Lab_02

University of the Aegean, Samos, 2016-2017
Information & Communication Systems Engineering - ICSD

Δορυφορικές Επικοινωνίες

2η εργαστηριακή άσκηση

Δημοσθένης Βουγιούκας Δημήτρης Γιαβόρδιος
(Διδάσκων) (Εργαστηριακός Συνεργάστης)

Νίκος Τρίτσης
(icsd11162)

University of the Aegean, Samos, 2016-2017
Information & Communication Systems Engineering - ICSD

Δορυφορικές Επικοινωνίες

2η εργαστηριακή άσκηση

Δ. Βουγιούκας Δημήτρης Γιαβόρδιος
(Διδάσκων) (Εργαστηριακός Συνεργάστης)

Νίκος Τρίτσης
(icsd11162)

Περιεχόμενα

Ζήτημα 1ο:
1. Πίνακας Free Space Loss

Ερωτήσεις:
1. Περιγράψτε την σχέση μεταξύ εύρους και απωλειών ελευθέρου χώρου (FSL). Χρησιμοποι-

ήστε τα δεδομένα για να ποσοτικοποιήσετε αυτήν την σχέση.
2. Για τους HEO και LEO δορυφόρους, εξηγήστε την σχέση μεταξύ εύρους, ανύψωσης και FSL.
3. Υπολογίστε με τον τύπο του Shannon, την μέγιστη και την ελάχιστη χωρητικότητα καναλιού

C, όπου Pr είναι η λαμβανόμενη ισχύ στον δέκτη μετά την επίδραση των απωλειών
διαδρομής. Επαναλάβετε και για τους τρεις δορυφόρους και σημειώστε τις τιμές που
υπολογίσατε στον παρακάτω.

Κατάλογος Δεδομένων:
1. Κατάλογος σχημάτων
2. Κατάλογος πινάκων

Σημείωση:
Designed for Two-Page View & Show Cover Page (PDF reader settings)

Ζήτημα 1ο:

1. Πίνακας Free Space Loss

Προκειμένου να υπολογίσουμε τη μέγιστη και την ελάχιστη τιμή της απώλειας ελευθέρου
χώρου, θα πρέπει να ξέρουμε τη συχνότητα λειτουργίας των δορυφόρων καθώς και στοιχεία
όπως η μεγαλύτερη και η μικρότερη απόσταση που υπήρξε μεταξύ του δορυφόρου και της γής.

Η απώλεια μπορεί να βρεθεί απ’τον τύπο:

FSL = 20log10(d) + 20log10(f) + 32.45 (f: MHz, d: km)

όπου 32.45 μια σταθερά που εξαρτάται απ’το κέρδος των κεραιών εκπομπής και λήψης και
αλλάζει ανάλογα με τις μονάδες που χρησιμοποιούμε για την απόσταση και τη συχνότητα
λειτουργίας (MHz/GHz, m/km κλπ)

H συχνότητα και για τους 3 δορυφόρους είναι ίδια (14GHz), ενώ για την απόσταση και την απώ-
λεια ισχύει ο νόμος του αντίστροφου τετραγώνου, επομένως είναι εύκολο να καταλάβουμε οτι
η μέγιστη απώλεια θα υπάρχει τη χρονική στιγμή που ο κάθε δορυφόρος θα έχει τη μέγιστη
απόσταση απ’τη Γή. Επίσης, οι τιμές που θα βρεθούν δεν είναι 100% σωστές καθώς για δορυ-
φορικές συχνότητες λειτουργίας άνω των 10 GHz θα πρέπει να υπολογιστούν και οι απώλειες
λόγω βροχής.

Προκειμένου να βρούμε τις μέγιστες και ελάχιστες αποστάσεις, θα δούμε τα AER reports για
όλους τους δορυφόρους, για την Αθήνα και τη Στοκχόλμη αντίστοιχα.

Απ’τα reports παίρνουμε τα ακόλουθα αποτελέσματα:

Εικόνα 1.1: Max & Min τιμές για τις αποστάσεις δορυφόρων-Γής
Χρησιμοποιώντας τα ως όρισμα στην ακόλουθη συνάρτηση, μπορούμε να πάρουμε όλα τα
αποτελέσματα που θέλουμε (ο κώδικας έχει συμπεριληφθεί στο παραδοτέο - FSL.c)

Εικόνα 1.2: Συνάρτηση υπολογισμού FSL

Αθήνα GEO HEO LEO

Μέγιστο FSL (dB) 206.93 208.52 183.72

Χρόνος μέγιστου 24/10 @ 10.00 25/10 @ 03.56 26/10 @ 05.06

Απόσταση κατα το μέγιστο (km) 37,816.990630 45,408.927764 2,614.708942

Ανύψωση κατα το μέγιστο (μοίρες) 39.475 3.608 0

Ελάχιστο FSL (dB) 206.93 193.20 169.54

Χρόνος ελαχίστου 26/10 @ 09.59 25/10 @ 10.18 24/10 @ 21.13

Απόσταση κατα το ελάχιστο (km) 37,816.988527 7,790.201963 510.960795

Ανύψωση κατα το ελάχιστο (μοίρες) 39.475 8.263 83.510

Πίνακας 1.1: FSL για Αθήνα

Στοκχόλμη GEO HEO LEO

Μέγιστο FSL (dB) 207.30 208.06 183.76

Χρόνος μέγιστου 24/10 @ 10.00 25/10 @ 03.56 24/10 @ 23.00

Απόσταση κατα το μέγιστο (km) 39,460.124530 43,102.698925 2,627.193008

Ανύψωση κατα το μέγιστο (μοίρες) 20.899 25.974 0

Ελάχιστο FSL (dB) 207.30 195.67 169.64

Χρόνος ελαχίστου 26/10 @ 10.00 25/10 @ 10.23 24/10 @ 22.54

Απόσταση κατα το ελάχιστο (km) 39,460.123482 10,344.506836 516.641144

Ανύψωση κατα το ελάχιστο (μοίρες) 20.899 0 89.368

Πίνακας 1.2: FSL για Στοκχόλμη

Ερωτήσεις:

1. Περιγράψτε την σχέση μεταξύ εύρους και απωλειών ελευθέρου χώρου
(FSL). Χρησιμοποιήστε τα δεδομένα για να ποσοτικοποιήσετε αυτήν την σχέ-
ση.

Η εξίσωση που συσχετίζει εύρος και FSL είναι:

Είναι ξεκάθαρο οτι όσο μεγαλώνει το εύρος, το FSL αυξάνεται με ρυθμό ανάλογων ποσών. Αν
παρατηρήσουμε τα δεδομένα που πήραμε απ’το scriptάκι που έφτιαξα για το γέμισμα του
πίνακα η προηγούμενη πρόταση επιβεβαιώνεται.

2. Για τους HEO και LEO δορυφόρους, εξηγήστε την σχέση μεταξύ εύρους, ανύ-
ψωσης και FSL.

Για τον GEO δορυφόρο, δεν έχουμε να παρατηρήσουμε πολλά πράγματα μεταξύ της σχέσης
του εύρους της ανύψωσης και του FSL καθώς, όντας δορυφόρος γεωστατικής τροχιάς, οι παρα-
πάνω μεταβλητές, είναι σταθερές (με μικρές αυξήσεις/μειώσεις).

Για τον HEO δορυφόρο, όντας δορυφόρος τροχιάς Molniya, παρατηρούμε οτι για το κέντρο της
Αθήνας, στο σημείο όπου ο δορυφόρος είναι στη μέγιστη απόσταση της τροχιάς, η ανύψωση
είναι μικρότερη απ’το σημείο στο οποίο ο δορυφόρος είναι στη μικρότερη απόσταση της τρο-
χιάς.

Για τον δορυφόρο LEO, η ανύψωση είναι μηδέν στο σημείο της μέγιστης απόστασης της τρο-
χιάς απ’την Αθήνα, και στο σημείο της μικρότερης απόστασης της τροχιάς απ’την Στοκχόλμη.

Γενικότερα απ’τα reports παρατηρούμε οτι όσο αυξάνεται η γωνία ανύψωσης, αυξάνεται και
το εύρος.

Το FSL επίσης, έχει άμμεση σχέση με το εύρος με ανάλογη σχέση, όπως είπαμε και στο προη-
γούμενο ερώτημα, άρα αυξάνεται και αυτό.

3. Υπολογίστε με τον τύπο του Shannon, την μέγιστη και την ελάχιστη
χωρητικότητα καναλιού C, όπου Pr είναι η λαμβανόμενη ισχύ στον δέκτη
μετά την επίδραση των απωλειών διαδρομής. Επαναλάβετε και για τους τρεις
δορυφόρους και σημειώστε τις τιμές που υπολογίσατε στον παρακάτω.

Στo scriptάκι που δημιούργησα συμπεριλαμβάνονται οι παρακάτω εξισώσεις:

Εξίσωση 1: LFS (d σε km και f σε MHz)

Εξίσωση 2: Μήκος Κύμματος

Εξίσωση 3: LFS

Εξίσωση 4: Pr

Εξίσωση 5: Χωρητικότητα καναλιού
Το μόνο πρόβλημα που είχα είναι οτι όταν έκανα κλήση της συνάρτησης για να μου δώσει σε
output τα αποτελέσματα για το C, πήρα τα νούμερα που είναι στους επόμενους πίνακες. Δοκί-
μασα να μετατρέψω συχνότητες και εύρος στο SI αλλά τα νούμερα βγαίνουν ακόμα μικρότερα,
για τη μετατροπή σε SI, υπάρχει μια κλήση commented out στο script, στη μέση του output.
Ελπίζω τα αποτελέσματα να ‘ναι σωστά.

Εικόνα 1.3: Συνάρτηση υπολογισμού λ, C, LFS, Pr

Με μια κλήση της παραπάνω συνάρτησης μπορούμε να συμπληρώσουμε κάθε μια απ’τις κυ-
ψέλες του πίνακα.

Αθήνα GEO HEO LEO

Cmax (bps) 684.86 674.30 839.03
Cmin (bps) 933.25
684.86 776.03

Πίνακας 1.3: Χωρητικότητα καναλιού δορυφόρων για Αθήνα

Στοκχόλμη GEO HEO LEO

Cmax (bps) 682.41 677.31 838.76
Cmin (bps)
682.41 759.67 932.61

Πίνακας 1.4: Χωρητικότητα καναλιού δορυφόρων για Στοκχόλμη

Κατάλογος Δεδομένων

1. Κατάλογος σχημάτων:

Εικόνα 1.1: Max & Min τιμές για τις αποστάσεις δορυφόρων-Γής
Εικόνα 1.2: Συνάρτηση υπολογισμού FSL
Εικόνα 1.3: Συνάρτηση υπολογισμού λ, C, LFS, Pr

Εξίσωση 1: LFS (d σε km και f σε MHz)
Εξίσωση 2: Μήκος Κύμματος
Εξίσωση 3: LFS
Εξίσωση 4: Pr
Εξίσωση 5: Χωρητικότητα καναλιού

2. Κατάλογος πινάκων:

Πίνακας 1.1: FSL για Αθήνα
Πίνακας 1.2: FSL για Στοκχόλμη
Πίνακας 1.3: Χωρητικότητα καναλιού δορυφόρων για Αθήνα
Πίνακας 1.4: Χωρητικότητα καναλιού δορυφόρων για Στοκχόλμη