυο άλλες μορφές πόλωσης :  η γραμμική πόλωση, με μικρή ακτίνα έλλειψης 0  η κυκλική πόλωση, oπου και οι δυο ακτίνες έλλειψης είναι ίσες http://sv1bsx.50webs.com/antenna-pol/polarization_gr.htmlhttp://sv1bsx.50webs.com/antenna-pol/polarization_gr.html (!!!presentation)

43 Δύο κύματα είναι πολωμένα ορθογωνικά αν:  Έχουν ελλειπτικές πολώσεις με αντίστροφες φορές ή  Έχουν κάθετες μεταξύ τους γραμμικές πολώσεις

44 Πόλωση(2) Η πόλωση χαρακτηρίζεται από τις παραμέτρους: Την φορά περιστροφής (Δεξιο/αριστερόστροφη) Τον αξονικό λόγο (Axial Radio) AR=Μεγάλου /Μικρού ημιάξονα της έλλειψης Για Κυκλική πόλωση AR=1, για γραμμική πόλωση AR= ∞ Την κλίση τ του μεγάλου άξονα της έλλειψης, ως προς το οριζόντιο επίπεδο

45 Χρήση πόλωσης Για λόγους επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε κεραίες κατάλληλες για λειτουργία σε δύο ορθογωνικές πολώσεις. Πρόβλημα λόγω αποπόλωσης από το μέσο μετάδοσης, αλλά και ατέλειες κεραιών. Ορθογωνικές γραμμικές πολώσεις

46 Εκπεμπόμενη Ισχύς από Κεραίες(1) Εκπεμπόμενη ισχύς ισοτροπικής κεραίας ανά μονάδα επιφάνειας (W/στερεακτίνιο ) Εκπεμπόμενη ισχύς κεραίας απολαβής G T ανά μονάδα επιφάνειας (W/ στερεακτίνιο)

47 Εκπεμπόμενη Ισχύς(2) G T Απολαβή κεραίας μετάδοσης Στερεά γωνία Περισσότερες Επεξηγήσεις Επόμενη διαφάνεια T T

48 Πυκνότητα ροής ισχύος (Λαμβανόμενη Ισχύς) Επιφάνεια Α σε απόσταση R από την κεραία εκπομπής φαίνεται σε στερεά γωνία Α/R 2 (προηγούμενο σχήμα) H ισχύς που λαμβάνει η επιφάνεια αυτή είναι : Το μέγεθος Φ ονομάζεται πυκνότητα ροής ισχύος (W/m 2 ) Φ =P T* G T /4π R 2

49 Απώλεια ισχύος ελεύθερου χώρου L FS (Free Space Loss) L FS :Απώλεια ελεύθερου χώρου ≈ 200dB A eff : Ενεργός επιφάνεια κεραίας H Λαμβανόμενη ισχύς από κεραία, σε απόσταση R από την κεραία εκπομπής (satellite) Απώλειες Ισχύος Η/Μ κύματος

50 Απώλεια ελεύθερου χώρου (Free Space Loss)

51 H κατάσταση στην πράξη – Απώλειες (Εξασθένηση σήματος) Η εξασθένηση κατά την διάδοση μέσα από την ατμόσφαιρα L A οφείλεται : σε αέρια συστατικά στην ατμόσφαιρα, σε βροχή νέφη, χιόνι-πάγο και στην ιονόσφαιρα Απώλειες στον εξοπλισμό εκπομπής L FTX P TX = P T /L FTX (Τελική ισχύς από την κεραία Eκπομπής) Απώλεια γραμμής μεταφοράς μεταξύ Κεραίας και Δέκτη L FRX P RX = P R / L FRX (Τελική ισχύς στην κεραία λήψης) Απώλειες από κακή σκόπευση στην κεραία (ατελής ευθυγράμμιση κεραιών Εκπ. – Λήψης ( aligned), L T, L R Απώλειες λόγω ασυμφωνίας πολώσεων πομπού – δέκτη L POL Τελική ισχύς στην λήψη ( Δέκτη) με όλες τις απώλειες : P RX = ( P TX * G Tmax / L T *L FTX )(1/L FS *L A )(G Rmax /L R *L FRX* L POL )

52

53 Tx L FTX L FRX RXRX L PTPT ΠΟΜΠΟΣ ΔΕΚΤΗΣ PTΧPTΧ Απώλεια γραμμής μεταφοράς P RX PRPR ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΣΗΜΑΤΟΣ - ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΣΗΜΑΤΟΣ Block diagram : Link satellite - Terrestrial receiver L FT X, L FR X : Απώλειες γραμμών μεταφοράς L = L FS *L A :Απώλειες μεταφοράς στην ατμόσφαιρα L FS = (4πR/λ) 2 Απώλεια ελεύθερου χώρου ≈ 200dB L A :Εξασθένηση στην ατμόσφαιρα L T, L R Απώλειες σε κακή σκόπευση κεραίας L POL Απώλειες λόγω ασυμφωνίας πολώσεων (-20 log cosψ οπου ψ η γωνία διαφοράς) Κεραία εκπομπής Κεραία λήψης P TX = P T /L FTX (w) EIRP = P T *G T =(P TX *G T /L FTX ) P RX =P R /L FRX Απώλειες - Κατηγορίες http://www.csgnetwork.com/antennaecalc.htmlhttp://www.csgnetwork.com/antennaecalc.html calculations site

54 ΣΥΜΠΕΡΆΣΜΑΤΑ Τελική ισχύς στην κεραία λήψης με όλες τις απώλειες : P RX = ( P TX * G Tmax / L T *L FTX )(1/L FS *L A ) * (G Rmax /L R *L FRX* L POL ) Η λαμβανόμενη ισχύς P R στην είσοδο του δέκτη είναι το αποτέλεσμα τριών συντελεστών: 1.Το EIRP του εξοπλισμού εκπομπής 2.Το 1/L που χαρακτηρίζει απώλειες στο μέσο μετάδοσης 3.Η απολαβή του δέκτη που χαρακτηρίζει τον εξοπλισμό λήψης P R = EIRP – Εξασθένηση του ελεύθερου χώρου + απολαβή της κεραίας λήψης = EIRP – L FS + G Rmax Στην τελική μορφή είναι : EIRP = P TX *G Tmax /L T *L FTX Απώλεια L : L FS Ελεύθερου χώρου, L A Ατμόσφαιρας 1/L=1/L FS *L A

55 Παράδειγμα (2) Uplink( σ.53 ) Κεραία επίγειου σταθμού διάμετρος D=4m, εύρος δέσμης (Beamwidth) θ 3db =2 o και συντελεστή απόδοσης n=0.55 Κεραία εκπομπής δορυφορικού σταθμού D=4m, εύρος δέσμης θ 3db =2 o και απόδοση n=0.6 Ισχύς τροφοδοσίας P T =100W Συχνότητα f up =14GHz Απόσταση R=40000Km c=3*10 8 m/sec Ζητούνται : 1. Η Πυκνότητα ροής ισχύος στον δορυφόρο Φ 2. Ισχύς (στον δέκτη) που λαμβάνεται από τον δορυφόρο P RX

56 Λύση Εκπομπή Πυκνότητα ροής ισχύος στον Δορυφόρο Φ = P T *G Tmax /4πR 2 (W/m 2 ) G Tmax = n(πD/λ up ) 2 = n(πDf up /c) 2 =0.6(π*4*14*10 9 /3*10 8 ) 2 =206.340 = 53.1 dBi ( 10log206.340) Ενεργός ισοτροπική ακτινοβολούμενη ισχύς επί του επίγειου σταθμού και επί του άξονα EIRP = P T *G Tmax = log(P T *G Τmax )= 20dBW +53.1dBi = 73.1dBW Φ = P T *G Tmax /4πR 2 = 73.1dBW – 10log(4π(4*10 7 ) 2 ) dBW = 73.1-163= - 89.9dBW/m 2 Δορυφορική λήψη Ισχύς λήψης P RX = EIRP – Εξασθένηση του ελεύθερου χώρου + απολαβή της κεραίας λήψης = EIRP – L FS + G rmax (2.10) L FS = (4πR/λup) 2 = (4πRf up /c) 2 =207.4 dB, G Rmax = n(πD/λ u ) 2 θ 3dB = 70(λ up /D)  D/λ up =70/ θ 3dB  G Rmax = n(πD/θ 3 dB) 2 =6650 = 38.2 dBi !!!! Η απολαβή της κεραίας δεν εξαρτάται από την συχνότητα, όταν μας ενδιαφέρει το εύρος δέσμης. P RX = 73.1 – 207.4 + 38.2 = -96.1 dBW.

57 Παράδειγμα (3) Downlink Κεραία επίγειου σταθμού λήψης διάμετρος D=4m Απόδοση n=0.6 Κεραία δορυφορικού σταθμού Εύρος δέσμης (Beamwidth) θ 3db =2 o και απόδοση n=0.6 Ισχύς τροφοδοσίας P T =10W = 10dBW Συχνότητα f D =12GHz Απόσταση R=40000Km Εύρεση : 1. Πυκνότητα ροής ισχύος στον δέκτη Φ 2. Ισχύς στον δέκτη P RX

58 Απολαβή κεραίας Δορυφόρου G Tmax = n(πD/λ d ) 2 = n(πDf d /c) 2 =0.6(π*4*12*10 9 /3*10 8 ) 2 = 38.2 dBi Ενεργός ισοτροπική ακτινοβολούμενη ισχύς του δορυφόρου επί του άξονα EIRP = P T *G Tmax = log(P T *G tmax )=38.2dBi +10dBW = 48.2dBW Φ = P T *G Tmax /4πR 2 = 48.2dBW – 10log(4π(4*10 7 ) 2 ) dBW = 48.2-163= - 114.8dBW/m 2 Επίγεια λήψη Ισχύς λήψης P RX = EIRP – Εξασθένηση του ελεύθερου χώρου + απολαβή της κεραίας λήψης = EIRP – L FS + G Rmax Εξασθένηση ελεύθερου χώρου L FS = (4πR/λ d ) 2 = (4πRf d /c) 2 = 206.1 dB Η απολαβή G R = G Rmax = n(πD/λ d ) 2 = n(πD/λ d ) 2 =0.6(π*4/0.025) 2 = =151597=51.8 dB P RX = 48.2 -206.1+51.8 = -106.1dBw

59 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΓΩΝΙΑΣ ΣΚΟΠΕΥΣΗΣ ΚΕΡΑΙΑΣ ΕΠΙΓΕΙΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ http://www.satsig.net/maps/satellite-tv-dish-pointing-greece.htm http://www.satsig.net/ssazelm.htm http://www.satsig.net/maps/satellite-tv-dish-pointing-greece.htm http://www.satsig.net/ssazelm.htm Οι συντεταγμένες που έχει μια κεραία επίγειου σταθμού, για να μπορεί να την βλέπει ένας Δορυφόρος και να επικοινωνεί μαζί του, ονομάζονται γωνίες σκόπευσης (look angles). Αυτές είναι : 1.Αζιμούθιο (Az, Azimuth) : Το αζιμούθιο αναφέρεται στην περιστροφή της κεραίας ως προς ένα κατακόρυφο άξονα. Μετριέται προς ανατολικά, κατά την φορά κίνησης των δεικτών του ρολογιού, από το γεωγραφικό Βορρά μέχρι την προβολή της διαδρομής του Δορυφόρου σε ένα τοπικά οριζόντιο επίπεδο στον επίγειο σταθμό. Εξ ορισμού ο Βοράς είναι 0 μοίρες η 360 μοίρες και ο νότος 180 μοίρες. Note that you find a satellite by pre-setting the elevation accurately and then swinging the whole antenna boldly in azimuth till the signal locks up - so an approximate azimuth angle is normally sufficient.

60 2. Ανήψωση (El, Elevation) : Είναι η γωνία που μετριέται προς τα επάνω, από το τοπικό οριζόντιο επίπεδο στον επίγειο σταθμό, μέχρι τη διαδρομή του Δορυφόρου. Γωνίες Elevation(Εl) και Azimuth (ΑZ)κεραίας http://www.satsig.net/ http://www.dishpointer.com/

61 Geostationary satellites are located in orbit directly above the equator and stay in the same place in the sky since they go around the earth at the same angular speed as that of the earth as it rotates. Satellite locations may thus be defined by longitude only (φ). The use of east and west longitudes is popular for public use since the numbers are smaller. Use of degrees east only (0 to +360 deg, going east from Greenwich) however is my preference since the satellites go around this way and it makes sense for the numbers to keep increasing if the satellite moves forwards. Trying to do orbit calculations is bad enough without having numbers that keep switching forwards and backwards. Many satellite operators also use the 0 to +360 deg method, but may additionally provide the "deg west" notation for some output publications. Ποια η έννοια ότι η θέση του HELLAS SAT is 39 0 East? και Hotbird 13 0 East

62 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΡΟΧΙΩΝ

63

64 Ηλιακή Έκλειψη Δορυφόρου (1) Ένας Δορυφόρος βρίσκεται σε έκλειψη (eclipse), όταν η γη εμποδίζει το φώς του ήλιου να φτάσει σε αυτόν. Αυτό συμβαίνει όταν ο δορυφόρος βρίσκεται στην σκιά της γης. Για τους Γεωστατικούς δορυφόρους οι Ηλιακές εκλείψεις εμφανίζονται κατά την διάρκεια δυο περιόδων : 23 ημέρες πριν τις ισημερίες (ισημερίες περίπου 21 Μαρτίου και 23 Σεπτεμβρίου) και ολοκληρώνονται 23 ημέρες μετά τις ισημερίες. Οι εκλείψεις συμβαίνουν κοντά στις ισημερίες, καθώς αυτές είναι τα χρονικά διαστήματα που ο Ήλιος η Γή και ο Δορυφόρος βρίσκονται σχεδόν στο ίδιο επίπεδο. Κατά τν διάρκεια της πλήρους έκλειψης ένα Δορυφόρος δεν λαμβάνει ηλεκτρική ενέργεια από τις Φ/Β συστοιχίες του και ενεργειακά καλύπτεται μόνο από τις μπαταρίες του. Οι μπαταρίες είναι ειδικές με βάθος εκφόρτισης 70% (Nickel Hydrogon) Με ένα ΣΑΕ παρακολουθείται και ρυθμίζεται η φορτωεκφόρτιση των μπαταριών.

65 Ηλιακή Έκλειψη Δορυφόρου (2) Εκτός από το θέμα ενεργειακής κάλυψης του Δορυφόρου στον χρόνο των εκλείψεων, η ταχύτητα με την οποία ο Δορυφόρος εισέρχεται και εξέρχεται από την σκιά μπορεί να προκαλέσει ακραίες αλλαγές στην ηλεκτρική ισχύ αλλά και στην θέρμανση, σε χρονικά μικρές περιόδους. Από τους σταθμούς ελέγχου γίνεται προσεκτικός έλεγχος κατά τον χρόνο των εκλείψεων.

66

67 GPS Satellites at 15.11.13 in Heraklion