ebook Satelitarne sieci teleinformatyczne Ryszard J. Zieliński

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2018

Publikacja Wydawnictwa WNT, dodruk Wydawnictwo Naukowe PWN
Książka skierowana przede wszystkim do studentów elektroniki i telekomunikacji w wyższych szkołach technicznych, a także do wszystkich zainteresowanych łącznością satelitarną, zarówno profesjonalistów jak i amatorów.
Książka jest poświęcona analizie rozwiązań technicznych umożliwiających świadczenie takich usług masowemu odbiorcy w dowolnym miejscu na kuli ziemskiej i z właściwą dla danej usługi jakością. Opisano zagadnienia związane z orbitami i z zapewnieniem łączności na powierzchni całej Ziemi, co jest możliwe dzięki stosowaniu konstelacji satelitów. Przedstawiono zagadnienia dotyczące bilansu energetycznego łącza satelitarnego, a także modulacji i demodulacji sygnału. Podano sposoby realizacji usług multimedialnych, która wymaga właściwego sterowania przepływem danych i stosowania odpowiednich protokołów transmisyjnych. Omówiono kwestie związane ze skuteczną obsługą wielu milionów abonentów, możliwe dzięki stosowaniu odpowiednich mechanizmów zwielokrotnienia łącza i dostępu. Przedstawiono także techniczne aspekty działania sieci VSAT oraz zaprezentowano systemy do wolnej transmisji danych, do przenoszenia ruchu IP, do świadczenia usług telefonicznych, szerokopasmowych usług multimedialnych. Opisano również systemy udostępniane przez jedną z najstarszych firm łączności satelitarnej, jaką jest Inmarsat, a w szczególności systemy zwiększające bezpieczeństwo żeglugi morskiej i powietrznej. Zaprezentowano także możliwości zastosowania do łączności tzw. platform stratosferycznych. Wielką zaletą książki jest to, iż oprócz podstaw teoretycznych Czytelnik znajdzie bogato zilustrowany opis wielu rozwiązań technicznych oraz omówienie właściwości różnych współczesnych systemów satelitarnych.

Spis treści ebooka Satelitarne sieci teleinformatyczne

WYKAZ SKRÓTÓW 13
1. WSTĘP 25
2. ORBITY SZTUCZNYCH SATELITÓW ZIEMI 31
2.1. Prawa Keplera 34
2.2. Elementy orbity 40
2.3. Kształt orbity 42
2.4. Położenie satelity na orbicie 43
2.5. Ewolucja elementów orbit 47
2.6. Podsumowanie 49
3. ZAPEWNIENIE ŁĄCZNOŚCI SATELITARNEJ 51
3.1. Pokrycie 54
3.2. Widoczność 60
3.3. Anteny wielowiązkowe 65
3.4. Opóźnienie propagacyjne 69
3.5. Zjawisko Dopplera 74
3.6. Częstotliwości stosowane w łączności satelitarnej 78
3.7. Podsumowanie 79
4. KONSTELACJE SATELITÓW 81
4.1. Typy konstelacji 83
4.1.1. Styk obszarów satelitów przemieszczających się w tym samym kierunku (co-rotating) 86
4.1.2. Styk obszarów satelitów przemieszczających się w przeciwnych kierunkach (counter-rotating) 88
4.1.3. Konstelacje z fazowanymi położeniami satelitów 89
4.2. Orbita synchroniczna ze Słońcem 94
4.3. Konstelacja rozety 95
4.4. Przykłady konstelacji rozety 100
4.4.1. Konstelacja złożona z pięciu satelitów 100
4.4.2. Konstelacja złożona z sześciu satelitów 104
4.4.3. Sieci satelitarne, w których zastosowano konstelacje satelitów 111
4.5. Podsumowanie 112
5. BILANS ENERGETYCZNY 115
5.1. Wprowadzenie 117
5.2. Szumy i zakłócenia w łączu satelitarnym 120
5.3. Wypadkowy stosunek mocy sygnału do mocy szumu 122
5.3.1. Bilans łącza Ziemia–satelita (wyznaczenie (C/N0)Z–s) 124
5.3.2. Bilans łącza satelita–Ziemia (wyznaczenie (C/N0)s–Z) 151
5.3.3. Zakłócenia w łączach satelitarnych 160
5.4. Podsumowanie 175
6. MODULACJA I DEMODULACJA CYFROWA SYGNAŁU 177
6.1. Modulacja cyfrowa 179
6.1.1. Modulacja dwustanowa BPSK i DE-BPSK 180
6.1.2. Modulacja czterostanowa QPSK i DE-QPSK 182
6.2. Demodulacja sygnału cyfrowego 186
6.2.1. Demodulacja sygnału BPSK 187
6.2.2. Demodulacja sygnału QPSK 188
6.2.3. Jakość transmisji cyfrowej 189
6.3. Skuteczność wykorzystania widma 191
6.4. Synchronizacja 192
6.5. Kodowanie protekcyjne 193
6.6. Zaawansowane metody modulacji i kodowania w łączach satelitarnych 198
6.7. Podsumowanie 203
7. PROTOKOŁY WEWNĘTRZNE SYSTEMU SATELITARNEGO 205
7.1. Kontrola błędów 207
7.1.1. Efektywność wykorzystania kanału przy potwierdzeniu typu SW 208
7.1.2. Efektywność wykorzystania kanału przy potwierdzeniu typu GBN 210
7.1.3. Efektywność wykorzystania kanału przy potwierdzeniu typu SR 212
7.2. Kontrola przepływu danych metodą przesuwającego się okna 214
7.3. Przepytywanie 215
7.4. Sieci VSAT a sieć SNA 218
7.5. Interfejsy wielopunktowych protokołów synchronicznych 218
7.6. Protokół SDLC 220
7.7. Protokół BISYNC 223
7.8. Podsumowanie 224
8. ZWIELOKROTNIENIE DOSTĘPU 225
8.1. Metody zwielokrotnienia dostępu 227
8.1.1. Częstotliwościowe zwielokrotnienie dostępu 227
8.1.2. Czasowe zwielokrotnienie dostępu 228
8.1.3. Kodowe zwielokrotnienie dostępu 229
8.2. Systemy dostępu wielokrotnego 231
8.2.1. Częstotliwościowe zwielokrotnienie dostępu w systemach VSAT o architekturze kraty 231
8.2.2. Częstotliwościowe zwielokrotnienie dostępu w systemach VSAT o architekturze gwiazdy 233
8.2.3. Czasowe zwielokrotnienie dostępu 237
8.3. Protokoły dostępu wielokrotnego stosowane w sieciach VSAT 240
8.4. Protokoły ze stałym przydziałem dostępu 241
8.4.1. FDMA-SCPC 241
8.4.2. Dostęp na żądanie typu DA-FDMA 242
8.4.3. CDMA 243
8.4.4. TDMA 244
8.5. Protokoły z dostępem rywalizacyjnym 244
8.5.1. Aloha 244
8.5.2. SREJ-Aloha 244
8.5.3. Aloha szczelinowa 246
8.5.4. Tree CRA 247
8.5.5. ARRA 249
8.5.6. TARA 249
8.5.7. SREJ-Aloha/FCFS 251
8.5.8. RA-CDMA 251
8.6. Protokoły z dostępem rezerwacyjnym 254
8.6.1. DAMA/TDMA 255
8.6.2. DAMA/Slotted Aloha 257
8.6.3. Rezerwacja z synchronizacją lokalną 257
8.6.4. Dostęp wielokrotny mieszany 260
8.7. Analiza pracy łącza z protokołem Aloha 260
8.7.1. Przepustowość łącza z protokołem Aloha 261
8.7.2. Łącze z protokołem Aloha dla skończonej liczby użytkowników 263
8.7.3. Opóźnienie szczelinowego protokołu Aloha 265
8.8. Porównanie protokołów transmisji stosowanych w systemach VSAT 271
8.8.1. Modele ruchu w sieciach VSAT 274
8.8.2. Parametry kanału i protokołu 275
8.9. Właściwości różnych protokołów dostępu – wyniki symulacji 275
8.10. Podsumowanie 282
9. SYSTEMY SATELITARNE VSAT 283
9.1. Wymagania i uwarunkowania prawne stawiane systemom VSAT 286
9.2. Topologia sieci VSAT 288
9.2.1. Architektura gwiazdy 289
9.2.2. Architektura kraty 291
9.2.3. Architektura punkt–punkt 292
9.2.4. Podsumowanie 293
9.3. System Skystar Plus 294
9.3.1. Uniwersalna karta protokołów 298
9.3.2. Adaptacyjny protokół transmisji 300
9.3.3. Charakterystyka kanału stacja centralna–VSAT 300
9.3.4. Charakterystyka kanału VSAT–stacja centralna 303
9.3.5. Praca protokołu adaptacyjnego AA/TDMA w trybie rywalizacyjnym 305
9.3.6. Praca protokołu AA/TDMA w trybie rezerwacyjnym 306
9.3.7. Praca systemu w stałym trybie rezerwacyjnym 307
9.3.8. Kontrola błędów 307
9.3.9. Kontrola przepływu danych 307
9.3.10. Analiza opóźnień w protokole AA/TDMA 308
9.3.11. Opóźnienia w dostępie rywalizacyjnym RA/TDMA 309
9.3.12. Opóźnienia w dostępie rezerwacyjnym DA/TDMA 312
9.3.13. Opóźnienia w dostępie mieszanym 313
9.3.14. Opóźnienia związane z kolejkowaniem 314
9.4. Nowe rozwiązania techniczne w systemach VSAT 316
9.4.1. Optymalizacja ruchu TCP/IP 318
9.4.2. Zapewnienie odpowiedniej jakości usług 321
9.4.3. Modulacja, kodowanie i kompresja sygnału 325
9.5. System 5IF Infinity firmy iDirect Technologies 327
9.5.1. Pojemność systemu 332
9.5.2. Usługi 332
9.6. System HX100 firmy Hughes 333
9.7. Podsumowanie 336
10. SIECI SATELITARNE DO WOLNEJ TRANSMISJI DANYCH 339
10.1. System Orbcomm 341
10.1.1. Usługi 343
10.1.2. Zwielokrotnienie dostępu 344
10.1.3. DCAAS 345
10.1.4. Pojemność systemu 346
10.1.5. Ustalanie położenia terminala 346
10.1.6. Budowa segmentu naziemnego 346
10.1.7. Opis segmentu kosmicznego 353
10.2. System Leo One 358
10.2.1. Konstelacja satelitów systemu Leo One 358
10.2.2. Łącza satelitarne stosowane w systemie Leo One 361
10.2.3. Satelity 362
10.2.4. Terminale naziemne 364
10.2.5. Protokoły transmisyjne 365
10.2.6. Naziemne stacje bazowe 368
10.2.7. Usługi świadczone przez system Leo One 368
10.3. Porównanie systemów 369
10.4. Monitorowanie położenia pojazdów przy użyciu systemów satelitarnych 370
10.4.1. Struktura systemu 371
10.4.2. Łącze radiowe między terminalem ruchomym a centrum zarządzania 373
10.4.3. Systemy nawigacyjne stosowane przy monitorowaniu ruchu pojazdów 377
10.4.4. System Euteltracs 377
10.4.5. Systemy FMS wykorzystujące system Inmarsat C 386
10.4.6. Systemy FMS wykorzystujące system BGAN 389
10.4.7. Monitorowanie położenia pojazdów przy użyciu systemów Small Leo 390
10.4.8. FMS w Polsce 391
10.5. Podsumowanie 394
11. SIECI SATELITARNE PRZEZNACZONE DO ŚWIADCZENIA USŁUG TELEFONICZNYCH 395
11.1. Sieci, w których zastosowano satelity niegeostacjonarne 397
11.1.1. Iridium 397
11.1.2. System Globalstar 404
11.1.3. Porównanie systemów 411
11.2. Sieci, w których zastosowano satelity geostacjonarne 412
11.2.1. Wprowadzenie 412
11.2.2. Opis standardu 412
11.2.3. Standard GMR-1 413
11.2.4. Standard GMR-2 421
11.3. Satelitarne systemy telefonii komórkowej 425
11.3.1. Projekt EAST 425
11.3.2. System ACeS 429
11.3.3. System Thuraya 433
11.4. Podsumowanie 436
12. SIECI SATELITARNE DO PRZENOSZENIA RUCHU IP 437
12.1. Wprowadzenie 439
12.2. Rola satelitarnej sieci IP 439
12.2.1. Sieć szkieletowa lub trankingowa 439
12.2.2. Dystrybucja treści do brzegu sieci 441
12.2.3. Tworzenie dostępu do Internetu 441
12.2.4. Satelitarny system transmisji grupowej (multicasting) 444
12.2.5. Standard DVB-S MPEG-2 444
12.3. Kanał zwrotny dla IP 446
12.3.1. Kanał zwrotny DVB-RCS 446
12.3.2. Techniki dedykowane dla IP 449
12.4. Podsumowanie 456
13. SZEROKOPASMOWE SIECI SATELITARNE 457
13.1. Dostęp do usług multimedialnych 460
13.2. Architektura systemów 462
13.3. Zakres częstotliwości dla szerokopasmowych sieci satelitarnych 465
13.4. Stosowane protokoły, platformy transmisyjne 466
13.4.1. Protokół TCP/IP 467
13.4.2. Platforma cyfrowa DVB-S 469
13.4.3. Protokół ATM 472
13.5. Geostacjonarne szerokopasmowe systemy dostępowe 473
13.6. Systemy (w których zastosowano satelity geostacjonarne) do łączności z samolotami 477
13.7. Globalne satelitarne szerokopasmowe systemy dostępowe 481
13.7.1. Teledesic – Internet w kosmosie 481
13.7.2. SkyBridge 488
13.8. Podsumowanie 493
14. SYSTEMY I USŁUGI OFEROWANE PRZEZ INMARSAT 495
14.1. Inmarsat A i B 501
14.2. Inmarsat C 502
14.2.1. Struktura systemu Inmarsat C 502
14.2.2. Interfejs radiowy systemu Inmarsat C 505
14.3. Inmarsat M i Mini-M 506
14.4. Usługi świadczone przez system Inmarsat 506
14.4.1. Serwis morski 506
14.4.2. Serwis lądowy 507
14.4.3. Serwis lotniczy 508
14.4.4. Inmarsat w służbie bezpieczeństwa 508
14.4.5. Wojskowe zastosowania Inmarsatu 509
14.5. Podsumowanie 510
15. PLATFORMY STRATOSFERYCZNE 511
16. LITERATURA 517
SKOROWIDZ 527