Principles-of-communication-principles-of-satellite-communications
衛星通信の原理
- 衛星*は、*軌道*と呼ばれる数学的に予測可能なパスで別の物体の周りを移動する物体です。 通信衛星は、インターネットアプリケーションに加えて、電気通信、ラジオ、テレビで役立つ宇宙のマイクロ波中継局に他なりません。
- リピーター*は、受信および再送信する信号の強度を増加させる回路です。 しかし、ここでこのリピーターは、送信された信号の周波数帯域を受信された周波数帯域から変更する*トランスポンダー*として機能します。
信号が空間に送信される周波数は*アップリンク周波数*と呼ばれ、トランスポンダーによって送信される周波数は*ダウンリンク周波数*です。
次の図は、この概念を明確に示しています。
次に、衛星通信の利点、欠点、および用途を見てみましょう。
衛星通信-利点
などの衛星通信の多くの利点があります-
- 柔軟性
- 新しい回路のインストールが簡単
- 距離は簡単にカバーでき、コストは問題になりません
- 放送の可能性
- 地球の隅々が覆われています
- ユーザーはネットワークを制御できます
衛星通信-欠点
衛星通信には次の欠点があります-
- セグメントおよび起動コストなどの初期コストが高すぎます。
- 周波数の輻輳
- 干渉と伝播
衛星通信-アプリケーション
衛星通信は、次の分野でその用途を見つけます-
- ラジオ放送で。
- DTHなどのテレビ放送。
- データ転送のためのインターネット接続の提供、GPSアプリケーション、インターネットサーフィンなどのインターネットアプリケーション。
- 音声通信用。
- 多くの分野の研究開発部門向け。
- 軍事用途およびナビゲーションで。
軌道上の衛星の向きは、ケプラーの法則と呼ばれる3つの法則に依存します。
ケプラーの法則
天文学者のヨハネス・ケプラー（1571-1630）は、衛星の運動に関して3つの革命的な法則を与えました。 プライマリ（地球）の周りの衛星がたどるパスは*楕円*です。 楕円には2つの焦点があります- F1 と F2 、地球はその1つです。
オブジェクトの中心から楕円経路上の点までの距離を考慮する場合、中心から楕円の最も遠い点は apogee と呼ばれ、中心からの楕円の最短点は* perigeeと呼ばれます*。
ケプラーの第一法則
ケプラーの第一法則は、「すべての惑星は太陽を中心に楕円軌道で太陽の周りを公転します」と述べています。そのため、衛星は地球を中心に楕円軌道を移動します。
楕円の半長軸は「 a 」として示され、半短軸は b として示されます。 したがって、このシステムの離心率eは次のように書くことができます-
e = \ frac \ {\ sqrt \ {a ^ \ {2} -b ^ \ {2}}} \ {a}
- 偏心（e）-これは、円の形状ではなく楕円の形状の違いを定義するパラメーターです。
- 半長軸（a）-中心に沿って2つの焦点をつなぐ最長の直径で、両方の頂点（中心から楕円の最も遠い点）に接触します。
- 半短軸（b）-近地点（中心からの楕円の最短ポイント）に接する中心を通る最短直径です。
これらについては、次の図で詳しく説明しています。
楕円形のパスの場合、離心率は0〜1の範囲にあることが常に望ましいです。 0 <e <1。これは、 e がゼロになると、パスが楕円形ではなくなり、円形パスに変換されるためです。
ケプラーの第二法則
ケプラーの2 ^ nd ^法則は、「時間間隔が等しい場合、衛星のカバーするエリアは地球の中心に対して等しい」と述べています。
次の図を見ると理解できます。
衛星が同じ時間間隔で p1 および p2 の距離をカバーし、両方のインスタンスでカバーされるエリア B1 および B2 がそれぞれ等しいと仮定します。
ケプラーの第三法則
ケプラーの第3の法則では、「軌道の周期時間の2乗は2つの物体間の平均距離の3乗に比例します。」
これは数学的に次のように書くことができます
T ^ \ {2} \：\ alpha \：\：a ^ \ {3}
ほのか
T ^ \ {2} = \ frac \ {4 \ pi ^ \ {2}} \ {GM} a ^ \ {3}
ここで、$ \ frac \ {4 \ pi ^ \ {2}} \ {GM} $は比例定数です（ニュートン力学による）
T ^ \ {2} = \ frac \ {4 \ pi ^ \ {2}} \ {\ mu} a ^ \ {3}
μ=地球の地球中心の重力定数、つまり Μ= 3.986005×10 ^ 14 ^ m ^ 3 ^/sec ^ 2 ^
1 = \ left（\ frac \ {2 \ pi} \ {T} \ right）^ \ {2} \ frac \ {a ^ \ {3}} \ {\ mu}
1 = n ^ \ {2} \ frac \ {a ^ \ {3}} \ {\ mu} \：\：\：\ Rightarrow \：\：\：a ^ \ {3} = \ frac \ { \ mu} \ {n ^ \ {2}}
ここで、 n =ラジアン/秒での衛星の平均運動
衛星の軌道機能は、これらのケプラーの法則を使用して計算されます。
これらに加えて、注意すべき重要なことがあります。 衛星は、地球の周りを公転するとき、重力である地球からの引っ張り力を受けます。 また、太陽と月からいくつかの引っ張り力を経験します。 したがって、それに作用する2つの力があります。 彼らは-
- 求心力-軌道に沿って動く物体を引き寄せる力は、*求心力*と呼ばれます。
- 遠心力-軌道経路を移動する物体をその位置から遠ざけようとする力は、*遠心力*と呼ばれます。
そのため、衛星は、軌道に自分自身を維持するために、これら2つの力のバランスを取る必要があります。
地球軌道
宇宙に打ち上げられた衛星は、特定の軌道に配置して、革命に特定の方法を提供する必要があります。これにより、アクセシビリティを維持し、科学、軍事、商業のいずれの目的にも役立ちます。 地球に関して衛星に割り当てられたそのような軌道は、*地球軌道*と呼ばれます。 これらの軌道の衛星は地球*軌道衛星*です。
地球軌道の重要な種類は-
- 地球同期地球軌道
- 中地球軌道
- 低地球軌道
静止地球軌道衛星
- Geo-Synchronous Earth Orbit（GEO）衛星は、地球から22,300マイルの高度に配置された衛星です。 この軌道は*実際の1日（つまり、23時間56分）と同期されます。 この軌道は、*傾きと偏心*を持つことができます。 円形ではないかもしれません。 この軌道は、地球の極で傾くことができます。 しかし、地球から見ると静止しているように見えます。
同じ静止軌道は、それが円形で赤道面にある場合、*静止軌道*と呼ばれます。 これらの衛星は、地球の赤道上空35,900km（静止軌道と同じ）に配置され、地球の方向（西から東）に対して回転し続けます。 これらの衛星は地球に対して静止していると考えられているため、その名前は暗示しています。
静止地球軌道衛星は、天気予報、衛星テレビ、衛星ラジオ、その他の種類のグローバル通信に使用されます。
次の図は、地理同期軌道と静止軌道の違いを示しています。 回転軸は地球の動きを示します。
注-すべての静止軌道は静止軌道です。 しかし、すべての静止軌道は静止軌道ではありません。
中地球軌道衛星
- 中地球軌道（MEO）*衛星ネットワークは、地球の表面から約8000マイルの距離を周回します。 MEO衛星から送信される信号は、より短い距離を移動します。 これは、受信側での信号強度の改善につながります。 これは、より小さく、より軽量な受信端末を受信端で使用できることを示しています。
信号は衛星との間でより短い距離を移動するため、伝送遅延が少なくなります。 *送信遅延*は、信号が衛星に到達して受信局に戻るまでの時間として定義できます。
リアルタイム通信の場合、伝送遅延が短いほど、通信システムは良くなります。 例として、GEO衛星が往復に0.25秒を必要とする場合、MEO衛星は同じ旅行を完了するのに0.1秒未満を必要とします。 MEOは2 GHz以上の周波数範囲で動作します。
低地球軌道衛星
低地球軌道（LEO）衛星は、主に3つのカテゴリー、すなわち、小LEO、大LEO、およびメガLEOに分類されます。 LEOは地球の表面から500〜1000マイルの距離を周回します。
この比較的短い距離は、伝送遅延をわずか0.05秒に短縮します。 これにより、敏感でかさばる受信機器の必要性がさらに減少します。 ほとんどのLEOは800 MHz（0.8 GHz）の範囲で動作します。 Big LEOは2 GHz以上の範囲で動作し、Mega-LEOは20〜30 GHzの範囲で動作します。
*Mega-LEO* に関連付けられているより高い周波数は、より多くの情報伝達容量に変換され、リアルタイムの低遅延ビデオ伝送方式の機能を実現します。次の図は、LEO、MEO、およびGEOのパスを示しています。
