Σχεδίαση Mη Επίγειου Συστήματος Επικοινωνιών με χρήση Δορυφόρων Χαμηλής Τροχιάς (LEO)

Abstract

Στη σημερινή εποχή, τα κινητά τερματικά έχουν μπει για τα καλά στην καθημερινότητά μας. Δεδομένης της φορητότητάς τους και ενσωματώνοντας αξιόλογες υπολογιστικές δυνατότητες, σε συνδυασμό με την τεχνητή νοημοσύνη και την εύκολη πρόσβαση στο διαδίκτυο, έχουν οδηγήσει τους τελικούς χρήστες στην ευρεία χρήση εφαρμογών και υπηρεσιών με υψηλές απαιτήσεις σε μεταφορά δεδομένων μεγάλου όγκου, αξιόπιστα και με χαμηλές καθυστερήσεις. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την ανάγκη για παροχή υπηρεσιών επικοινωνίας σε όλα τα γεωγραφικά μήκη και πλάτη της Γης, έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη των GAS (Ground-Air-Space) δικτύων, τα οποία εξ ορισμού ενσωματώνουν ΝΤ (Non Terrestrial) στοιχεία. Σύγχρονες εταιρίες κολοσσοί δραστηριοποιούνται τα τελευταία χρόνια στην ανάπτυξη ΝΤNs (Νon Terrestrial Networks), αναπτύσσοντας πλήθος δορυφόρων σε τροχιά για την δημιουργία δικτύων επικοινωνιών, τα οποία έχουν τη δυνατότητα παροχής κάλυψης ακόμα και σε περιοχές χωρίς υφιστάμενα επίγεια με ιδιαίτερη έμφαση να δίνεται στην ανάπτυξη αστερισμών σε πολλαπλά τροχιακά επίπεδα, με σημαντικότερο αυτό των LEO δορυφόρων. Στο πλαίσιο των παραπάνω, η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την περιγραφή και μελέτη βασικών εννοιών σχετικά με τα ΝTNs, την ενσωμάτωση σε αυτά συστημάτων δορυφόρων χαμηλής τροχιάς (LEO) και την ανάλυση ορισμένων βασικών χαρακτηριστικών σχεδίασης LEO αστερισμών. Έτσι λοιπόν, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση κάποιων βασικών χαρακτηριστικών των σύγχρονων δικτύων επικοινωνιών και των δορυφορικών αστερισμών γενικότερα, ενώ στα επόμενα κεφάλαια γίνεται ενδελεχής ανάλυση χαρακτηριστικών που αφορούν αμιγώς δορυφορικά δίκτυα. Πιο αναλυτικά, στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις χρησιμοποιούμενες δορυφορικές συχνότητες, τα πλεονεκτήματα και τους τομείς χρησιμοποίησης της εκάστοτε μπάντας, ενώ στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μελέτη των παραμέτρων καθορισμού της τροχιάς ενός δορυφόρου. Επιπλέον παρουσιάζονται οι επιμέρους κατηγορίες τροχιών, τα πλεονεκτήματα / μειονεκτήματα και οι τομείς εφαρμογής της κάθε μίας εξ αυτών ενώ ακολούθως, γίνεται ανάλυση παραμέτρων προσδιορισμού της περιοχής κάλυψης ενός δορυφόρου. Στα επόμενα δύο κεφάλαια αναλύονται θέματα προϋπολογισμού δορυφορικών ζεύξεων, χαρακτηρισμού των δορυφορικών καναλιών και μεθοδολογίας υπολογισμού των εκάστοτε απωλειών. Στα τελευταία δύο κεφάλαια γίνεται σύντομη παρουσίαση κάποιων διάσημων αστερισμών, κατά κύριο λόγο βασισμένων σε LEO δορυφόρους, ενώ στη συνέχεια αναλύονται και υλοποιούνται βασικές εξισώσεις σχεδίασης ορισμένων πτυχών των δορυφορικών συστημάτων, κάνοντας χρήση συναφών δεδομένων και εκτιμήσεων. Τέλος, γίνεται παρουσίαση και σχολιασμός των αποτελεσμάτων των παραπάνω, καθώς επίσης και εξαγωγή γενικού συμπεράσματος.