Χωρητικότητα και Διαθεσιμότητα Δορυφορικών Ευρυζωνικών Δικτύων Νέας Γενιάς

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι να γίνει μία πρώτη εκτίμηση της ρυθμοαπόδοσης και της διαθεσιμότητας δορυφορικών δικτύων νέας γενιάς σε συνθήκες ατμοσφαιρικών διαλείψεων. Η νέα γενιά δορυφορικών τηλεπικοινωνιακών συστημάτων θα λειτουργεί στην Q/V ζώνη συχνοτήτων και θα χαρακτηρίζεται από χωρητικότητα που θα φτάνει τα Terabit/s. Ωστόσο η υλοποίηση των συστημάτων αυτών, είναι προς το παρόν ανέφικτη εξαιτίας των πολύ υψηλών διαλείψεων στη Q/V ζώνη σε σχέση με τις Ku και Ka ζώνες που χρησιμοποιούνται σήμερα. Οι σύγχρονες τεχνικές άμβλυνσης των διαλείψεων δεν αρκούν και αναζητούνται νέοι τρόποι αντιμετώπισης αυτού του προβλήματος. Οι Smart Gateways αρχιτεκτονικές, η διασύνδεση και η επικοινωνία δηλαδή, ήδη εγκατεστημένων σταθμών βάσης μέσω ενός κοινού επίγειου δικτύου, φαίνεται πως είναι η λύση. Στα πλαίσια της εργασίας συνοψίζονται τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα που επικρατούν κατά τη διάδοση του σήματος. Μέσω της υλοποίησης των μοντέλων της Διεθνής Τηλεπικοινωνιακής Ένωσης (International Telecommunication Union - ITU) υπολογίζεται ξεχωριστά η εξασθένηση που οφείλεται στη βροχή, στην απορρόφηση από τα αέρια της ατμόσφαιρας, στα σύννεφα και στην ομίχλη και στους σπινθηρισμούς και έπειτα υπολογίζεται η συνολική εξασθένηση του σήματος λόγω συνύπαρξης των προαναφερθέντων φαινομένων διάδοσης. Στη συνέχεια αναφέρονται οι τεχνικές άμβλυνσης των διαλείψεων. Γίνεται αναφορά στα Δορυφορικά Συστήματα χωρητικότητας της τάξης των Terabit/s και στα βασικά χαρακτηριστικά τους, όπως αυτά προκύπτουν από απλουστεύσεις και γενικές θεωρήσεις. Παρουσιάζεται μία Smart Gateways αρχιτεκτονική, η UB-NGateways και εκτιμάται η ρυθμοαπόδοση και η διαθεσιμότητα που προσφέρει για δύο διαφορετικά σενάρια λειτουργίας. Το συμπέρασμα που εξάγεται είναι πως τα δορυφορικά συστήματα χωρητικότητας Terabit/s αν και προσφέρουν περισσότερα πλεονεκτήματα από τα επίγεια ασύρματα συστήματα, επιπλέον έρευνες με αντικείμενα μελέτης, τη προσαρμοστική κωδικοποίηση και διαμόρφωση στις ζώνες συχνοτήτων Ka και πάνω, C/I του συστήματος , τα Smart Gateways και τις απαιτήσεις ισχύος στον δορυφόρο είναι απαραίτητες, ώστε τα συστήματα αυτά να αποτελέσουν πραγματικότητα. Τέλος η διπλωματική ολοκληρώνεται με τη παράθεση του κώδικα, βάση του οποίου έγινε η εκτίμηση της ρυθμοαπόδοσης και της διαθεσιμότητα της UB-NGateways αρχιτεκτονικής.

This thesis aims to make a first estimation of the performance and availability of the new generation of satellite networks under atmospheric fading. The new generation of satellite communication systems will operate in the Q/V band and will be characterized by a capacity of Terabit/s. However, the implementation of these systems is currently impossible due to the higher fading in Q/V band than that at the Ku and Ka bands which are currently used. Modern fade mitigation techniques are not enough and new ways to solve this problem are required. The Smart Gateways architecture, i.e the interconnection and communication of already installed base stations through a shared terrestrial network, seems to be the solution. This thesis summarizes the prevailing atmospheric phenomena during the signal propagation. By the implementation of the models of International Telecommunication Union (ITU) the attenuation due to rain, gaseous absorption, clouds and scintillation and afterwards the total signal attenuation due to the coexistence of these phenomena are calculated. Thereafter, the fade mitigationtechniques are presented. In addition, the Satellite Systems capacity of Terabit/s and their key characteristics, as they arise from general considerations and simplificationsare referred. Moreover, this paper studies a Smart Gateways architecture, the UB-NGateways, and estimates its performance and availability when two different scenarios of function are implemented. It is concluded that even though satellite systems with a capacity of Terabit/s offer advantages over terrestrial wireless systems, additional research on adaptive coding and modulation at frequency bands Ka and above, C/I system, Smart Gateways and power requirements on the satellite is necessary, so that these systems can become a reality. Finally, the paper presents the code which is used in order to estimate the performance and availability of the UBNGateways architecture.