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Capitolo 2 -
I segnali Inmarsat
In questo capitolo saranno introdotti i sistemi Inmarsat analizzandone la struttura e le caratteristiche del segnale. Queste caratteristiche ci permetteranno di iniziare lo studio della sorgente come possibile illuminatore di opportunità in un sistema PCL.
2.1 La rete Inmarsat
Inmarsat (International maritime Satellite organization) è il primo network satellitare che ha garantito le comunicazione ovunque sulla terra a partire dal 1979. Il Sistema satellitare Inmarsat e’ stato per tanti anni l’unico sistema satellitare a disposizione per poter comunicare in mobilità in ogni angolo della terra [13].
2.1.1
Introduzione alla rete Inmarsat
Inmarsat si avvale di un network di satelliti geostazionari dedicati alla copertura dei servizi di comunicazione dati, voce e fax in qualsiasi parte del mondo.
I primi satelliti di proprietà interamente di Inmarsat sono gli Inmarsat-2. Essi sono stati lanciati tra il 1990 e il 1992 e nonostante una durata di vita di pianificata di dieci anni, un I-2 è attivo ancora oggi, due decenni più tardi.
La costellazione comprende tre nuovi satelliti di terza generazione (I4), completamente disponibili dalla fine del 2008, e gli originali – e più vecchi – quattro satelliti (I3).
Dal 2007 INMARSAT gestisce una flotta di 10 satelliti in orbita geostazionaria. Tale sistema Inmarsat è utilizzato da providers indipendenti, come Universat Italia Services, che propongono sul mercato servizi di comunicazione vocale e multimediale per i diversi settori della navigazione, terrestre e aeronautico.
Tra gli utenti figurano armatori ed équipe marittime, giornalisti, network Televisivi e della radio, organizzazioni nazionali ed internazionali della Protezione Civile, organizzazioni sanitarie, organi di difesa civile e salvataggio, forze dell’ordine, trasportatori, compagnie di aviazione, operatori del settore edile e petrolifero. Infatti andando più nello specifico delle applicazioni per il trasporto oceanico, lo scopo dello sviluppo di Inmarsat è quello di fornire terminali e servizi di comunicazione al trasporto
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marittimo con un sistema affidabile che includa il servizio salvavita e sicurezza nell’ oceano, gestione, ricognizione e spedizione a lunga distanza di dati ad alta velocità di trasmissione. Inmarsat è garanzia di base del soccorso in caso di calamità o incidente [5] esercitando un'azione fondamentale nel soddisfare una comunicazione di emergenza nei momenti critici. Le comunicazioni Inmarsat sono diventate assolutamente necessarie in questi ultimi anni, per affrontare situazioni di emergenza come spegnere incendi,combattere un diluvio, calamità dovute a neve e ghiaccio, terremoti, e così via.
Il sistema Inmarsat è anche in grado di trasmettere dati all’equipaggio di veicoli spaziali e di aumentare in modo efficiente la copertura del veicolo spaziale con l’equipaggio a condizione di aumentare di poco la quantità di attrezzature e potenza [6]. Quindi è un modo efficente per aumentare la copertura con un piccolo investimento. Per far questo le tecniche principali sono: codifica avanzata dei dati,apposite antenne per la trasmissione di dati per l’equipaggio di veicoli spaziali, compensazione della frequenza doppler causata dai grandi movimenti ecc.
2.1.1.1 Satelliti Inmarsat-3
La prima costellazione di Inmarsat, la più vecchia e ancora operativa, consiste in quattro satelliti Inmarsat-3 in orbita geostazionaria.
Tra di essi, le scanalature del satellite principale (“global”) si sovrappongono per coprire la totalità del globo terrestre, ad eccezione dei poli. Grazie a questi primi quattro “Inmarsat 3” (AOR-W, AOR-E, IOR, POR), è ormai possibile superare le reti via cavo e cellulari e raggiungere quasi ogni punto della terra (ad eccezione di parte dei Poli).
I Inmarsat-3 - la prima generazione a utilizzare la tecnologia spot-beam - sono stati lanciati tra l’ aprile 1996 e il febbraio 1998.
24 Inmarsat-3 (I-3)
Ogni I-3 è in grado di fornire un EIRP (potenza irradiata) fino a 48dBW, può generare un fascio globale e massimo sette spotbeam e può riallocare dinamicamente i vari fasci consentendo un maggiore riutilizzo dello spettro disponibile.
Tutti e cinque Inmarsat-3 satelliti sono attualmente in servizio e dovrebbero rimanere in funzione, per fornire servizi di comunicazione e di sicurezza in banda L, fino a circa 2018.
Inizialmente concepito per il settore marittimo, e precisamente per le grandi navi in transito oceanico, furono poi sviluppate versioni terrestri, utilizzate principalmente da forze armate e società petrolifere.
Il sistema INMARSAT-3 è un network costruito su satelliti geostazionari. Fornisce l’accesso a tutte le risorse essenziali per la comunicazione ad utenti situati in qualsiasi parte del mondo ed impossibilitati ad utilizzare le risorse classiche (telefono, fax, e-mail, etc.).
Le comunicazioni avvengono su frequenze molto elevate (1,5-1,6 GHz) con antenne altamente direttive, che consentono l’impiego di basse potenze. L’emissione non risente dei fenomeni atmosferici e le comunicazioni sono estremamente affidabili e riservate.
Il network INMARSAT è accessibile da terra, da mare e da cielo, grazie all’utilizzo dei suoi attuali 4 satelliti geostazionari all’equatore (e di altri due satelliti di back up), ognuno destinato alla copertura di una particolare regione oceanica del mondo (il sistema non copre i poli, Nord e Sud, e non copre comunque le zone della terra oltre il 70° parallelo Nord e Sud):
• Oceano Atlantico Est; • Oceano Indiano; • Oceano Pacifico;
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Fig. 2.10 – Copertura satelliti I-3
Nella seguente tabella sono indicate le date di lancio e i veicoli utilizzati per mandar in orbita i satelliti di Inmarsat-3:
Satellite Data Launch Vehicle
Inmarsat-3 F1 (Inmarsat I-3 F1)
03.04
.1996 Atlas-2A
Inmarsat-3 F2 (Inmarsat I-3 F2)
06.09
.1996 Proton-K Blok-DM1
Inmarsat-3 F3 (Inmarsat I-3 F3) 18.12 .1996 Atlas-2A Inmarsat-3 F4 (Inmarsat I-3, F4) 04.06 .1997 Ariane 44L H10-3
Inmarsat-3 F5 (Inmarsat I-3 F5)
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.01.1998 Ariane 44LP H10-3
Ogni satellite I-3 è stato progettato per aver un ciclo di vita di almeno 13 anni e sono ancora oggi operativi.
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2.1.1.2 Satelliti Inmarsat-4
Inmarsat ha implementato e completato il posizionamento e la messa in servizio del nuovo sistema di satelliti Inmarsat-4; esso è costituito da tre nuovi satelliti geostazionari che coprono il globo con prestazioni superiori alla precedente costellazione di satelliti Inmarsat-3. Il Sistema Inmarsat fornisce servizi di comunicazioni dati e voce in tutto il mondo attraverso satelliti geostazionari. I diversi servizi di Inmarsat oggi sono disponibili grazie alla nuova generazione di satelliti che sono in grado di sostenere tali servizi.
L'aggiunta di fasci non globali ai satelliti Inmarsat 3 è uno dei cambiamenti fondamentali di Inmarsat 4 oltre alla direttività supplementare offerta dai fasci più piccoli che si traduce in collegamenti agli utenti ad elevate prestazioni. I satelliti I-4 supporteranno, oltre a tutti i servizi forniti dai loro satelliti più “anziani”, anche il servizio Swift broadband (Swift a banda larga) tramite narrow spot beams che sono stati appositamente sviluppati per i satelliti I-4. Il sistema Inmarsat è necessario per gli utenti in mare, a terra e in aria, per telefoni satellitari criptati, fax, trasmissione di immagini e internet [1].
Inmarsat-4 (I-4)
I satelliti Inmarsat-4 offrono connettività voce, fax, Text e sono fondamentali per servizi come il collegamento Internet e la trasmissione dati ad alta velocità, nonché collegamenti a telefoni cellulari delle nuove generazioni.
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Fig. 2.11 – Copertura satelliti I-4
Nella seguente tabella sono indicate le date di lancio e i veicoli utilizzati per mandar in orbita i satelliti di Inmarsat-4:
Satellite Data Launch Vehicle
Inmarsat-4 F1 (Inmarsat I-4 F1) 11.03.20 05 Atlas-5 (431) Inmarsat-4 F2 (Inmarsat I-4 F2) 08.11.20 05 Zenit-3SL (2) Inmarsat-4 F3 (Inmarsat I-4 F3) 18.08.20 08
Proton-M Briz-M (Fil 2, mod)
2.1.2 Sviluppo del sistema Inmarsat
In Fig. 2.12 sono messe a confronto le principali caratteristiche tecniche delle diverse serie di satelliti Inmarsat.
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Fig. 2.12 – Confronto dei parametri tecnici delle differenti serie di satelliti Inmarsat
Il requisito di prestazione nei satelliti (per canale) è l’EIRP e il rapporto G/T.
In Fig. 2.12 si vede che c’è stata un significativo miglioramento nei satelliti della generazione I-4 rispetto ai precedenti, dovuto principalmente al più alto guadagno dell’antenna risultato dei più stretti fasci(spot beam).
L’EIRP totale sul collegamento mobile satellitare è anch’esso migliorato sostanzialmente (18dB) nel passaggio dai satelliti I-3 a I-4. Il miglioramento delle prestazione e dell’EIRP è stato in parte utilizzato per incrementare il numero di canali disponibili, in parte per migliorare le prestazioni del collegamento (miglior bit-rate o minore rapporto G/T all’utente) per ogni canale [14].
2.1.3 Configurazione del sistema
Tutte le classi di satelliti del sistema Inmarsat operano nella banda L allocata a livello internazionale ai servizi satellitari mobili. Di seguito è mostrata la suddivisione dello spettro principalmente incentrata sulle bande radar (quindi sulle microonde):
29 Banda Frequenze HF 3 - 30 MHz VHF 30 - 300 MHz UHF 300 - 1000 MHz L 1 – 2 GHz S 2 – 4 GHz C 4 – 8 GHz X 8 – 12 GHz Ku 12 – 18 GHz K 18 – 26 GHz Ka 26 – 40 GHz V 40 – 75 GHz W 75 – 111 GHz
I collegamenti di servizio per Inmarsat-3 e Inmarsat-4 operano in un range di frequenza che va dai 1525 MHz ai 1559 MHz in downlink e 1626.5 – 1660.5 MHz in uplink.
Il collegamento tra satelliti e stazioni di controllo sulla terra avviene nella banda C a frequenze che si aggirano intorno ai 3.6 GHz in downlonk e 6.4 GHz in uplink.
Fig. 2.13 – Distribuzione delle frequenze nei sistemi Inmarsat
I satelliti Inmarsat trasmettono con due tipologie di fasci: “global” e “spot”. Quelli “global” vengono utilizzati per le segnalazioni e per le informazioni riguardanti il traffico
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aereo o marittimo. I fasci di tipo “spot” vengono utilizzati per tutti gli altri servizi e garantiscono prestazioni maggiori rispetto a quelli “global” [14].
2.2 Configurazione del sistema BGAN
L' Inmarsat BGAN sosterrà servizi a commutazione di circuito e di pacchetto su una singola portante di accesso radio di rete tra i terminali utente (UTs) ,GSM / GPRS / UMTS Public Land Mobile Networks (PLMN ) e le reti terrestri fisse (in particolare ISDN , PSTN e Internet).
Come mostrato nella Figura 1, il BGAN comprenderà la costellazione satellitare operativa, le stazioni di TT&C,i Centri di Controllo dei Satelliti (SCC) principali e di backup, i SAS gateway, i Network Operations Centers (NOC) principali e di backup e una singola Inmarsat Business Operations Centre (BOC) che conterrà il sistema di sostegno alle imprese (BSS).I vari nodi saranno interconnessi tramite un Private Inmarsat Data Comunications Wide Area Network (DCN) che servirà a sostenere il traffico utente e di segnalazione. Questo DCN , sarà necessario anche per trasportare i dati di gestione del sistema (in particolare gestione delle risorse, gestione della rete e TT&C) tra i nodi BGAN. La DCN sosterrà anche il routing ottimale tra i nodi BGAN. Ciò consentirà al traffico di essere instradato alla appropriata rete , indipendentemente da quale SAS venga utilizzato.
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2.3 Costellazione Inmarsat
Il sistema Inmarsat è basato su una costellazione di 3 classi di satelliti:i satelliti Inmarsat-2 forniscono un fascio a copertura globale solo in banda L e sono generalmente utilizzati per Servizi di leasing(o affitto). I satelliti Inmarsat-2 sono 4. I satelliti Inmarsat-3 forniscono la copertura con il global beam e con il regional beam. Quest’ultimo è usato per la copertura di specifiche aree, come il Nord Atlantico. Ci sono 5 satelliti Inmarsat-3 in funzione. I satelliti Inmarsat-4 forniscono la copertura con il global beam, regional beam e con lo spot beam.
A differenza dei satelliti Inmarsat-3, i satelliti Inmarsat-4 forniscono un fascio di copertura regionale dell’intera superficie terrestre visibile, con conseguente aumento della copertura geografica dei servizi. La Figura 2 mostra la copertura dei satelliti I-4 delle 3 regioni quando i satelliti sono schierati.
Figura 2 copertura dei satelliti I-4
2.3.1 Distribuzione delle Frequenze e il fascio impiegato
Tutte le classi dei satelliti operano i collegamenti di servizio in banda L,spettro attribuito a livello internazionale ai servizi cellulari satellitari. I satelliti di Inmarsat-3 e Inmarsat-4 effettuano i servizi negli intervalli 1525-1559 MHz e 1626,5-1660.5MHz.I
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collegamenti di servizio di Inmarsat-2 sono limitati ad una minore larghezza di banda all'interno di questi intervalli di frequenza. Il feeder link collega il satellite alla stazione di Terra. I feeder link e il Telemetry Tracking & Controllo (TT&C) operano in banda C: circa 3.6 GHz per il downlink e intorno a 6.4 GHz per l'uplink. Le bande sono assegnate dagli standard internazionali per il servizio fisso via satellite.
I Satelliti Inmarsat hanno generalmente due tipi di fasci,il global beam e il narrow spot beam. Il global beam è utilizzato sia per la segnalazione che per il traffico nel servizio Classic Aero , e solo per la segnalazione nel servizio Swift Braodband . Il fascio globale fa allungare l'angolo di elevazione a 0 gradi .I servizi di segnalazione lavoreranno a 0 gradi , ma la qualità del segnale non può essere garantita a causa di molti effetti non deterministici . Per questo motivo Inmarsat progetta e specifica un servizio da 5 gradi di elevazione in su. In generale, per il satellite Inmarsat 4 , l'elevazione di 5 gradi corrisponde a 5dB di off-Peak del global beam dell’ antenna sul satellite .
Il fascio puntuale sull’Europa o ha un bordo frastagliato, a causa della intersezione con il contorno in elevazione di 5 gradi , o è ovale o è ellittica. All'equatore , i fasci sono circolari e hanno un diametro di circa 1200 km.
Il guadagno dello spot beam varia da punto a punto. In generale , il centro dello spot beam ha un guadagno di 3 dB rispetto al bordo del contorno. Questo è il criterio di progettazione del collegamento. In altre parole i bordi del fascio rappresentano i picchi di guadagno del contorno a 3dB .
In un fascio di tipo “spot” la variazione del guadagno può essere al massimo di 3 dB tra il centro e il limite del fascio. La modulazione utilizzata per la trasmissione del segnale può essere una QPSK o una 16-QAM [15].
2.4 Inmarsat 4F2 : descrizione generale
Osservando la figura 2.11 risulta evidente che il satellite di nostro interesse è l’ Inmarsat 4F2. Il satellite Inmarsat 4F2 fornisce Servizi Satellitari Mobili agli User Terminals ("UTs") nelle regioni visibili dal satellite, utilizzando la banda 1525-1559 MHz per le trasmissioni spazio-terra e 1626,5-1660,5 MHz per le trasmissioni Terra-spazio (1). Un nuovo servizio lanciato sul satellite è il Broadband Global Area Network ("BGAN"), che offre simultaneamente dati a banda larga e voce ad una varietà di UTs. Il
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servizio a banda larga è basato su IP e offre velocità di trasferimento dati variabili fino a un massimo di 492 kbit/s, compresi servizi completamente simmetrici e, per alcuni UTs, servizi di streaming a banda garantita. I servizi circuit-based comprendono voce e ISDN a 64 kbit/s.
Inmarsat 4F2, è a 25.12° E e ha sostituto l’odierno Inmarsat 3-F5 a 24,6° E, servendone le stesse regioni geografiche e opererando sulle stesse frequenze di collegamento dei servizi in banda L.
I segnali da e verso UTs in banda L, sono collegati attraverso il veicolo spaziale, tornano a una stazione terrestre (gateway) tramite dei feeder links del servizio fisso-Satellite ("FSS") e utilizzano la banda 3550-3660 MHz in direzione spazio-Terra e 6425-6520 MHz in direzione Terra-spazio (7). Nella configurazione iniziale del servizio BGAN, saranno utilizzate due stazioni terrestri di gateway. I Segnali di TT&C tra il satellite Inmarsat 4F2 e le stazioni terrestri si verificheranno nella banda 3945-3955 MHz in downlink e in 6338-6342 MHz in uplink (8).
Il satellite Inmarsat 4F2 presenta un unico riflettore con un’apertura di 9 m che, in combinazione con l’array di 120 elementi, costituisce l'antenna in banda L, utilizzata sia per la trasmissione che per la ricezione. Il riflettore di 9 m è stivato durante la fase di lancio e messa in orbita venendo impiegato solo dopo che il satellite è in orbita geo-sincrona. L'uso di un singolo riflettore garantisce un elevato livello di copertura ed è prevista una corrispondenza tra tutti i fasci sia in trasmissione che in ricezione. Due antenne a tromba separate fungono da antenne in banda C.
Il cuore del payload è un processore digitale di segnale ("DSP") che esegue la canalizzazione e le funzioni di beam-forming. Sviluppato e costruito da Astrium, il DSP consente anche la generazione di una varietà di diversi tipi di fasci, con la richiesta di puntamento. Il DSP fornisce la possibilità di guidare i fasci di antenna per accogliere il movimento della navicella quando essa opera in orbita inclinata. Il DSP alloca dinamicamente i canali satellitari ai vari fasci, permettendo al satellite Inmarsat 4F2 di gestire i modelli di traffico variabili.
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2.4.1 Piani di frequenza e polarizzazione per i link di
comunicazione
Il satellite Inmarsat 4F2 è in grado di operare su qualsiasi porzione tra 1525-1559 MHz e 1626.5-1660.5 MHz sia in uplink che in downlink nelle trasmissioni in banda L ed è usata la polarizzazione circolare destrogira (RHCP).
Il DSP permette ad Inmarsat di adattare la copertura satellitare in modo da soddisfare al meglio le esigenze di traffico e di servizio fornendo maggiore flessibilità al sistema. I canali satellitari sono allocati dinamicamente ai vari fasci, permettendo a Inmarsat di gestire i modelli di traffico variabili. Non vi è alcuna relazione tra frequenza fissa, le frequenze in banda L e le estese frequenze in banda C dei feeder link. I collegamenti in banda L sono canalizzati su una griglia di 200 kHz su tutto lo spettro disponibile. Il Beam forming e la canalizzazione sono realizzati con lo stato dell'arte della tecnologia digitale di ultima generazione che permette di ottenere 630 canali satellitari, in entrambe le direzioni. Ognuno dei 630 canali può essere considerato simile ad un tradizionale transponder. Lo spettro dei feeder link è utilizzato due volte mediante le polarizzazioni circolari ortogonali. Le Operazioni di TT&C si svolgeranno in banda C. La Tabella A.4-1 mostra il piano delle frequenze, delle polarizzazioni e delle connettività al satellite Inmarsat 4F2 per la fornitura dei servizi BGAN. È previsto anche il piano delle frequenze del TT & C.
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2.5 Capacità di trasmissione del satellite
2.5.1 Feeder Downlink
I segnali ricevuti dall'antenna in banda L sono amplificati dagli amplificatori a bassa cifra di rumore (LNA) e alimentati dal pre-processore in banda L, che esegue il filtraggio e la down-conversion dei segnali in banda base, prima di passarli al convertitore A/D che alimenta il DSP. Il DSP esegue la canalizzazione e le funzioni di beam-forming, e passa i segnali ai convertitori D/A, che poi alimentano la up-converter in banda C. Gli amplificatori di potenza SSPA, operanti in una configurazione di ridondanza 6x4, sono montati sulla sezione di uscita della banda C per fornire la potenza necessaria all'antenna in banda C.
Il satellite Inmarsat 4F2 fornisce due fasci globali in banda C, uno in RHCP e l'altro in LHCP. I fasci sono nominalmente identici in ogni polarizzazione e coprono tutti i punti all'interno del campo di vista del satellite, con un guadagno di picco di 22 dBi, fornendo una EIRP massima di 35 dBW in downlink su ogni polarizzazione. La massima potenza disponibile all'antenna, senza le perdite, è di 44 watt. Tipicamente le perdite di linea sono pari a 3,4 dB. La cross-polarizzazione dei fasci è di 30 dB in tutta l'area di servizio.
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2.5.2 Service downlink
Sul collegamento forward C-per-L, i segnali ricevuti dalle stazione di terra sono ricevuti dall'antenna in banda C, filtrati e passati al ricevitore in banda C. Il segnale amplificato viene filtrato e convertito in basso dal convertitore in banda C e dopo aver attraversato i convertitori analogico-digitale (A/D), viene inviato al DSP. Il DSP è il responsabile per la suddivisione dei segnali in appositi canali di 200 kHz, della corretta applicazione del fascio e del calcolo dei coefficienti per ciascun canale.
I segnali canalizzati, dopo essere stati convertiti in segnali analogici dai convertitori digitali-analogici (D/A), vengono poi inviati al post-processore in banda L, che impiega la tecnologia SAW per filtrare e convertire i segnali in banda L, prima di inviarli al Multi Port Amplifier (MPA). L'MPA comprende l’input Networks (INet, reti di ingresso) gli amplificatori a stato solido (SSPA) e l’output networks (ONET,le reti di uscita) che amplificano il segnale e lo mandano agli appropriati feed elements.Lo scopo del MPA, che è mostrato in Figura A.5-2, è quello di garantire una carico più uniforme ai vari SSPA. Ci sono 120 SSPA attivi, configurati in gruppi di 5x4 per fornire la ridondanza richiesta, per un totale di 150 SSPA per i veicoli spaziali. I spot beam trasmettono solo in RHCP. Il guadagno di picco dell'antenna di questi fasci varia da 40 dBi a 42 dBi, a seconda della loro direzione di puntamento.
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La massima potenza disponibile all'antenna prima delle perdite è di 1800 watt, su cui vi è una perdita media di 4.1 dB. Questa potenza totale disponibile può essere ripartita in modo dinamico tra le tre categorie dei service beam, il cui guadagno di picco nominale per i fasci globali, regionali e puntuali è rispettivamente 22 dBi, 34 dBi e 42 dBi. I valori massimi di EIRP in downlink realizzabili sono rispettivamente 43 dBW, 58 dBW e 70 dBW per i fasci globali, regionali e puntuali. Questi livelli massimi di EIRP in downlink non possono verificarsi contemporaneamente. Nel caso in cui uno dei livelli massimi si verifica, ci sarà una corrispondente riduzione della potenza disponibile per gli altri tipi di fasci.
2.5.3 Regional Beam in downlink
I regional beam in downlink sono utilizzati esclusivamente per la trasmissione di portanti di segnalazione ai BGAN UTS (BGAN utenti). I regional beam trasmettono solo in RHCP. Il guadagno di picco dei fasci è di 34 dBi.
2.5.4 Global beam in Downlink
Il global beam in banda L è utilizzato solo in downlink. Viene utilizzato esclusivamente per trasmettere informazioni di segnalazione ai BGAN UTs. Il fascio globale trasmette solo in RHCP e il guadagno di picco del fascio è 22 dBi.
2.6 Capacità di ricezione del satellite
2.6.1 Feeder Uplink
Il satellite Inmarsat 4F2 impiega due global beam in banda C, uno in RHCP e l'altro in LHCP. I fasci sono nominalmente identici in ogni polarizzazione e coprono tutti i punti all'interno del campo di vista del satellite con un guadagno di picco di 22 dBi e una temperatura di rumore totale del sistema di 692 K. Il picco G/T dei fasci globali in banda C è a -6,4 dB / K. L'isolamento dei fasci di cross-polarizzazione è di 30 dB in tutta l'area di servizio.
2.6.2 Service uplink
Il collegamento utente in uplink utilizza lo stesso riflettore di 9 m utilizzato per il collegamento di servizio in downlink, ottenendo caratteristiche simili del fascio.
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Il guadagno di picco dell'antenna di questi fasci varia da 40 dBi a 42 dBi, a seconda della loro direzione di puntamento. I spot beam ricevono solo in RHCP.
La temperatura di rumore efficace totale del sistema per il ricevitore dello spot beam del satellite è di circa 583K, comprese le perdite di antenna. Pertanto, il picco delle prestazioni del fascio G/T va da 12,3 dB/K a 14,3 dB/K.
2.6.3 Regional beam in uplink
Il terminale utente BGAN comunica al satellite usando il regional beam solo per funzioni di segnalazione. Il guadagno di picco di questi fasci è di 34 dBi. I regional beam ricevono solo in RHCP. La temperatura di rumore efficace totale del sistema per il ricevitore satellitare del fascio regionale è di circa 1259 K, comprese le perdite di antenna. Pertanto il picco di G/T è di 3,0 dB/K.
2.7 Signaling carriers (portanti di segnalazione)
Inizialmente gli UT del BGAN cercano il fascio della portante globale di segnalazione. Una volta acquisito, il fascio globale contiene tutte le informazioni su qualsiasi canale sottostante al fascio regionale che l’UT può utilizzare per la registrazione sulla rete. Nel fascio globale non vi è alcuna comunicazione di ritorno. La selezione del canale sul regional beam si basa sulla posizione GPS degli UT e sulle mappe spot beam o sulla scansione delle portanti C/N. Una volta che il regional beam corretto è stato acquisito, la UT tenterà di registrarsi utilizzando o un accesso casuale (nel caso in cui l'UT non abbia un posizione GPS disponibile) o un Accesso non casuale su canali logici dedicati.
Dopo la registrazione l’ UT è consegnato a uno spot beam ogni volta che viene avviata una sessione di comunicazione. Alla fine della sessione di radiotelefonia l’UT ritorna al regional beam per preservare le risorse dei spot beam.
2.7.1 Global beam signaling
Il satellite Inmarsat 4F2 trasmetterà una portante di segnalazione a 12.5 KHz tramite il global beam. La portante viene trasmessa continuamente a un livello di potenza costante.
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2.7.2 Regional beam signaling
Nel regional beam,per il BGAN, sono usate due portanti a 50KHz. La modulazione usata è o la 16 QAM o la QPSK.
Nella Direzione di ritorno il regional beam signaling viene utilizzato dagli UT per registrarsi sulla rete. Le portanti di segnalazione di ritorno sono o 25 kHz o 50 kHz e la modulazione può essere sia QPSK e 16QAM.
2.8 Transponder gain control and satturating flux density
Al fine di garantire che il livello di pilotaggio del SSPA venga mantenuto entro l'intervallo specificato e vengano mantenute le prestazioni di linearità, si utilizza un controllo di potenza ad anello. Questo ha il compito di controllare la corrente assorbita dal SSPA in banda L nei collegamenti in avanti e il guadagno dei ricevitori in banda C.
Sul link di ritorno invece vengono utilizzati dei circuiti di controllo automatici del livello sugli SSPA in banda C. Il guadagno di un canale di trasmissione è definito alla frequenza centrale. Esso comprende il guadagno dell'antenna in ricezione e in trasmissione al bordo della copertura e assume il funzionamento degli amplificatori di potenza nella regione lineare.
Per i canali che utilizzano gli spot beams è possibile comandare il guadagno di ogni canale di trasmissione, sia sul collegamento in avanti che su quello di ritorno, tra 176 dB e 192 dB. Per i canali che utilizzano i regional beams o i global beam è possibile comandare il guadagno di ogni canale di trasmissione, sia sul collegamento in avanti che sul quello di ritorno, fra 160 dB e 176 dB. Sul collegamento in avanti il guadagno è comandabile a passi di 1 dB, mentre sul collegamento di ritorno il passo di guadagno è 2 dB.
2.9 Emissioni designate e larghezza di banda delle
emissioni
I segnali di comunicazione utilizzeranno portanti di larghezze di banda variabili e differenti schemi di modulazione. Tutte le portanti di comunicazione saranno modulate digitalmente. Tipiche emissioni dei Designatori da utilizzare con il servizio BGAN e le loro rispettive larghezze di banda sono riportati nella Tabella A.10-1.
40 Tabella A.10-1
2.10 Stazioni di terra
2.10.1 Terminali utenti
Il satellite Inmarsat 4F2 è progettato per funzionare con una gamma di terminali utenti. I clienti avranno una scelta di diversi terminali BGAN. I terminali utenti sono stati progettati e sviluppati per offrire una gamma differenziata di dispositivi di comunicazione mobile per soddisfare le diverse esigenze dei clienti esistenti e nuovi.
I terminali disponibili variano in prezzo, prestazioni e portabilità, al fine di affrontare una vasta gamma di diverse esigenze di mercato. Queste vanno da utenti esperti di comunicazione via satellite con esigenze più avanzate, a nuovi utenti in nuovi settori industriali che stanno valutando per la prima volta una soluzione satellitare.
nella tabella A.10-1 sono riportate le caratteristiche rappresentative dei terminali disponibili per ciascuna delle tre classi di terminali.
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2.10.2 Gateway delle stazioni di terra
I gateway delle stazioni di terra prevedono di impiegare antenne di 13 metri con un guadagno di picco in trasmissione di 57 dBi e un guadagno di picco in ricezione di 52,9 dBi. La temperatura di rumore in ricezione del sistema è di circa 115 K, causando un picco G/T di 32,3 dB/K. Inmarsat ha 32 stazioni satellitari di accesso (SAS) in posizioni strategiche sparse per il mondo e tutte interconnesse tra loro. Le 6 stazioni SAS principali si trovano a New York, Hawaii, Hong Kong,Fucino , Amsterdam e Burum. Di seguito vi sono una foto del Network Operations Center (NOC) e un’immagine di dove sono situate alcune SAS. Il NOC si trova a Londra, Regno Unito, ed esegue il coordinamento di tutte le attività di rete, il monitoraggio e la risoluzione dei problemi.
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2.11 Link budgets
2.11.1 Communications links
Le portanti BGAN sono modulate con la QPSK o 16-QAM e utilizzano la codifica adattativa che offre una velocità di trasferimento dati fino a 492 kbits/sec. La tecnica di accesso è a divisione di frequenza duplex - Time Division Multiple Access ("FDD-TDMA").
Negli spot beam le portanti di comunicazione BGAN vengono trasmesse in un canale di 200 kHz. All'interno di un dato canale, la rete Inmarsat 4F2 è in grado di fornire una gamma di velocità di trasmissione dei dati assegnando uno dei tassi FEC disponibili in base ai requisiti di C/N.
La gamma di velocità dipende dalla EIRP, dal G/T del satellite in una posizione specifica,dalle perdita dovute al fading, dal G/T dell’antenna terminale dell’utente e dall'angolo di elevazione. Se un flusso di dati ad alta velocità non può essere sostenuto a causa, per esempio, dell’ indisponibilità della EIRP o del G/T del satellite considerato o del G/T inferiore di un certo tipo di terminale, allora all’utente verrà assegnato un tasso di dati inferiore a quel particolare link di trasmissione.
Le portanti di segnalazione nei regional beam e nei global beam vengono trasmesse rispettivamente con larghezze di banda di 50 kHz e 12,5 kHz,.
Le Tabelle da A.12-1 a A.12-3 mostrano i link budget in avanti dei terminali utenti per le portanti di comunicazione alla classe 1,2 e 3 attraverso il global beam in downlink.
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Le tabelle da A.12-4 a A.12-6 mostrano i link budgets in avanti per le portanti di segnalazione dei terminali utenti rispettivamente della classe 1, 2 e 3 tramite un regional beam in downlink.
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Tabelle da A.12-7 a A.12-9 mostrano rispettivamente i link budgets in avanti delle portanti di segnalazione della Classe 1, 2, e 3 dei terminali utenti, tramite il global beam in downlink.
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Nota: Nelle seguenti tabelle dei link budget delle stazioni terrestri il termine "SAS" sta per stazioni satellitari di Accesso.
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2.12 TT&C
La telemetria, il monitoraggio e il sottosistema di comando forniscono i link di comunicazione al satellite per il pre-lancio, il raggiungimento dell’orbita e per le operazioni on-station.
Il sistema TT&C riceve i comandi della missione satellitare dal centro operazioni di controllo, autentica i comandi e li distribuisce alle varie unità di controllo del satellite.
Il TT&C trasmette la telemetria satellitare ed è in grado di riceve e trasmette i segnali che vanno al centro di controllo delle operazioni della missione. Il sistema TT&C è un sistema in Banda C e comprende ricevitori di comando, trasmettitori telemetrici e amplificatori di potenza.
I segnali TT&C usano la banda 6338-6342 MHz per il comando e la banda 3945-3955 MHz per la telemetria. I segnali vengono ricevuti / trasmessi da un'antenna a tromba in entrambe le polarizzazioni.
