1999.05_Elektor.pdf

ELEKTOR w EdW

Elektor w EdW

Pierwszy system telefonii satelitarnej

Iridium jest pierwszym satelitarnym systemem

telefonii o ogólnoświatowym zasięgu. Został zbu−

dowany w ostatnich latach z inicjatywy Motoroli

i składa się z sieci 66 wzajemnie połączonych sa−

telitów na bliskich orbitach, na wysokości 780 km.

Z satelitami można połączyć się z dowolnego

punktu na Ziemi używając ręcznego telefonu Iri−

dium – i to już teraz!

1998 roku rozpoczę−

ła działanie pierwsza

na świecie sieć satelitarna ru−

chomej telefonii. Tym samym

rzeczywistością stał się sy−

stem, który w momencie pre−

zentacji jego koncepcji, przed

11 laty, był uważany przez

wielu za czyste science fic−

tion. W 1987 roku zbyt śmiały

wydawał się plan opracowany

przez techników z Motorola

Satellite Communications Di−

vision w USA, aby przy użyciu

66 satelitów obiegających Zie−

mię na stosunkowo niskich,

biegunowych orbitach zbudo−

wać sieć komunikacyjną zu−

pełnie nowego rodzaju. Pra−

wie wszystkie elementy jej

koncepcji są zupełną nowo−

ścią (w obszarze cywilnym):

* W miejsce niewielu du−

żych, geostacjonarnych

satelitów zastosowano

wiele mniejszych rozmie−

szczonych na niskich

orbitach.

* Satelity mogą się ze sobą

komunikować tworząc

w ten sposób ogólno−

światową sieć.

* Satelity mogą się bezpo−

średnio komunikować

z ruchomymi telefonami

i pagerami, tym samym

system jest niezależny

od jakiejkolwiek infra−

struktury naziemnej.

* System jest zgodny

z wszystkimi rozpo−

wszechnionymi sieciami

telefonii komórkowej, jak

GSM (Europa i Azja) i IS−

41 (kombinacja AMPS,

D−AMPS oraz CDMA,

w Ameryce Północnej,

Afryce i Rosji). Dzięki te

mu abonent Iridium mo−

że także korzystać z róż−

nych systemów naziem−

nych.

* Abonent Iridium jest osią−

galny na całym świe−

cie, z dowolnej sieci,

poprzez jeden numer te−

lefoniczny, i może wyko−

rzystywać swój dotych−

czasowy numer telefonu

komórkowego.

LEO kontra GEO

Komunikacja satelitarna by−

ła dotąd prawie wyłącznie do−

meną satelitów geostacjonar−

nych krążących na wysokości

36.000 km. Jedynie w byłym

Związku Radzieckim były sto−

sowane także satelity obiega−

jące Ziemię na mocno elip−

tycznych orbitach, dostarcza−

jące programu telewizyjnego

do najbardziej wysuniętych na

północ regionów tego pań−

stwa. Iridium jest pierwszym

cywilnym systemem komuni−

kacyjnym z satelitami na ni−

skich orbitach o wysokości

między 700 a 10.000 km, tak

zwanymi LEO i MEO (Low

Earth Orbit i Medium Earth

Orbit). Problem zastosowania

satelitów GEO do bezpośre−

dniej komunikacji z abonenta−

mi nie wynika tylko z więk−

szych odległości wymagają−

cych większych mocy nada−

wania aparatów telefonicz−

nych (co oznacza „opasłe” te−

lefony), ale przede wszystkim

jest związany z opóźnieniem

sygnału, zwłaszcza w przypadku

cyfrowego protokołu transmisji.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/99

Iridium

N a początku listopada

Elektor w EdW

tesa. Ma on być satelitarnym

systemem Internetu.

Wyraźnie odbiegającą kon−

cepcją wyróżnia się projekt El−

lipso, który nie jest globalny,

ale skupia się na półkuli pół−

nocnej i powinien uzupełniać

sieć naziemną. W tym celu

Ziemię mają okrążać tzw. sa−

telity HEO (Highly Elliptical

Orbit) po mocno eliptycznych

orbitach w odległości między

500 a 8000 km.

Połączenie z sieciami na−

ziemnymi jest realizowane

przez 12 stacji naziemnych

(gateways) na czterech konty−

nentach. Trzy lub cztery rucho−

me anteny paraboliczne o śre−

dnicy 3m śledzą poruszające

się z dużą prędkością (29.000

km/h) satelity i transmitują roz−

mowy oraz dane w pasmie Ka

(kanał zwrotny 19,4...19,6GHz,

kanał nadawczy 29,1...29,3GHz).

Stacje naziemne używają wy−

próbowanej techniki łączności

telefonicznej cyfrowych sieci

GSM Siemensa, a także gro−

madzą i zarządzają wiadomo−

ściami, które są następnie do−

prowadzane do pagerów Iri−

dium. Europa jest obsługiwa−

na przez gateway w Fucino

pod Rzymem. Centra stero−

wania siecią w USA i Wło−

szech kontrolują i zarządzają

ustawicznie osiągami syste−

mu. Po 12−letnim czasie budo−

wy i rozwoju, we wrześniu

1998 roku, system był już wy−

starczająco zaawansowany,

aby można było rozpocząć

próbną obsługę 2000 klien−

tów. Po tych dwumiesięcz−

nych próbach, 1 listopada, roz−

poczęto regularną eksploata−

cję systemu telefonicznego.

Uruchomienie usług pagingu

zaplanowano na połowę listo−

pada.

Rys. 1. 66 aktywnych satelitów jest rozdzielonych na 6 bieguno−

wych orbit i tworzy sieć ruchomego radia otaczającą świat.

System Iridium

System składa się z 66 ak−

tywnych satelitów i sześciu

satelitów rezerwowych. Czas

działania systemu satelitów

zaplanowano na 5−8 lat. Aby

zwiększyć niezawodność dzia−

łania, na orbicie zostaną umie−

szczone dodatkowe satelity,

które umożliwią kilku centrom

kontroli monitorowanie ruchu

i działania orbitujących robo−

czych satelitów. Główne cen−

trum kontroli w Landsdown

(Wirginia, USA) kontroluje

obiegi i pozycje wszystkich

satelitów Iridium. Jest w tym

wspomagane przez stałe sta−

cje kontroli w północnej Kana−

dzie i na Hawajach oraz prze−

woźną stację w Islandii.

Każdy aktywny satelita ko−

munikuje się w czterech kie−

runkach z innymi, nadając

Jedyne satelitarne usługi tele−

foniczne przed Iridium, oparte

na geostacjonarnych sateli−

tach Inmarsat, wymagały apa−

ratu abonenta o rozmiarach

komputera laptop, dodatkowo

było konieczne nakierowywa−

nie anteny na satelitę. Inmar−

sat chce pozostać przy sateli−

tach GEO, ale dzięki nowej

przegląd w tabellii 1. Iridium

jest jednak pierwszym działa−

jącym systemem LEO. Jego

66 satelitów okrąża Ziemię na

wysokości 780 km na sześciu

biegunowych orbitach w pra−

wie dokładnie 100 minut. Mo−

torola tymczasem realizuje już

drugi projekt satelitarny – Ce−

lestri, który obok LEO ma

Tab. 1. Planowane systemy

Telefony i pagery

Telefony i pagery Iridium są

produkowane przez dwie fir−

my: Kyocerę i Motorolę. Tele−

fony są bardzo podobne do

zwykłych aparatów GSM i są

zgodne nie tylko ze standar−

dem satelitarnym Iridium, ale

również z wieloma innymi

standardami ruchomej telefo−

nii, jak np. GSM (głównie Eu−

ropa) i AMPS (USA).

Telefony obydwu produ−

centów są oparte na różnych

koncepcjach. Telefon Motoroli

jest kompletnym aparatem sa−

telitarnym Iridium. Wymienne

kasety, zawierające obwody

wielkiej częstotliwości, umoż−

liwiają dostosowanie aparatu

do różnych standardów rucho−

mej telefonii naziemnej. Aby

telefon mógł współpracować

z naziemną siecią komórkową

w Europie i Azji potrzeba np.

kasety GSM 900MHz, a dla

technice ma doprowadzić do

zmniejszenia aparatów z for−

matu laptop do wielkości tele−

fonu ręcznego. Inne plano−

wane systemy – Iridium powi−

nien już wkrótce mieć konku−

rencję – faworyzują jednak

orbity LEO i MEO. Zaplanowa−

no ich wiele, co pokazuje

również używać satelitów

GEO i ma oferować usługi wi−

deo, interaktywne usługi mul−

timedialne i transmisji danych.

Wykorzystanie największej

liczby satelitów LEO przewi−

duje projekt Teledesic, który

stał się znany dzięki uczestnic−

twu szefa Microsoftu Billa Ga−

i odbierając w pasmie Ka

(zakres częstotliwości

23,18...23,38GHz). Dzięki spe−

cjalnemu oprogramowaniu

transmisyjnemu rozmowy są

przekazywane od satelity do

satelity (transmisja z potwier−

dzeniami).

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/99

Elektor w EdW

Ameryki Północnej, Afryki

i Rosji – kasety IS−41 800MHz.

Kto dużo podróżuje, potrzebu−

je więc dwóch kaset – albo

żadnej, jeśli telefonuje tylko

bezpośrednio przez satelitę.

Aparat taki waży prawie

450 g. Przy pracy satelitarnej

średnia moc nadawania wyno−

si tylko 645mW, ale system

ma dużą rezerwę (margines

łącza) wynoszącą przeciętnie

15,5dB. Cena aparatu Iridium

Motoroli, łącznie z jedną kase−

tą, wynosi obecnie prawie

3000 dolarów USA.

Koncepcja produktu Kyoce−

ry jest przeciwieństwem

podejścia Motoroli. Przewidu−

je ona zaoferowanie bardzo

małego i lekkiego aparatu

(80g) dla konkretnego standar−

du naziemnego. Gdy nie jest

możliwe połączenie poprzez

sieć naziemną, aparat wkłada

się w stację dokującą, umożli−

wiającą komunikację poprzez

satelitę (aparat i stacja dokują−

ca ważą razem około 450g).

Gdy użytkownik przeniesie

się w inne miejsce, o innym

standardzie ruchomej telefo−

nii, konieczny jest zakup dru−

giego aparatu. Stacja dokująca

i akumulatorki zasilające mogą

być jednak wykorzystywane

niezależnie od standardu. Kyo−

cera planuje również zaofero−

wać czyste aparaty satelitar−

ne. Generalnie, aparaty sateli−

tarne odróżniają się od na−

ziemnych większymi rozmia−

rami anteny (pasmo L).

Rys. 2. Montaż ważącego prawie 700 kg satelity w Motorola−SAT−

COM w Chandler (Arizona). Wyraźnie widać trójkątny przekrój

poprzeczny struktury nośnej, wykonanej z tworzywa sztucznego

wzmocnionego włóknami.

Paging Iridium

Iridium jest nie tylko pierw−

szym globalnym systemem te−

lefonii satelitarnej, ale oferuje

jednocześnie pierwsze ogólno−

światowe usługi pagingu, które

zapewniają osiągalność w każ−

dym miejscu na Ziemi. Nadaw−

ca wiadomości nie musi nawet

znać miejsca pobytu odbiorcy,

ponieważ system Iridium lokali−

zuje pager adresata (jeśli ten

jest włączony) i przekazuje wia−

domość. Serwis alfanumerycz−

nego pagingu Iridium pozwala

na przesyłanie wiadomości te−

kstowych o długości do 200

znaków i wiadomości cyfro−

wych do 20 cyfr. Specyfikacja

pagera obejmuje międzynarodo−

we znaki i wskazania wyświetla−

czy LED. Istnieje ponadto opcja

przekazywania wiadomości do

grup adresatów. Typowe bate−

rie wystarczają na okres działa−

nia prawie 30 dni.

Projekt Iridium został zapo−

czątkowany w 1987 roku przez

techników z Motorola Satellite

Communications Division

w USA. W celu realizacji projek−

tu stworzono Iridium LLC – mię−

dzynarodowe konsorcjum

przedsiębiorstw z dziedziny tele−

komunikacji i przemysłu, które

inwestują w rozwój i usługi Iri−

dium. Przedstawicielstwa Iri−

dium znajdują się w 15 krajach

na wszystkich kontynentach.

Na całym świecie zostało zawar−

te ponad 295 umów z dostaw−

cami usług i partnerami roamin−

gowymi, którzy obsługują po−

nad 100 milionów klientów

w 122 krajach. W ponad 100

krajach Iridium otrzymało ze−

zwolenie na rozpoczęcie usług.

Do końca roku oczekuje się

zwiększenia liczby tych krajów

do 150.

W 21 krajach Europy oraz

w Izraelu Iridium jest reprezen−

towane przez Iridium Communi−

cations Germany GmBH (ICG)

z siedzibą w Duesseldorfie. Za

założonym w 1995 roku przed−

siębiorstwem stoi o.tel.o Com−

munications – telekomunikacyj−

ne joint−venture VEBA i RWE.

o.tel.o ma 100% udziału w Iri−

dium Communications Germa−

ny i około 9% światowego

udziału w Iridium LLC. W ten

sposób jest trzecim co do wiel−

kości inwestorem projektu.

W Niemczech zostały już

spełnione wszystkie warunki,

jak licencje i częstotliwości, nie−

zbędne do roz−

poczęcia dzia−

łalności. Telefo−

ny Iridium uzy−

skały także ho−

mologację ty−

pu. Dostawcą

usług Iridium

w Niemczech

jest Hutchison

Mobilfunk

GmBH, a umo−

wy roamingo−

we zostały za−

warte z E−Plus

Mobilfunk

GmBH, Man−

nesmann Mo−

bilfunk GmBH

i T−Mobil Deut−

sche Telekom

MobilNet

GmBH. Kto

jest abonen−

tem jednej z tych sieci, może od

końca 1998 roku nabyć dodat−

kowy telefon Iridium i zaraz po−

tem telefonować ze wszystkich

zakątków Ziemi. Rozliczenie na−

stępuje później – u dotychczaso−

wego dostawcy. Można rów−

nież zachować dotychczasowy

numer telefonu. Kto nie może

(albo nie chce) korzystać z sieci

naziemnej, ma również możli−

wość, przy użyciu „czystego”

aparatu satelitarnego, rzystania

tylko z satelitarnej sieci Iridium.

Abonent taki nie jest wówczas

podporządkowany żadnemu

określonemu krajowi, ale na ca−

łym świecie jest osiągalny po−

przez numer kierunkowy „kra−

ju” Iridium – +8816.

Rys. 3. Koncepcja telefonu

Iridium firmy Kyocera, skła−

dającego się z naziemnego

telefonu komórkowego,

który w razie potrzeby może

zostać uzbrojony w stację do−

kującą z anteną na pasmo L.

Rys. 4. Pager i telefon Motoroli. Telefon moż−

na przystosować do różnych standardów ru−

chomej telefonii dzięki wymiennemu moduło−

wi w.cz. Do bezpośredniej łączności satelitar−

nej wymaga również również dodatkowej jed−

nostki z anteną na pasmo L.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/99

Elektor w EdW

Satelity Iridium

W stopniach w.cz. nadajnika i odbiornika zastosowano układy MMIC (mo−

nolityczne mikrofalowe układy scalone), a wzmacniacze odbiornika są zbu−

dowane na niskoszumnych tranzystorach FET z arsenku galu. Do połącze−

nia w pasmie Ka z innymi satelitami Iridium służą cztery anteny (po dwie na

kierunku północ−południe i wschód−zachód) pracujące na częstotliwości mię−

dzy 23,18 i 23,38GHz. Do bezpośredniego połączenia z abonentem (telefo−

ny i pagery) w pasmie L na częstotliwościach 1616 do 1626,5MHz służą trzy

anteny główne z 16 wiązkami punktowymi, a komunikacja ze stacjami gate−

ways odbywa się poprzez cztery ruchome anteny na pasmo Ka (downlink

19,4−19,6GHz, uplink 29,1−29,3GHz). Wszystkie anteny są wykonane z pła−

skich paneli i używają najnowocześniejszej technologii.

Zamówienie na opracowanie i budowę ponad 80 satelitów Iridium otrzy−

mała firma Lockheed−Martin. Lockheed zbudował do dziś więcej satelitów

LEO niż każde inne przedsiębiorstwo na Zachodzie. Mimo tak dużego do−

świadczenia firmy nie obyło się bez kilku awarii, co opóźniło cały program

o około sześć miesięcy. Zaplanowana pierwotnie liczba 77 aktywnych sate−

litów, już w 1996 roku zmniejszona do 66, miała najpierw zostać osiągnięta

w maju 1998. Większość satelitów Iridium przetransportowały w przestrzeń

kosmiczną rakiety Delta II zbudowane przez Boeinga, które startowały

z Vandenberg w Kaliforni i jednorazowo zabierały po 5 satelitów. Kilkakrot−

nie użyto rosyjskich rakiet Proton startujących z kosmodromu Bajkonur

w Kazachstanie, które mają jeszcze większą pojemność i mogą wynieść

jednorazowo siedem satelitów. W program są również zaangażowane Chi−

ny. Wyprodukowane przez Great Walls Industries Corporation rakiety Długi

Marsz 2C/SD mogą jednak wynieść na orbitę jednorazowo tylko dwa sate−

lity Iridium. Po 66 satelitach roboczych powinny zostać umieszczone nie−

zbędne satelity rezerwowe (przy użyciu rakiet Delta II i Długi Marsz).

W końcu listopada 1998 na orbicie było już siedem z zaplanowanych czter−

nastu.

Każdy z 66 aktywnych satelitów i czternastu satelitów rezerwowych zbu−

dowanych dotychczas waży 689 kg i ma długość prawie 4,5m. Jest zasilany

z dwóch paneli w kształcie skrzydeł o długości prawie 6m z ogniwami sło−

necznymi z arsenku galu. Struktura nośna satelity ma przekrój trójkątny i jest

wykonana z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem, zapewniające−

go odpowiednią wagę i trwałość.

Generator słoneczny ładuje niklowo−wodorowy akumulator złożony z 22

ogniw, który przejmuje zasilanie satelity w czasie przebywania w cieniu Zie−

mi (połowa 100−minutowego czasu obiegu). Średnia moc nadajnika satelity

wynosi 660W. Główna część elektroniczna składa się z 13 specjalizowanych

układów scalonych (ASIC). Moc obliczeniowa wieloprocesorowego obwodu

wynosi 100MIPS (milionów instrukcji na sekundę). Przy pełnym obciążeniu

jest wstanie obsłużyć jednocześnie ponad 11.000 rozmów telefonicznych.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: