Abeceda satelitního příjmu

Satelitní telekomunikace

Úvodní díl - stručné seznámení.

Americký vědec a spisovatel A.C.Clarke je otcem myšlenky vytvoření umělých oběžnic Země, které by sloužily pro telekomunikační účely. K tomu, aby se tato myšlenka stala skutečností, musela být zvládnuta nejen technologie přenosu signálu mezi pozemskou stanicí a družicí, ale také způsob vypuštění a umístění družice na oběžnou dráhu. Proto, po několika letech experimentování a zkušebních provozů, se opravdu komerčně, v oblasti neveřejných telekomunikací, začínají geostacionární družice využívat až v 80. letech, hlavně ve Spojenych státech, později pak i v Evropě.

V posledním desetiletí nastal obrovský rozmach rozvoje telekomunikací jak po stránce technické, tak i po stránce aplikační. Satelitní komunikace spolu s "tradičními" způsoby přenosu tvoří v současnosti základnu pro další rozšiřování a modernizaci stávající infrastruktury. Můžeme říct, že hnacím motorem tohoto rozvoje je požadavek pro větší šířky pásma a katalyzátorem pak demonopolizace a liberalizace telekomunikačního trhu ve všech částech světa.

Sdílení šířky pásma prostřednictvím časového dělení se dvěma skoky
Obr. č.1 - Sdílení šířky pásma prostřednictvím časového dělení se dvěma skoky
Satelitní komunikace nachází široké uplatnění. Je to dáno dynamikou rozvoje technologií a také podnikatelskými aktivitami. V současnosti existuje široká škála aplikací a systémových řešení pro konkrétní potřeby zákazníka. V zásadě je možné přenášet data, hlas i video. Při úvaze, které řešení je pro zákazníka nejvhodnější, je nutné znát aplikace, které mají být prostřednictvím satelitního zařízení užívány. Tato analýza je určující pro výběr vhodného přenosového systému.

V praxi se zatím využívají dva základní způsoby sdílení šířky pásma (přístupu do kanálu) - časové (TDMA - Time Divison Multiple Access) a frekvenční (FDMA - Frequency Divison Multiple Access). Časové sdílení znamená, že každá stanice v síti má přidělenou periodu, kdy má umožněn přístup do kanálu. Pracuje se s jedním vysílacím a jedním přijímacím kmitočtem. Naproti tomu frekvenční sdílení znamená, že každá stanice má určen svůj vlastní vysílací a přijímací kmitočet.

Pro provoz nepohyblivých pozemských stanic (terminálů) jsou stanoveny frekvenční rozsahy v pásmu Ku - 13,9 až 14,75 GHz ve směru na družici a 10,9 až 12,75 GHz ve směru z družice. V blízké budoucnosti se bude používat i pásmo Ka v rozsahu 17,7 až 30 GHz.

Typicky se technologie TDMA skládá z řídící pozemské stanice (Hub) a ze vzdálených terminálů. Vnější jednotku hubu tvoří parabolická anténa o větším průměru (3 až 9 metrů) a radiové zařízení s výkonem několik desítek W. Vnější jednotka vzdáleného terminálu se liší menší anténou (90 až 180 cm) a radiovým zařízením s nižším výkonem. Vnitřní jednotku pozemské stanice obsahuje zařízení, které tvoří inteligenci komunikační sítě a řídí její provoz. Propojení mezi vnitřní a vnější jednotkou terminálu je uskutečněno koaxiálním kabelem, kterým se přenáší signál v pásmu 1 GHz, kontrolní signály a napájení pro radiové zařízení. Vnitřní jednotka terminálu je tvořena jedním zařízením, které obsahuje potřebná datová rozhraní a obvody pro zpracování a přenos signálu.

Spojení mezi dvěma vzdálenými terminály probíhá prostřednictvím hub-u a tedy dvěma skoky. Tato technologie je vhodná pro aplikace, kde je relativně větší počet terminálů a nižší objem přenášených dat. Například ověřování platebních karet, e-mailová komunikace, terminálové relace se vzdáleným počítačem, dálkový sběr dat apod. Není vhodná pro přenos v reálném čase, např. hlasu, z důvodu velkého zpoždění na přenosové cestě (1-2 s). Přenosová rychlost na jeden terminál je 64 až 128 kbit/s.

Sdílení šířky pásma prostřednictvím frekvenčního dělení
Obr. č.2 - Sdílení šířky pásma prostřednictvím frekvenčního dělení
Hlavní nevýhoda - dva skoky - je eliminována v systémech, kde hub není nutný a řízení sítě může převzít kterýkoliv terminál. Spojení, s časovým sdílením, tedy probíhá přímo, jedním skokem. Navíc, tyto systémy umožňují vyšší dynamiku přidělování šířky pásma s využitím dalších kmitočtů. Přenosová rychlost na jeden terminál může být až 4 Mbit/s. Takto koncipovaná komunikační síť umožňuje spojení každý-s-každým a přenášet data, hlas i video v reálném čase a může pokrýt potřeby zákazníka v širokém rozsahu.

Jak jsem se již dříve zmínil, technologie FDMA využívá kmitočtové sdílení přidělené šířky pásma. Každá stanice vysílá a přijímá na předem vyhrazených kmitočtech. Vnější jednotka je vybavena parabolickou anténou o průměru 180 až 240 cm a radiovou částí s jmenovitým výkonem od 2 do 50 W. Vnitřní jednotka je daleko komplexnější a standardně obsahuje jeden nebo více satelitních modemů, multiplexor pro sdružování datových a hlasových kanálů nebo router. Dále pak obsahuje zařízení pro vzdálený přístup, které umožňuje monitorování a konfiguraci systému.

Spojení mezi stanicemi probíhá přímo. Umožňuje spojení bod-bod, bod-více bodů nebo spojení každý-s-každým. V současné době je možný plně duplexní přenos v jednom kanálu až 8 Mbit/s. Zařízení vnitřní jednotky je vybaveno datovými rozhraními podle přání zákazníka. Uplatnění je velmi široké: propojení lokálních počítačových sítí a pobočkových ústředen, videokonference, distribuce rozhlasového a televizního signálu, přenos grafických předloh do tiskáren atd.

Multimediální aplikace a Internet znamenají i pro satelitní komunikace velkou výzvu. Uplatnění se nachází jak u poskytovatelů služeb internetu - ISP, tak i v podnikové sféře. Na bázi otevřené architektury DVB se rozvíjejí širokopásmové služby, které umožňují přenos velkého objemu multimediálních dat doslova na každý počítač připojený k síti. Přenosová rychlost je závislá na zákazníkem požadované službě a může dosahovat až kolem 60 Mbit/s. V praxi to z technického hlediska znamená použití 90 cm antény a digitálního satelitního přijímače s ethernetovým portem. Tímto způsobem je možné interaktivně sledovat například vnitrofiremní vysílání, burzovní zpravodajství, vzdělávací pořady a další různé video informace živě nebo z uložených záznamů.

Sdílení šířky pásma prostřednictvím časového dělení s jedním skokem
Obr. č.3 - Sdílení šířky pásma prostřednictvím časového dělení s jedním skokem
Finanční stránka zmiňovaných služeb je velmi komplexní problematika. Do ceny, resp. poplatků za poskytované služby se promítají různé aspekty, například použitá technologie a struktura komunikační sítě, celkový počet terminálů, přenosové rychlosti pro každý terminál, objem přenášených dat, doba poskytování služby atd. Licenční záležitosti v různých zemích, servisní zajištění a údržba mají v neposlední řadě také vliv na celkovou částku. Nejčastěji se používají dva základní způsoby financování: nákup zařízení do vlastnictví zákazníka nebo tzv. operační leasing, u kterého zákazník platí pravidelně částky za pronájem zařízení. V obou případech pak zákazník platí poplatky za poskytovanou službu. Společnosti nabízející telekomunikace prostřednictvím družic mají z pochopitelných důvodů různé přístupy k financování. Je to dáno celkovou marketingovou strategii, vlastními investicemi do technologií a samozřejmě poptávkou.

Výhody satelitních telekomunikací se dají shrnout do několika bodů:

  • Globální přístup;
  • Rychlá implementace;
  • Pružná rozšiřitelnost.
Satelitní telekomunikace vstupují do nového tisíciletí s rozsáhlou technologickou základnou a vysokou flexibilitou, připraveny obstát v tvrdé soutěži mezi technologiemi. Poslední míle - trasa mezi přípojným místem a koncovým uživatelem - bude vždy nejkritičtějším momentem v úspěšnosti uplatňování moderních telekomunikačních služeb. U satelitních komunikací žádná poslední míle neexistuje.

Autor: Ing. Dušan Sloboda, parabola.cz