Comunicazioni via Satellite

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1 Comunicazioni via Satellite

2 Tratto da wikipedia Il famoso scrittore di fantascienza Arthur C. Clarke (autore di 2001: Odissea nello spazio) viene notoriamente indicato come l'ideatore dei sistemi satellitari cosiddetti geostazionari; infatti, nel 1945 Clarke scrisse che un satellite in orbita equatoriale circolare con un raggio di circa km (dal centro della Terra) avrebbe una velocità angolare esattamente pari a quella del pianeta, rimanendo quindi relativamente immobile nel cielo rispetto al suolo e divenendo così un possibile ponte radio tra due punti dell'emisfero visibili dal satellite. Inoltre, tre satelliti spaziati di 120 potrebbero (con qualche sovrapposizione) coprire l'intera circonferenza del pianeta; in questo caso i messaggi potrebbero essere anche scambiati tra i satelliti, o attraverso un doppio hop a terra, rendendo possibile una comunicazione diretta tra due punti qualsiasi del globo.

3 Tratto da wikipedia L'idea di Clarke è incredibilmente innovativa se si pensa che il lancio dello Sputnik da parte dell'unione Sovietica avvenne solo nel 1957; in quel caso inoltre si disponeva di una tecnologia missilistica sufficiente solamente per portare il satellite in un'orbita bassa. Non si riuscirà a raggiungere un'orbita sincrona prima del Le comunicazioni satellitari vere e proprie partono a metà degli anni 60

4 Satelliti Geostazionari: sono a Km di quota in orbita equatoriale LEO (low Earth Orbit): sono ad orbite inferiori a quelle geostazionarie e hanno periodi di rotazione intorno alla terra a partire da qualche ora e a crescere I satelliti LEO sono usati per Sistemi di positioning (GPS, GLONASS, GALILEO) Sistemi cellulari satellitari (Globalstar, iridium, )

5 Sistemi di positioning Intersecando tre circonferenze con centri noti con la superficie terrestre si riesce a ricostruire la propria posizione sulla superficie terrestre

6 Satelliti geostazionari Servono per Comunicazioni telefoniche intercontinentali (quasi soppiantati dalle fibre ottiche) Comunicazioni in zone rurali e nel terzo mondo Invio punto-punto di segnali televisivi Broadcasting di audio e video (SKY TV!!) Telefonia mobile (applicazione in disuso )

7 Vita di un satellite Dura intorno ai 7 10 anni Limitata da Deterioramento celle solari Esaurimento del carburante per correzioni orbitali Rottura degli apparati di telecomunicazioni A fine ciclo i satelliti vengono spostati in un orbita di parcheggio in realtà lo spazio sopra le nostre teste è alquanto affollato!!

8 Il path loss Consideriamo una frequenza di 10GHz Allora la lunghezza d onda è 3cm=0.03metri Assumendo d=36000km= metri Allora l attenuazione è L=2.27 * Trattasi della maggiore difficoltà tecnica delle comunicazioni via satellite: il rapporto SNR è estremamente basso a causa delle forti attenuazioni legate alla distanza che il segnale deve percorrere; Particolarmente critica è la tratta in discesa a causa delle limitazione in potenza degli apparati satellitari

9 Accesso Multiplo al Satellite Il satellite è usato anche per connessioni multipunto-multipunto Si usano tecniche di accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA)

10 Sistemi in fibra ottica La fibra ottica è un filamento di materiale vetroso o polimerico, realizzato in modo da poter condurre la luce. Caratteristica importante di una fibra è la Larghezza di banda praticamente infinita (nel senso che non siamo capaci di sfruttarla tutta) Basse attenuazioni del segnale (frazioni di db/km)

11 Attenuazione delle fibre

12 Sistemi ottici La fibra è immune alle interferenze elettromagnetiche Particolarmente usata nei collegamenti a lunga distanza perché possono realizzarsi lunghe tratte senza bisogno di ripetitori. Il modulatore è un convertitore elettro-ottico (laser o diodo led) Il demodulatore è un convertitore optoelettronico (diodo pin)

13 TECNICHE DI ACCESSO MULTIPLO

14 Celle Radio

15 Fondamenti Ci chiediamo ora come accomodare più utenti per l utilizzo di una risorsa condivisa. Per fornire l accesso multiplo vi sono tre dimensioni fondamentali da utilizzare spazio tempo frequenza Le tecniche per realizzare la condivisione del canale radio sono dette tecniche di accesso multiplo. Cominciamo a considerare l accesso a divisione di tempo e frequenza

16 Allocazione di Tempo e Frequenza Le allocazioni spaziali sono per lo più predeterminate da decisioni predeterminate sulla localizzazione delle stazioni radio base. Il tempo e la frequenza possono essere invece allocati più facilmente. Per queste risorse ci sono tre diverse tecniche: Frequency-division multiple access (FDMA) Time-division multiple access (TDMA) Code-division multiple access (CDMA)

17 FDMA Lo spettro radio disponibile è diviso in canali di banda prefissata, che sono poi assegnati ai vari utenti. Se a un utente è dato un certo canale, nessun altro utente può usarlo C2 C1 C3 Total available bandwidth C1 = channel 1 C2 = channel 2 etc. f, frequency

18 Esempio di FDMA - AMPS Advanced Mobile Phone Service (AMPS) - U.S. Analog Cellular: Sono disponibili 50 MHz di banda totale MHz per il forward (base to mobile) link MHz per il reverse (mobile to base) link Questi sono divisi in canali da 30KHz (voce FM). Solo un sottoinsieme dei canali disponibili sono usati in ogni cella..

19 TDMA Il tempo è diviso in intervalli di ampiezza regolare e poi ogni intervallo è diviso in slot. A ciascun utente è assegnato uno slot, e può trasmettere su tutta la banda all interno del suo slot temporale. Ogni utente trasmette quindi in maniera discontinua S2 S1 S3... Interval 1 S2 S1 S3... Interval 2.. t S1 = slot 1 S2 = slot 2 etc.

20 Esempio di TDMA Global System for Mobile (GSM) Canali di 200 KHz Ogni canale viene condiviso tra 8 utenti L intervallo è pari a 4.615ms Ogni slot dura 0.577ms

21 CDMA Nell FDMA gli utenti sono divisi in canali frequenziali diversi, che possono usare solo per il tempo di durata della chiamata. Nel TDMA gli utenti sono divisi in time slot distinti, da usare ancora esclusivamente per la sola durata della chiamata. Nel CDMA, invece, gli utenti attivi possono usare tutta la banda a disposizione per tutto il tempo disponibile. Gli utenti sono contraddistinti da un codice, che è unico per ciascun utente.

22 CDMA Il ricevitore conosce il codice di ciascun utente, e sulla base di tale conoscenza riesce a separare I segnali di informazione dei vari utenti. Vi sono due tipi fondamentali di CDMA: frequency hopping direct sequence

23 CDMA Al segnale di informazione del generico utente CDMA viene applicato un codice univoco, detto codice di spreading : R R b c 1 = Tb 1 = T T N = T b c c ( T << Tb) c In ricezione, per demodulare l informazione del generico utente CDMA si usa lo stesso codice di spreading adottato in trasmissione.

24 DS/CDMA DS/CDMA ha molteplici vantaggi: robustezza alle degradazioni introdotte dal canale radiomobile miglior protezione della privacy flessibilità nell assegnazione degli utenti riuso delle frequenze in celle adiacenti può essere messo in bande parzialmente utilizzate da altri servizi.

25 DS/CDMA - Examples US CDMA Cellular (IS-95): frequency band same as AMPS source: digital voice at 9.6 kbps modulation DQPSK (downlink) spreading gain 128 chips/bit chip rate is Mchips/second (Mcps) 3rd Generation (3G) Cellular: Wideband CDMA (W-CDMA) source: digital voice or multimedia (rates range from 9.6kbps to 2Mbps) variable spreading gain chip rates up to 5Mcps Wireless LANs (IEEE b, g)

26 xdma Summary

27 Architettura di base di una rete radiomobile

28 Una generica rete radiomobile

29 Celle Radio

30 Location Area

31 Accesso Multiplo Modalità di duplexing: FDD TDD Modalità di accesso multiplo FDMA TDMA (GSM e IS-54) CDMA (IS-95, UMTS)

32 Accesso Multiplo

33 Handover L handover è quella procedura che prevede il passaggio della gestione di una chiamata attiva da una stazione radio base a un altra. L handover avviene quando, durante una chiamata attiva, l utente mobile si muove e abbandona la sua cella radio iniziale.