1939-45: II Guerra Mondiale: microonde e missili.

1945: Clark: idea di ripetitori nello spazio.

1957: Sputnik: era spaziale.

1958: Score: messaggio di natale del presidente USA.

1960: Echo: satellite tipo riflessivo.

Courier: ritrasmissione del messaggio.

1962: Telstar e Relay: primo ripetitore nello spazio (Carassa).

1963: Syncom: primo geostazionario.

1965: Early Bird: primo satellite Intelsat.

Molnya: (URRS).

1977: Sirio: satellite italiano (Carassa 26/08/77).

1983: Eutelsat: rete satellitare.

1991: Italsat.

Le frequenze dipendono dalla regione ITU, dal tipo di servizio, e dall' applicazione, dall'uso primario o secondario, stabilito dal WARC (World Administrative Radio Conference).

La carta di Mercatore trasforma la superficie sferica della terra in una figura piana cartesiana.

Se il periodo di rivoluzione del satellite é pari al tempo di rotazione terrestre (23h 56m 4.1s) allora parliamo di orbite geosincrone. Un osservatore sulla terra vede il satellite nel cielo nello stesso punto in periodi uguali. Il satellite a causa dell'eccentricitá dell'orbita, (II Legge Keplero), e della sua inclinazione descrive un tipico moto ad "otto" rispetto ad un un osservatore a terra.

Nel caso particolare di un orbita circolare (=0) nel piano equatoriale (i=0) la figura ad otto si riduce ad un punto: cioé l'osservatore fisso a terra vede il satellite fermo nel cielo. Parliamo allora di orbite geostazionarie.

Parametri orbita geostazionaria:

Velocitá 3075 [m/s]

Distanza Terra-Satellite

(R/Ro) = ((Ro + Rt)/Ro)sin(arcos((Rt + Ro)/Rt))

Distanza tra due stazioni terrestri:

min distanza = 2Ro = 71572 [km]

max distanza = 2R = 83857 [km]

Ritardo (propagation delay) dovuto al singolo collegamento via satellite (one hop):

(piú i ritardi dei collegamenti terresteri circa 10 ms).

(Doppio collegamento: dati sí; voce con fastidiosi ritardi).

Elevazione: rotazione nel piano verticale.

Azimut (rispetto al Nord): rotazione oraria rispetto al Nord geografico.

Polarizzazione angolo tra il piano di polarizzazione del satellite (perpendicolare all'orbita) e quello verticale dell'antenna terrestre.

Campi gravitazionali non uniformi sul piano equatoriale, (masse terrestri disuniformi). Altri corpi celesti (Sole, Luna, Pianeti).

Presenza d'atmosfera nelle orbite basse.

Radiazioni spaziali:

termiche dal Sole e dalla Terra;

particelle cosmiche a base di protoni (raggi cosmici, vento solare).

Campo magnetico terrestre.

Meteoriti.

Meccanici.

Effetti sui materiali.

Caratteristiche di un satellite artificiale sono Massima leggerezza, minimo consumo di energia, elevata affidabilitá. Si possono identificare 2 sottosistemi principali:

Sottosistema di servizio;

Sottosistema di servizio (bus, piattaforma)

Sensori d'assetto: solari, stellari, inerziali (giroscopici), laser.

Sensori di posizione: distanza terra-satellite, posizione angolare (interferometri).

Attuatori: motori di spinta.

Sottosistemi di comunicazione (Payload)

Attualmente possiamo attribuire il 25% del traffico alle comunicazioni satellitari; ed il 75% a quelle terrestri (cavi sottomarimi, fibre).

ISDN via satellite.

Portanti delle frequenze up-link e down-link collocate sui 6/4; 14/11; 30/20 GHz, con bande dell'ordine di alcuni GHz.

Organizzazione costituita da 130 paesi membri. Sede a Washington DC (USA) Operatore COMSAT.

Negli anni si é visto crescere la necessitá di canali trasmissivi e questo ha dato luogo ad un continuo incremento nelle dimensione e capacitá dei satelliti. Si é inoltre impiegato il riuso di frequenze. Ad esempio:

EARLY BIRD 240 canali telefonici o 1 canale TV. Banda totale 50 MHz.

INTELSAT VI 36000 canali + 2 TV. Banda totele 2386 MHz (6/4 GHz) + 886 MHz (14/11 GHz).

Traffico: telefonico, telegrafico, messaggi, dati, TV, fax.

Costi: ridotti di 8 volte in 20 anni.

Consorzio di 20 paesi Europei. Copertura regionale.

Traffico: telefonico, TV (distribuzione ai centri periferici e scambio di programmi), teleconferenza, VSAT per multinazionali.

Satellite sperimentale OTS. Attualmente sono in servizio 3 satelliti.

INTERSPUTNIK, (HEO + GEO). ARASAT, PALAPA (Indonesia), NORSAT e TELE-X

USA, Canada, Brasile, Francia, Italia, Germania, UK, Giappone, India, ecc.

Satelliti sempre piú pesanti.

Piattaforme modulari.

Piattaforme abitate nello spazio.

Standard TV, Installazione domestica, Ricevitori.

Ricevitori di terra di dimensioni ridotte e di costi ridotti (alta potenza in trasmissione dal satellite).

Ottimizzazione delle risorse a bordo.

Le normative del Warld Administrative Radio Conference (WARC'77) definiscono trasmissioni satellitari:

11.7-12.5 GHz

Up-link a 18 GHz

Modulazione FM/TV (PAL, Secam, NTSC)

5 canali ad ogni nazione spaziati di 19.18 MHz

La normativa del WARC'92 sposta le portanti Down-link a 21.4-22.0 GHz per la W-HDTV (TV alta definizione).

Per l'Italia si misurano i dati:

EIRP di 64 dBW (in centro fascio);

SNR al bordo del fascio di -3dB per 99% del mese peggiore;

Parabola del riflettore in RX di 90 cm di diametro (figura di merito: 6 d/K).

Aumento della frequenza di trasmissione (bassa disponibilitá)

Costellazioni di satelliti in orbite basse quindi non geostazionari (minora potenza in TX, minore tempo di ritardo del segnale, maggiore riutilizzo delle frequenze, piccoli spot).

Antenne a fasci riconfigurabili, (potenza concentrata dove serve).

Comunicazioni persona-persona senza limitazioni geografiche

Mobilitá

Ritardi ridotti in fonia

Terminali di ridotte dimensioni (veicolari, portabili o palmari) e di ridotta autonomia (1/2 ore in comunicazione, o 24/48 ore in stand-by)

Utilizzo di costellazioni di satelliti non geostazionari (LEO, MEO, HEO)

Bande di trasmissione per terminali mobili:

1610.0 - 1626.5 MHz (TX)

1613.8 - 1626.5 MHz (RX)

Bande gateway (up/down-link)

20 - 30 GHz, Banda Ka

14 - 12 GHz, Banda Ku

4 - 6 GHz, Banda C

40 membri con sede a Londra.

Non possiede satelliti propri ma affitta da INTELSAT, ESA (MARECS) e MARISAT.

Servizi da 2.4 (Telex) a 56 kbit/s (fonia) per 2500 vascelli. Ora offre anche un servizio di emergenza in mare per piccole imbarcazioni ed un servizio terrestre INMARSAT-P.

IRIDIUM (Motorola)

66 satelliti (all'inizio ne erano previstri 77 da cui il nome)

6 orbite su piani circolari polari

10 satelliti operativi, 1 di riserva su ciascuna piano

altezza orbita: 780 km

periodo orbita: 1.7 ore visibilitá media dell'utente: 10 minuti

Terminale up/down-link in banda L

gateway in banda Ka

Inter Satellite Link in banda Ka

numero elevato di satelliti => costoso problema di gestione del traffico

Inter Satellite Link (ISL) con traffico elevato

Gateway 15-20

Copertura globale

accesso TDM/FDM

Modulazione QPSK

Costo telefonata 3 $ U.S. per minuto

movimento celle 7.4 [km/s]

Satelliti = passato: comunicazione punto-punto (Telefonia-TV)

Futuro: comunicazione da uno a tanti (radio mobile; TV diretta; tratte ISDN)

Tutti i sistemi di comunicazione devono rispettare:

Disponibilitá di collegamento (percentuale annua di impossibilitá di collegarsi => traffico della rete);

Qualitá del collegamento (percentuale annua di connessione a bassa qualitá)

Frequenze fino HF propagazione impossibile oltre la ionosfera (50 e 2000 km d'altezza);

Densitá di potenza trasportata da un'onda EM:

Le antenne sono caratterizzate da un'area efficace Ae ed una direttivitá D.

Direttivitá = capacitá dell'antenna di concentrare un fascio d'onde radio con un certo angolo.

Se antenna adattata e priva di perdite D coincide con il Guadagno G

Guadagno e area efficace sono legate insieme:

Allora la potenza ricevuta:

É possibile ipotizzare l'andamento della potenza nel collegamento satellitare:

Si noti che sul satellite arriva una piccolissima potenza in RX mentre viene ritrasmesso un potente segnale: allora non possiamo utilizzare la stessa frequenza di portante se TX ed RX funzionano in contemporanea

Principali effetti di attenuazione nella propagazione di onde EM:

Diffusione: dispersione dell'energia EM in varie direzioni;

Rifrazione: variazione dell'indice di rifrazione dell'atmosfera;

Diffrazione: allargamento del fascio ed interferenza;

Cammini multipli: sfasamenti tra percorsi d'onde diversi;

Depolarizzazione: variazione della polarizzazione dell'onda (ellitticitá delle gocce d'acqua in caduta);

Discriminazione di cross-polarizzazione (XPD):

Dispersione in frequenza: variazione dello spettro a causa delle non linearitá del mezzo trasmissivo.

Fenomeni atmosferici che hanno effetti sulla propagazione:

Gas atmosferici, (aria, smog);

Meteo, (pioggia, neve, grandine, cristalli di ghiaccio in sospensione);

Turbolenza atmosferica.

Per ovviare alla variazione d'attenuazione:

Controllo della potenza trasmessa: (la potenza nel down-link é calcolata in base alla potenza ricevuta in up-link);

Diversitá in frequenza: canali lasciati liberi per commutare in caso di canale ordinario molto attenuato;

Diversitá spaziale: alla stazione di terra principale é associata una secondaria;

Diversitá orbitale: la stessa stazione punta a diversi satelliti.

elevazione tale da rendere trascurabile gli effetti del terreno;

piccole captazioni spurie;

solo rumore d'antenna (distorsioni spettrali trascurabili)

Con queste ipotesi il rumore da considerare é prevalentemente quello termico la cui potenza é direttamente proporzionale alla temperatura. Tutti gli effetti che contribuiscono ad accrescere il rumore (rumore cosmico ed atmosferico) si possono allora pensare come dovuti ad una temperatura equivalente Ta

Si sono organizzate diverse campagne di misura; in particolare per la diffusione TV dove si é stabilita la necessitá di:

Aumento n frequenze;

Costellazioni in orbite LEO (bassa potenza in TX bassi tempi ritardo)

Antenne a fasci riconfigurabili (concentrazione potenza dove serve)

Diffusione TV-Satellitare (Olympus):

Banda canale 27 MHz per 2 canali attivi su 3, Up-link=17.3-18.1, Down-link=11.7-12.5, portante canale servizio = 17.305 [GHz]

Copertura territorio Italiano;

Elevata EIRP, 59 [dBW];

Piccole antenne RX a terra (60-90 cm);

Modulazione FM;

Peso satellite 123 [Kg];

Consumo satellite 1336 [W];

Comunicazioni personali (telefonia)

Comunicazioni persona-persona senza limitazioni geografiche

mobilitá;

ritardi ridotti;

terminali miniaturizzati (palmari);

Potenza ridotta in TX dai terminali: 10-2-0.5 [W];

Autonomia terminali 1 o 2 ore in comunicazione , 24-48 in stand-by

Utilizzo di orbite geostazionarie (LEO-MEO-HEO)

Bande terminale 1610-1626.5 [MHz] TX, 16.13-1626.5 [MHz] RX;

Bande Gateway 20-30 GHz up-link, 14-12 Down-Link;