giornate galileiane Giambene v3 - dii.unisi.itgiambene/Giornate_Gallileiane/giornate... · dei corpi celesti. Giornate Galileiane, 22 Maggio 2009, Università di Siena Galileo e le

22 Maggio 2009, Università di Siena

I Satelliti Artificiali per le Telecomunicazioni: Storia e Applicazioni

Giovanni GiambeneDipartimento di Ingegneria dell'InformazioneUniversità degli Studi di SienaEmail: [email protected]

Giornate galileiane

Giornate Galileiane, 22 Maggio 2009, Università di Siena

Indice

Galileo Galilei e l'osservazione dei corpi celesti

Isaac Newton e la messa in orbita di satelliti artificiali

Arthur C. Clarke e l’uso dei satelliti artificiali per telecomunicazioni

I primi satelliti per telecomunicazioni

Tipi di orbite: GEO, MEO, HEO, LEO

Caratteristiche essenziali delle comunicazioni satellitari

Alcuni sistemi satellitari in funzione

Campi di utilizzo


Lucidi di questa lezione disponibili in rete

Potete trovare i lucidi disponibili in rete al seguente indirizzo:

http://www.dii.unisi.it/~giambene/Giornate_Gallileiane/


Cos’è un satellite artificiale per telecomunicazioni ?

Il satellite per telecomunicazioni è il più alto ripetitore di segnali elettromagnetici finora inventato dall’uomo.

Il satellite consente di trasmettere il segnale ad ampissime aree sulla terra. Insieme ai cavi sottomarini, permette di distribuire segnali superando gli ostacoli dovuti alle ampie distese degli oceani.

Oggi tutti i programmi della TV almeno una volta transitano via satellite: tutte le riprese in esterno vengono regolarmente inviate via satellite agli studi televisivi. La TV via satellite consente poi di vedere lo stesso programma anche in continenti diversi.

Il satellite consente di portare l’accesso a Internet anche in aree sottosviluppate.

Il satellite è pertanto oggi uno strumento di telecomunicazione indispensabile che contribuisce a creare il cosiddetto “villaggio globale”.


Comunicazioni via satellite

Aspetti fondamentali delle comunicazioni satellitari:

Ampia area di copertura di un satellite

Rapida fornitura di nuovi servizi anche in aree in fase di sviluppo

Fornitura di servizi TV (broadcast) e multicast

Integrazione dei servizi con le reti di telecomunicazione terrestri

Fornitura di accesso ad Internet su treni, aerei e sulle navi

Fornitura di servizi di backup in presenza di emergenze ambientali o crisi umanitarie.


Galileo Galilei e l'osservazione dei corpi celesti


Galileo e le sue scoperte

Galieo è noto a tutti per i suoi studi sul moto del pendolo, sulla traiettoria di un proiettile e per le sue scoperte in campo astronomico.

Nel 1609 perfezionò il cannocchiale per l’osservazione dei copri celesti. Ciò gli consentì di scoprire (tra l’altro):

Gli anelli di saturno

Le quattro lune (satelliti) più grandi di Giove, gli ‘astri medicei’ (Io, Europa, Ganimede e Callisto).

La via lattea.


Il cannocchiale e le sue lenti

Istituto e Museo della Storia della Scienza di Firenze:http://brunelleschi.imss.fi.it/esplora/cannocchiale/dswmedia/storia/istoria3.html

obiettivo lente


Isaac Newton e la messa in orbita di satelliti artificiali


Isaac Newton e la possibilità di mettere satelliti in orbita

Gli studi sulla balistica di Galileo erano noti a Newton.Newton fu il primo a pensare come poter mettere in orbita satelliti intorno alla terra nel “Principia”.

Si consideri un cannone che spara un proiettile orizzontalmente da una montagna molto alta, e immaginiamo di usare ogni volta una quantità maggiore di polvere in modo che il proiettile vada sempre più veloce.

Se la velocità è bassa il proiettile ricadràsulla terra.

Se la velocità è sufficientemente elevata il proiettile si metterà a ruotare intorno alla terra (satellite).

Se la velocità è troppo elevata il satellite sfuggirà definitivamente all’attrazione gravitazionale della terra.


Arthur C. Clarke e l’uso dei satelliti artificiali per telecomunicazioni


L’idea di usare i satelliti per le telecomunicazioni

L’idea dei satelliti per telecomunicazioni risale al 1945, quando lo scrittore e scienziato britannico Arthur C. Clarke pubblicò sulla rivista “Wireless World” l’articolo intitolato “Extra-Terrestrial Relays”.Egli individuò la quota orbitale di 35786 Km che consente ai satelliti di muoversi con la stessa velocità angolare della terra (periodo: 1 giorno siderale = 23 h 56 min 4.091 s) così da apparire in posizione fissa rispetto ad un osservatore sulla terra.

Si trattava di satelliti su orbite geostazionarie (GEO) per telecomunicazioni. Tuttavia, Clarke pensava a satelliti con moduli abitativi per persone.

BBC

Tre satelliti GEO spaziati regolarmente attorno all’equatore possono vedere la maggior parte della terra, eccetto i poli.


Articolo di Clarke


Pietre miliari delle comunicazioni satellitari – Anni ‘50

1954 – John R. Pierce fu il primo a proporre satelliti geostazionari senza persone a bordo. Lavorò poi al progetto del primo satellite per telecomunicazioni, Telstar I

1956 – Cavo trans-atlantico con circa 12 linee telefoniche e operatore

1957 – Primo satellite artificiale lanciato dalla ex-Unione Sovietica: Sputnik, su orbita LEO

1958 – Primo satellite USA lanciato (SCORE) di 60 Kg che consentìle prime comunicazioni voce via satellite per 35 giorni (durata delle batterie)

Telstar I


Pietre miliari delle comunicazioni satellitari – Anni ‘60

1960 – Prime comunicazioni passive via satellite con l’uso di grandi palloni: Echo I e II

1962 Il Presidente USA Kennedy firmò il “Communications Satellite Act” per la creazione di Communications Satellite Corporation(Comsat).

1962 – Primo satellite per telecomunicazioni (non-governativo) lanciato, Telstar I (su orbita MEO).

1963 – Primo satellite geostazionario lanciato, Syncom 1 (non funzionò)

1964 – Nascita dell’organizzazione International Telecommunication Satellite Organization (INTELSAT)

1965 – Primo satellite geostazionario messo in orbita per uso commerciale, Early Bird costruito da Hughes (rinominato INTELSATI)

1969 – Missione Apollo 11 e primo uomo sulla luna


I primi satelliti per telecomunicazioni


I primi satelliti geostazionari per telecomunicazioni

INTELSAT II (1966)peso in orbita: 86 Kgdiametro: 1.42 maltezza: 0.67 mcircuiti voce: 240

INTELSAT IV (1971)peso in orbita: 700 Kgdiametro: 2.4 maltezza: 5.3 mcircuiti voce: 4000

INTELSAT I (1965)peso in orbita: 38.5 Kgdiametro: 0.71 maltezza: 0.58 mcircuiti voce: 240

INTELSAT III (1970)peso in orbita: 127 Kgdiametro: 1.42 maltezza: 1.04 mcircuiti voce: 1200

Satelliti INTELSAT costruiti sotto la direzione di COMSAT


Dimensioni a confronto dei primi satelliti INTELSAT

Da destra a sinistra: INTELSAT I, INTELSAT II, INTELSAT IV, INTELSAT VI


Le successive generazioni di satelliti geostazionari INTELSAT

A causa della necessità crescente di capacità di traffico supportato, ogni nuova generazione di satelliti INTELSAT è stata caratterizzata da una maggiore capacità rispetto alla generazione precedente.

INTELSATBande di

Frequenza Potenza (W) Peso (Kg)Capacità

(circuiti vocali bidirezionali)

V C e Ku Fino a 8.5 1025 12000

VI C e Ku Fino a 40 2100 24000

VII C e Ku Fino a 50 1900 18000

VIII C e Ku Fino a ~44 1530 22500

INTELSAT VIII


Le più recenti generazioni di satelliti geostazionari INTELSAT

Attualmente i satelliti INTELSAT sono presenti in differenti generazioni. Il più recente è INTELSAT 14 (2009), ma sono già in fase di progettazione le generazioni future.

INTELSAT 10

INTELSAT 14

Gestione traffico Internet (routernello spazio)

Peso di 5.5 tonnellate


Tipi di orbite: GEO, MEO, HEO, LEO


Tipi di orbite satellitari

GEO MEO

Fasce di radiazione di Van Allen

LEO

Low Earth Orbits (LEO)Altezza: 500-2000 km

Periodo orbitale: 90 minTempo in visibilità del

satellite: 15 min

Medium Earth Orbits (MEO)Altezza: 8000-12000 KmPeriodo orbitale: 5-12 hTempo in visibilità del

satellite: 2-4 h

GEostationary Orbit (GEO)Altezza: 35800 Km

Periodo orbitale: 24 hTempo in visibilità del

satellite: 24 h

orbita GEO

orbita MEO

orbita HEO

orbita LEO

Importante per la vita dell’elettronicadei satelliti è evitare le fasce di

Van Allen che contengonoparticelle ionizzate (plasma)


Orbite GEO, MEO e LEO

I satelliti GEO sono su un piano equatoriale ad un’altezza di circa 35800 Km. Hanno un moto sincrono rispetto alla terra, così che sono fissi rispetto ad un punto sulla terra. Tre satelliti GEO sono sufficienti per coprire tutta la terra. I ritardi di propagazione di andata e ritorno tra il satellite e un terminalesulla terra sono circa uguali a 250 ms (satellite allo zenit).

I satelliti MEO possono essere su orbite circolari o ellittiche e la loro altezza varia attorno i 10000 Km sopra la terra. Un sistema globale necessita una costellazione di una decina di satelliti. I ritardi di propagazione di andata e ritorno tra il satellite e un terminale sulla terra sono di 85-100 ms per un angolo di elevazione minimo maggiore di 30°.

I satelliti LEO sono a più basse altitudini da 500 a 2000 Km e sono caratterizzati da costellazioni di più di 40 satelliti con ritardi di propagazione di andata e ritorno tra il satellite e un terminale da 5 a 40 ms per angoli di elevazione minimi da 8° a 40°.


Highly Elliptical Orbits - HEO

I satelliti HEO (inclinazione di 63.4°sull’equatore) sono adatti per fornire copertura ad elevate altitudini (includendo il polo Nord)

A seconda dell’orbita selezionata (ad esempio, Molniya o Tundra) due o tre satelliti sono sufficienti a fornire copertura continuativa sull’area di servizio.

Tutto il traffico deve essere periodicamente trasferito dal satellite che tramonta a quello che sorge (‘handover’ del satellite).


Tracce di un satellite proiettate sulla superficie terrestre

Geosincrono (GEO imperfetto)LEO GEO (perfettamente stabile)HEO


Confronto tra le orbite: GEO, MEO, LEO

GEO

Copertura regionale o globalePochi, grandi, complessi, con elevata potenza ed elevato tempo di vitaPosizione fissa del satellite

Elevata area di coperturaElevata attenuazione del segnaleElevato ritardo di propagazione

LEO

Copertura globaleMolti satelliti con breve tempo di vitaBassa attenzione di segnaleRidotto ritardo di propagazioneCollegamenti tra satelliti e/o molte stazioni di terraSistema complesso e costoso

I satelliti MEO hanno caratteristiche intermedie tra quelle dei satelliti GEO e LEO. Ad esempio: un satellite MEO può garantire una più ampia copertura di un satellite LEO; le costellazioni MEO richiedono un minor numero di satelliti rispetto alle costellazioni LEO per coprire tutta la terra.


Prima legge di Keplero o legge delle orbite: Tutti i pianeti si muovo su orbite ellittiche con il sole in un fuoco.

Seconda legge di Keplero o legge delle aree: Il raggio dal sole al pianeta descrive aree uguali in tempi uguali (si veda la figura).

Terza legge di Keplero: Il rapporto tra il quadrato del periodo di rivoluzione di un pianeta e il cubo del suo semiasse maggiore è lo stesso per tutti i pianeti che ruotano attorno al sole.

Osservazione: se semplicemente si sostituisce la parola ‘pianeta’ con quella di ‘satellite’ e la parola ‘sole’ con ‘terra’, queste stesse leggi si possono usare per descrivere il moto dei satelliti attorno alla terra.

Le tre leggi di Keplero per il moto dei corpi celesti

Elevata velocitàal perigeo

Bassa velocitàallo apogeo

M


Satelliti GEO operativi su differenti slot equatoriali

La posizione di unsatellite GEO vieneindicata dalla sualongitudine

Ad ogni satellite GEO èassegnato uno slot orbitale di 2°.

Da notare la lacuna sull’Oceano Pacifico, troppo grande da coprire (a differenza dell’Oceano Atlantico) e con piccole popolazioni.


Caratterizzazione del moto orbitale (caso orbite circolari)

Nel caso di orbite circolari dei satelliti, la velocità orbitale Vorb può essere determinata uguagliando la forza di attrazione gravitazionale alla forza centrifuga.

Indicando con ms la massa del satellite (nel calcolo si semplifica), con mT la massa della terra, con RT il raggio -medio- della terra, con H la quota del satellite, e con γ la costante gravitazionale (mT = 5.9742 ×1024 kg, γ = 6.67 × 10−11 m3/(Kg×s2), and RT = 6378 Km) si ha:

RT + H = 7100 Km, periodo orbitale = 99 min (orbita LEO)

RT + H = 11400 Km , periodo orbitale= 201 min (orbita MEO)

RT + H = 42350 Km, periodo orbitale = 24 h (orbita GEO)

( ) ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

+=⇒

+=

+ sm

HRmV

HRVm

HRmm

T

Torb

T

orbs

T

sT γγ2

2


Effetto della quota sulla velocità della traccia

Nord

Sud

SatelliteH

Vorb

VtrkRT

500 1000 1500 2000 1,8

1,9

2

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

2,6x 104

H (Km)

Vtrk

(Km/h)


Caratteristiche essenziali delle comunicazioni satellitari


Lo spettro radio e l’uso per comunicazioni satellitari

AM HF VHF UHF L S C X KuKa V Q

1 10 100 1

MHz GHz

Terrestrial Bands

Space Bands

Shared (Terrestrial and Space)

SHF

0.1 10010


Attenuazione di spazio libero

E’ dovuta all’espansione ‘sferica’ della potenza del segnale che si propaga da trasmittente a ricevente:

dove d è la distanza percorsa e λ è la lunghezza d’onda del segnale cosìlegata alla frequenza di trasmissione f : λf = c, dove c è la velocità della luce.

L’attenuazione cresce con il quadrato della frequenza e con il quadrato della distanza.

24⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=λπdliberospazioneattenuazio

0 5 10 15 20 25 30 35 40170

180

190

200

210

220

frequenza in GHz

Atte

nuaz

ione

in d

B

caso GEO


Assorbimento atmosferico

L’assorbimento dell’energia del segnale causato dai gas in atmosfera varia con la frequenza delle onde radio.

Sono evidenti due picchi dell’assorbimento in figura (angolo di elevazione di 90º):

22.3 GHz per l’assorbimento dovuto alla risonanza del vapor acqueo (H2O)

60 GHz per l’assorbimento dovuto alla risonanza dell’ossigeno (O2).

Per frequenze inferiori l’assorbimento (e le riflessioni) dovuto alla ionosfera (plasma ionizzato) diventa preponderante e impedisce le comunicazioni via satellite.


Attenuazione dovuta alla pioggia

La pioggia è la principale causa di attenuazione atmosferica (grandine, ghiaccio e neve hanno un minor effetto di attenuazione perché hanno un minore contenuto di acqua). I problemi maggiori si hanno in banda Ku e Ka.

Mappa delle linee di contorno per l'attenuazione della pioggiain dB ‘garantita’ nel 99% dei casi in banda Ku


Ritardi di propagazione terra-satellite

Il ritardo di propagazione del segnale = L/c, dove L è la distanza percorsa dal segnale e c è la velocità della luce.

Il ritardo di propagazione dipende dalla quota orbitale H del satellite e dall’angolo di elevazione, El.

Il ritardo di propagazione cresce con la quota H e al diminuire del minimo angolo di elevazione (da 10° a 40°).

Nel caso GEO il ritardo di andata e ritorno èsuperiore a 500 ms. Questo elevato ritardo dà problemi nella gestione delle comunicazioni vocali (eco).

El°


Satelliti con antenne che generano più fasci

L’antenna su satellite genera più fasci di radiazione (trasmissione e ricezione).


Fasci sagomati dell’antenna su satellite

I fasci dei satelliti possono essere ‘modificati’ (sagomati) in modo da non coprire calotte sferiche, ma superfici irregolari per concentrare la capacità di traffico in aree più popolate.

I fasci di antenna possono essere riadattati dinamicamente per fornire capacità di traffico su richiesta

SatMex-5


Il riuso delle frequenze tra fasci

L’impiego di più fasci da satellite consente di riusare le stesse bande di trasmissione più volte incrementando la mole di traffico smaltito a parità di ampiezza della banda (spettro in frequenza) usata.

Approssimazione dell’area di servizio del satellite ICO


Il riuso delle frequenze tra fasci

L’impiego di più fasci da satellite consente di riusare le stesse bande di trasmissione più volte incrementando la mole di traffico smaltito a parità di ampiezza della banda (spettro in frequenza) usata.

Approssimazione dell’area di servizio del satellite ICO

Pattern del riuso di frequenzaa sette colori


Comunicazioni satellitari: uso dei trasponditori (transponder)

Un satellite per telecomunicazioni ha a bordo (payload) diversi trasponditori, ciascuno dei quali ascolta su una data porzione di spettro (frequenza f1) e amplifica il segnale in arrivo e lo trasmette in broadcast su un’altra frequenza (frequenza f2) per evitare interferenza col segnale in arrivo. Si sceglie f1 > f2. Queste frequenze sono in banda C, Ku, Ka, ecc.

Si distinguono poi trasponditori trasparenti (‘bent-pipe’) o rigenerativi:

Ricezione Amplificazione Trasmissione

Antenna ricevente Antenna trasmittente

Ricezione Trasmissione

Antenna trasmittente Antenna ricevente

Demo dulazio

ne

Correz. errori

Modu lazione

Ampli ficazio

ne

Trasponditore trasparente

Trasponditore rigenerativo


Una rete satellitare per telecomunicazioni


Alcuni sistemi satellitari in funzione


I sistemi satellitari per comunicazioni mobili: Iridium

Iridium fornisce una copertura completa della terra usando una costellazione di 66 satelliti su orbite quasi-polari LEO (780 Km) per fornire trasmissioni voce e dati (bit-rate voce a 4.8 Kbit/s).

I satelliti hanno capacità di processing a bordo (On Board Processing, OBP) e collegamenti radio con satelliti vicini (Inter Satellite Links, ISLs) per scambiarsi i dati direttamente nello spazio prima di inviarli alla stazione di terra.

Iridium, inizialmente nato per un servizio puramente commerciale, è stato acquistato dal Dipartimento U.S. della Difesa.

La nuova versione di satelliti Iridium consentirà anche servizi per il monitoraggio ambientale e l’acquisizione di immagini inviate a terra ad una velocità fino a 10 Mbit/s.

Solar-powered phone booth

ISL

ISL

ISL

Earth gateway station

PSTN

Plane

Car

Mobile terminals

LAN

Multiplexer unit

System central Solar-powered

phone booth

ISL

ISL

ISL

Earth gateway station

PSTN

Plane

Car

Mobile terminals

LAN

Multiplexer unit

System central


I satelliti di Iridium

Questo sistema deriva il suo nome dall’atomo di iridio, perché il progetto originario comprendeva 77 satelliti. Poi i satelliti LEO attivi sono stati ridotti a 66.


Dati orbitali dei satelliti di Iridium (LEO)

.

..

....

.

.

SAT 1

SAT 2

SAT 3

SAT 4

SAT 5

SAT 6 SAT 7

SAT 8

SAT 9

SAT 10

SAT 11

equatore

inclinazione orbita (equatore): 86°n. piani orbitali: 6n. satelliti per piano: 11periodo orbitale: 100 min.


Satellite e telefono di Iridium

Peso = 690 Kg48 fasci (= celle) per satellite


Il sistema BGAN di Inmarsat

Il sistema BGAN di InmarsatIl sistema Broadband Global Area Network (BGAN) fornisce diversi servizi di telecomunicazione (es., telefonia, accesso a Internet, messaggistica, ecc.) sia a utenti fissi che mobili facendo uso dei satelliti Inmarsat-4.I satelliti BGAN sono trasparenti; BGAN usa tre satelliti GEO del tipo Inmarsat-4.La rete satellitare BGAN è integrata con una rete cellulare terrestre di terza generazione. Il collegamento con l’utente è in banda L. L’antenna a bordo del satellite genera 256 fasci.

19 fasci ad ampia copertura, 228 fasci stretti (copertura focalizzata) e un fascio a copertura globale.

BGAN consente trasmissioni digitali da 4.5 Kbit/s fino a 512 Kbit/s con tre diverse classi di terminali di utente.


Ampia antenna a riflettore di 9 m

trasmettitori / ricevitori

Satellite Inmarsat-4 del sistema

Broadband Global Area Network (BGAN)

Fasci irradiati dal satellite

peso = 5.9 tonnellate

3 satelliti GEO per BGAN


Il sistema satellitare Thuraya

Thuraya fa uso di due satelliti GEO (cioè, Thuraya-2 e Thuraya-3) che operano in banda L.

I satelliti Thuraya sono equipaggiati con un’antenna a riflettore di 12.25 m di diametro che genera da 200 a 300 fasci: viene usato OBP per consentire comunicazioni dirette da mobile a mobile tra fasci di un satellite.

I terminal Thuraya consentono di usare sia GSM che il collegamento satellitare.

I servizi offerti sono: voce tipo GSM, fax e trasmissioni dati a 2.4, 4.8 e 9.6 kbit/s, messaggistica.

E’ possibile l’accesso a Internet (144 Kbit/s) con un terminale portatile delle dimensioni di un notebook.

MessageTransfer Part

(MTP)

SignallingConnection Control Part

(SCCP)

Base Station System

Management Application Part

(BSSMAP)

MobilityManagement

(MM)

Connection Management

(CM)


(MTP)


(SCCP)

Base Station System


(BSSMAP)

MobilityManagement

(MM)


(CM)

Physical layer(PHY)


(MTP)

Data Link Layer(DLL)


(SCCP)

Radio ResorceManagement

(RR)

Base Station System


(BSSMAP)

Physical layer(PHY)


(MTP)



(SCCP)


(RR)

Base Station System


(BSSMAP)

Physical layer(PHY)

Physical layer(PHY)

Physical layer(PHY)

Physical layer(PHY)

Physical layer(PHY)



(RR)

MobilityManagement

(MM)


(CM)

Physical layer(PHY)



(RR)

MobilityManagement

(MM)


(CM) SubscriberInterface Module(SIM)

GPS receiver

GSM switch Traffic ControlSubsystem

(TCS)

Gateway Station Control

(GSC) +Gateway

TransceiverSubsystem

(GTS) +

Traffic ControlSubsystem

(TCS)

Gateway Station Control

(GSC) +Gateway

TransceiverSubsystem

(GTS) +

UserTerminal

(UT)ThurayaSatellite

EarthGateway Station

L-bandGSM/A-Interface (CCS7) Ku-band

GMR-1 Common Air Interface (CAI)


Satellite GEO di ThurayaAntenna a riflettore di 12 m

Boeing


I satelliti GEO di Eutelsat

Eutelsat è un operatore europeo per comunicazioni satellitari.

Eutelsat ha 27 satelliti GEO tra 15° Ovest e i 70.5° Est. La flotta dei satelliti di Eutelsat è in grado di servire 2/3 del globo, dalla costa Est del Nord e Sud America fino alla parte dell’Asia che si affaccia sull’Oceano Pacifico.


Un esempio di satellite GEO di Eutelsat: Hot Bird 6

Il satellite Hot Bird 6 ha 28 trasponditori in banda Ku e 4 trasponditori in banda Ka.

I trasponditori in banda Ka sono rigenerativi (Skyplex): trasmissione digitale a 55 Mbit/s (condivisi) in downlink e accesso uplink fino a 6 Mbit/s.

I trasponditori in banda Ku forniscono servizi broadcast TV (più di 700 canali televisivi) e servizi multimediali in Europa, Nord Africa e Medio Oriente.

Posizione: 13° EstPeso: 4.9 tonnellate


Campi di utilizzo


Missioni dei satelliti

Navigazione; 7%

Applicazioni militari; 6%

Osservazione della terra; 5%

Astrofisica; 5%

Meteorologia; 5%

Altro; 6% Telecomunicazioni; 66%

Fonte: Union of Concerned Scientists [www.ucsusa.org]


Applicazioni


Applicazioni


Applicazioni


Comunicazioni satellitari per accesso Internet sui treni

Satellite GEO

Forward

link (

DVB

Forward

link (

DVB--S)S)

RouterRouter

LANIWU

Antenna sul treno

MSS

WiFi

Return link (DVB

Return link (DVB--RCS)RCS)

Segmento satellitare:consente l’accesso mentre il treno è in moto alla rete di telecomunicazione e l’accesso a Internet.

Segmento wireless sul treno: consente di fornire l’accesso a Internet degli utenti sul treno.

Stazione di terra


Comunicazioni satellitari per accesso Internet su aerei e navi

Molte compagnie aeree stanno ora offrendo il servizio di telefonia tipo GSM a bordo degli aerei e l’accesso a Internet via BGAN di Inmarsat.

Satellite GEO BGAN

Stazione di controllodi terra


Gestione delle flotte

INTERNET

Satellite GEO BGAN

Stazione di terra

Terminale di accesso

Centro di gestioneFlotta di terminali mobile monitorati


Satelliti per uso meteorologico

I satelliti per la meteorologia Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES) sono quelli più noti. Le immagini inviate da questi satelliti consentono di stimare la pioggia, le nevicate e servono per fare le previsioni.

Siccome i satelliti GOES stanno in postazione fissa, essi possono monitorare le condizioni ambientali e facilitare l’individuazione di eventi pericolosi (come tempeste, tornado, uragani, ecc.).

Immagine dell’uragano Katrina del 2005


Telerilevamento

Il telerilevamento è la tecnica che consente di ottenere informazioni affidabili su oggetti fisici e l’ambiente attraverso la memorizzazione, misura, e interpretazione di immagini e rappresentazioni digitali che derivano da sensori che possono essere a bordo di satelliti.

I satelliti possono essere attivi o passivi.


Posizionamento via satellite

GPS (USA)GLONASS (Russia)Galileo (Unione Europea)QZSS (Giappone)COMPASS (Cina)


La costellazione MEO del sistema GALILEO

altitude ~23616 kmSMA 29993.707 km

inclination 56 degrees

• period 14 hours 4 min• ground track repeat about 10 days

GGALILEOALILEO DATADATA

27 + 3 satellites in three Medium Earth Orbits (MEO)

Walker 27/3/1Constellation


Osservazione dei satelliti a bassa quota illuminati dal sole

IRID

IUM

(2

2 M

aggi

o, ~

22

:00

)

Traccia nelcielo diun satelliteIRIDIUM(orbita quasi

Polare)

N


Osservazione dei satelliti a bassa quota illuminati dal sole

GLO

BA

LSTA

R (

22

Mag

gio,

~2

2:0

0)

N

Traccia nelcielo diun satelliteGLOBALSTAR


I bagliori inviati dai satelliti illuminati dal sole

Bagliore di un satellite del sistema IRIDIUM:


Conclusioni

A partire dagli studi di Galileo per l’osservazione del cielo e sulla balistica sono stati fatti notevoli progressi che hanno visto coinvolti molti scienziati e studiosi.

Dalle prime idee sui satelliti per telecomunicazioni di A. C. Clarke molta strada è stata fatta nello sviluppo delle tecnologie satellitari.

Nel nostro tempo, i satelliti per telecomunicazioni sono indispensabili perché consentono su scala planetaria la distribuzione dei segnali televisivi, lo scambio di dati, l’accesso ad Internet su treni ad alta velocità, l’accesso ad Internet su aerei di linea, la localizzazione, il telerilevamento, le previsioni meteo.


Riferimenti bibliografici per approfondimenti

Sastri L. Kota , Kaveh Pahlavan , Pentti A. Leppänen, “Broadband satellite Communications for Internet Access”, Kluwer Academinc Publishers. New York, 1994.

Abbas Jamalipour, “Low Earth Orbital Satellites for Personal Communication Networks”, Artech House Publishers, 1998.

G. Maral, M. Bousquet, “Satellite Communications Systems”, 3rd Edition, John Wiley & Sons, Chichester, England, 1998.

M. Richharia, “Satellite Communication Systems”, McGraw-Hill Professional Ed., Gennaio 1999.

G. Giambene (Ed.), “Resource Management in Satellite Networks: Optimization and Cross-Layer Design”, Springer, Aprile 2007, ISBN 978-0-387-36897-9, New York, NY.

Sito Web con indirizzo: http://brunelleschi.imss.fi.it/esplora/cannocchiale/dswmedia/storia/istoria3.html

Sito Web con indirizzo: http://personal.ee.surrey.ac.uk/Personal/L.Wood/constellations/overview.html


Biografia

Giovanni Giambene si è laureato in Ingegneria Elettronica presso L’Università degli Studi di Firenze, nel 1993 e ha conseguito il titolo di dottore di ricerca in Telecomunicazioni e Informatica dall’Università di Firenze nel 1997. Dal 1994 al 1997, ha svolto attività di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’Università di Firenze. Ha svolto le mansioni di Segretario Esterno del progetto della Commissione Europea denominato Project COST 227, “Integrated Space/Terrestrial Mobile Networks”. Ha anche contribuito all’attività ‘Resource Management’ nel gruppo di lavoro 3000 del progetto RACE, denominato ‘Satellite Integration in the Future Mobile Network’ (SAINT, RACE 2117). Dal 1997 al 1998, ha lavorato presso la OTE del gruppo Marconi, dove è stato coinvolto in un progetto di sviluppo di apparati GSM. Nello stesso periodo ha contribuito al progetto COST 252 (“Evolution of Satellite Personal Communications from Second to Future Generation Systems”) studiando le prestazioni dei protocolli PRMA adatti per supportare traffici di tipo voce e dati in sistemi per le comunicazioni mobili basati su satelliti a bassa orbita. Nel 1999 ha iniziato un’attività di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Siena, prima come assegnista di ricerca e poi come ricercatore. Ha contribuito alle attività del progetto IST intitolato “Personalised Access to Local Information and services for tOurists” (PALIO) nell’ambito del quinto programma quadro della Commissione Europea. Attualmente è coinvolto nella rete di eccellenza sulle comunicazioni radio via satellite, SatNEx FP6 come responsabile di due workpackages (www.satnex.org). I suoi interessi di ricerca riguardano i sistemi per le comunicazioni mobili di quarta generazione, i protocolli di accesso multiplo, gli algoritmi di scheduling per DVB-S, HSDPA, WiFi e WiMAX, tecniche cross-layer, protocolli di trasporto e interazione con il livello fisico, la teoria delle code.


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Convegno a Settembre nella Facoltà di Ingegneria sui satelliti per telecomunicazioni

http://iwssc09.dii.unisi.it/

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giornate galileiane Giambene v3 - dii.unisi.itgiambene/Giornate_Gallileiane/giornate... · dei corpi celesti. Giornate Galileiane, 22 Maggio 2009, Università di Siena Galileo e le