ELE 562: Uydu Haberleşme Sistemleri 2011 Bahar Dönemi

Ders Bilgileri ELE 562 : Uydu Haberleşme Sistemleri Dennis Roddy, ’Satellite Communications’, 4th Edition, Mc Graw Hill 2006 Ders Ön Koşulu: Yok (ELE361 Tavsiye edilir) tgirici@etu.edu.tr http://tgirici.com/ELE562 Ders Saatleri: Ofis Saatleri: Notlandırma: %25 Ara Sınav %40 Dönem Sonu Sınavı %25 Makale Sunumları veya Proje %10 Yoklamalar

Konular 1. Uydular Hakkında Genel Bilgi (4 saat CH 1) Genel Amaç, Frekans tahsisi, Bazı önemli uydu sistemlerinin tanıtımı 2. Kepler Yasaları ve Yörüngeler (4 saat CH 2,3) Kepler’in 1, 2 ve 3. kanunları, Bazı temel terimler ve tanımları, Yerdurağan (GEO) uydular 3. Radyo Dalgalarının Yayılımı (3 saat CH 4) Atmosferik kayıplar, İyonosferik etkiler, Yağmur zayıflaması... 4. Antenler (5 saat Ch 6) Koordinat sistemi, Yayılım alanları, Güç akı yoğunluğu, İzotropik yayıcı, Anten Kazancı, Etkin Açıklık, Dipol, Huni Anten, Parabolik Reflektör, Dizilim Antenleri... 5. Uydu Sistemlerinde Uzay ve Yer Segmentleri (5 saat CH 7,8) Güç kaynağı, Duruş denetimi, Konum denetimi, İleticiler, Anten Sistemi, Ev TV sistemleri, Ana anten sistemleri, Yer İstasyonları ... 6. Sayısal Haberleşme Teknikleri (4 saat CH 10) Tabanbant sinyaller, PCM, TDM, Sayısal Kipleme teknikleri... 7. Hata Denetleyen Kodlar (5 saat CH 11) Blok kodlar, Döngüsel Kodlar, Evrişimsel kodlar, Turbo kodlar, Shannon kapasitesi... 8. Link Hesabı (4 saat CH 12 ) EIRP, Kayıplar, Gürültü, Uplink , Downlink,Yağmur Marjini 9. Makale/Proje Sunumları (6 saat)

Uydu Sistemleri D. Roddy: Chapter 1

1.1 Giriş Avantajlar Dezavantaj Tarihçe: Yer yüzünün büyük kısmı uydular tarafından her an görülebilir. Altyapı olmayan kırsal kesim Uzaklıktan bağımsız haberleşme masrafı Dezavantaj Masraf ve risk TURKSAT 3A (200 milyon $), ANİK-E2 (290 milyon Kanada doları, sigorta 95.5 milyon), TURKSAT 4A/4B (571 milyon $) TURKSAT 2A: 32 TWT’den 12’si kullanılmaz hale geldi. Uydu çok kişi tarafından ve uzun süre kullanılmalı Tarihçe: 2. dünya savaşında füze ve mikrodalga teknolojisindeki gelişmeler Uzay yarışı (space race) İlk uydu ( 1957 Sputnik: SSCB) Yansıtıcı Uydu (1960 ECHO) Store-and-Forward (COURIER 1960) Güçlendirici röle (1962: TELSTAR, RELAY) GEO (1963 : SYNCOM) Ticari: 1965 INTELSAT (ABD), MOLNYA (SSCB), 1977 EUTELSAT, 1979 INMARSAT

1.2 Frekans Tahsisi International Telecommunications Union (ITU) Frekans planlama ve tahsisi Bölge 1: Avrupa, Afrika, Rusya, Moğolistan Bölge 2: Kuzey Güney Afrika, Grönland Bölge 3: Asya , Avustralya, Güneybatı Pasifik Hizmetler Sabit Uydu Hizmetleri (FSS): Telefon , kablo TV Yayın Hizmetleri (BSS): Direct to Home (DTH), Direct Broadcast Satellite (DBS), 60cm anten Digital Video Broadcast (DVB) 60cm Digital Audio Broadcast (DAB) 15cm Gezgin Hizmetler (Mobile): Kara Deniz ve Hava (Iridium) Seyrüsefer Hizmetleri (Navigational): GPS Meteorolojik Hizmetler

Frekans Bantları Ku Bandı: DBS (14/12 GHz) C Bandı: FSS (6/4 GHz) VHF, L-Bandı: Mobil, Navigasyon, Hava Durumu Uplink: Yerden uyduya Downlink: Uydudan yere Yüksek Frekans Uplink’e verilir (4-6/6-8) Sebep: yüksek frekans düşük dalga boyu ve daha küçük alıcı anten demektir. Uydularda küçük antenler olduğu için yüksek frekans daha iyi olur. Sebep: Yüksek frekansta sinyaller daha odaklanarak giderler bu sayede daha küçük antenlerle alınmaları sağlanır ve başka uydulara girişim azalmış olur.

Intelsat (International Telecom. Satellite) 1964 – bugün (150 üye ülke) 1965 (Earlybird uydusu) 32500$/kanal masraf 10 milyon/yer istasyonu Pasifik, Atlantik, Hint Okyanusu ve Amerika (Okyanus ötesi tel. görüşmeleri) GEO Intelsat VII-VIII 1993-98

Intelsat

Direct Broadcasting

Uydu Tipleri Astronomik uydular: Uzayı gözlemek için (ör Hubble) Biyo-uydular: Bilimsel deneyler için organizmalar taşırlar İletişim uyduları: ör. Turksat Minyatür uydular: minisatellite (500–100 kg), microsatellite (below 100 kg), nanosatellite (below 10 kg). Navigasyon uyduları: GPS, GLONASS (genelde MEO)

Uydu Tipleri Reconnaissance uyduları: Askeri/istihbarat amaçlı gözlem uyduları (ör. Göktürk) Yer gözlem uyduları: Tarım, çevresel, meteoroloji, haritalama amaçlı (sivil) Meteoroloji uyduları: İnsanlı uzay gemileri: Astronotları uzaya taşımak için kullanılabilen (yeniden kullanılabilir) uzay mekikleri Uzay istasyonları: İnsanların uzayda yaşayabilmesi için tasarlanmıştır. Burada orta/uzun süreler yaşamak mümkündür.

Uydu Tipleri

36MHz transponder – 9000 telefon görüşmesi veya 2 analog TV, 8 dijital TV kanalı TURKSAT (GEO) 1B: 1994-2006 (Alcatel), 42o 16*72MHz+10*36MHz, 1 Ton Ağırlık 1C: 1996-2008, 31.3o, 2800Watt, 5*72MHz+2*54MHz+9*36MHz, 3 Ton, Ku Band 2A: 2001- … 42o, 32 Ku Band, 3.5 Ton, 2800 Watt, 12 yıl 3A: 2008-… (Thales) 42o, 12*72MHz+12*36MHz, Ku band, 20 yıl, 3 Ton, 30m kanat açıklığı, 3 U/2 D, 6112 Watt, 120Watt amplifier, U(13750-14500MHz) , D(10950-12750), 22 Türk Mühendis, VSAT (50-60cm), 2.8m-2.3m-1.8m, 3110 kg  1272kg 263.6kg 4A: C Band – Afrika, 28 Ku Band, 2 Ka band – Internet , 42o

1.4. U.S. Domsats Geostationary (TV kanalları) Yüksek, orta ve Düşük Güç (EIRP – Ch. 12) 60dBW, 37dBW, 23dBW Minimum 2o boşluk. Her meridyende iki uydu K band: Internet

1.5 : Kutupsal Yörünge Uyduları Uydu kutupları görecek bir yörünge izler Sonsuz tane kutupsal yörünge vardır. 800-900 km (LEO)- dairesel yörünge, 102 dk periyot Güneşle eş zamanlı (aynı yerden aynı saatte geçiyor) Yörünge günde 0.9856o doğuya kayar Meteoroloji (ozon) radyasyon, görüntüleme 6000 km çaplı ayak izi 1440/102=14 tur

1.6: Argos Veri Toplama Sistemi Yeryüzündeki sabit ve mobil vericilerden veri toplar Okyanuslardaki canlı türlerinin takibi Kutupsal yörünge (LEO) 1.7 Cospas Sarsat SSCB, ABD, Fransa , Kanada 1979 (Artık 37 ülke) Arama Kurtarma LEO (LEOSAR) Uydunun hareketi yüzünden sinyal frekansı değişir. Doppler Kayması Uydu yaklaşıyorsa frekans artar, uzaklaşıyorsa azalır Birkaç turdan sonra gerçek konum bulunur. GEO (GEOSAR) Sabit konum (Doppler yok): Konum bilgisi mesaj içinde iletilir MEOSAR: GPS uyduları Downlink(1544.5 MHz), Uplink 406MHz, 5W, 3-5km duyarlılık

Göktürk Uydusu Yapımı: 2007-2012 (18 Aralık 2012), 140m TL Yazılımın tamamı, donanımın %80’i yerli Çin tarafından fırlatıldı (+sigorta=20m Euro) 686 km yörünge (12 dakikada yörüngeye oturdu) Sun-synchronous (98dk periyot) 409kg , 1.5mx1.5mx1.5m Ömrü 5 sene Görüntü depolama 8GB Çözünürlük 2.5m (siyahbeyaz)/5m(renkli) Temas süresi 40 dakika

Uydu Sistemi Kısımları Uzay segmenti Payload: Anten (multibeam) ve çok sayıda transponder (Transparent veya regenerative) Platform: Attitude control, propulsion, power supply, Tracking,Telementry,Command, Thermal control, structure Yer segmenti Interface station (Gateway): Uydu ile yer ağı arasında bağlantı kurar. User station (30m anten , VSAT, DTH (60cm), Handset(10cm)) Service station (Hub, feeder): Servis sağlayıcıları kullanır Kontrol segmenti Tracking,Telementry,Command Network management section

Yörünge Tipleri Eliptik ve eğik (%64) yörünge: MOLNYA (Rusya) TUNDRA: Sirius-XM satellite radio Dairesel LEO yörüngeler (90o) Bütün dünyayı turlar (gözlem) Mobil haberleşme (iridium-66) Sun-synchronous (her gün aynı anda aynı yerden) Dairesel MEO yörüngeler (50o) - GPS Dairesel 0o yörüngeler: GEO Uydular Uydunun mesafesi güç açısından önemli değil Yakın olunca anten kazancı düşüyor!!

Teknoloji Trendleri Çoklu ışınlı (Multibeam) Uydular Beam’lerin coğrafi olarak şekillendirilebilmesi Yüzlerce beam: SNR artar ve Frekans yeniden kullanımı artar Daha çeşitli kiplemeler (DVB-S2: 8PSK; 16-32 APSK ) Adaptive Modulation/Coding (AMC) LDPC Kodları DVB-RCS: 20Mbps forward link, 5 Mbps, reverse link Demand Assignment Multiple Access (DAMA) Daha yüksek frekanslar (Ka Band) Daha az girişim ve daha geniş bantlar Uydular arası linkler

Hizmetler Telefon ve TV (INTELSAT, EUTELSAT, TURKSAT) VSAT (60 cm antenler ) İş uygulamaları, Internet bağlantısı, teletıp, video konferans Sayısal ses ve görüntü: DVB-S: Astra, Hot-Bird, DirectTV, ASIASAT (TV) Sirius/XM Radio (radyo) Mobil Haberleşme Iridium, Globalstar Mobile TV: DVB-SH ..

Gelecek Röleleme (relay): uydu kullanılarak bir içerik sağlayıcısının içeriği uydu vasıtasıyla yer istasyonları arasında aktarması ($10b -2000) Son kullanıcı uygulamaları: küçük antenlerle direkt kullanıcılara ($25b - 2000) 2007: Toplam dünya piyasası : $127b 2002-2007 yıllık büyüme %11.5, 2007’de %16 2007: Uydu hizmetleri %18 büyüyerek $37.9b TV (%75i): Fırlatma: %19 büyüyerek $3.2b Yer ekipmanı: %19 büyüyerek $34.3b Uydu imalatı: $11.56b DVB-S2: mart 2005 (HDTV hizmetleri) Ka bandı Internet: Telesat ANIK F2, Eutelsat 10 tonluk uydular (20kW güç, 150 transponder, 20 sene ömür)

Uydu Sistemi Bileşenleri

Uydu Alt Sistemleri