COLLEGAMENTO SATELLITARE

Un sistema di comunicazione via satellite consente di mettere in comunicazione due o più punti sulla terra posti anche a grande distanza.

In relazione al tipo di orbita che viene descritta è possibile distinguere tra due classi di satelliti.

Geostationary Earth Orbit (GEO)

Sono satelliti posti in un'orbita geostazionaria; non presentano un moto relativo rispetto alla terra e quindi assumono una posizione fissa rispetto ad una stazione di terra.

Low Earth Orbit (LEO)

Sono satelliti posti a un'altezza variabile tra circa 1000 e circa 10.000 km di altezza; e sono utilizzati per servizi quali radio - localizzazione, trasmissione dati, telefonia satellitare ecc. In generale per offrire un certo servizio devono essere utilizzati molti satelliti. In quanto essi sono posti su orbite basse e presentano un moto relativo rispetto alla terra (da un punto sulla superficie terrestre sono visti solo per un certo intervallo di tempo).

Due esempi sono i progetti Odyssey ed Iridium rispettivamente della società californiana TRW e della Motorola. Il primo progetto prevede il lancio di 12 satelliti per fornire servizi di radio localizzazione, messaggistica, dati. Mentre per il progetto Iridium sono stati messi in orbita 66 satelliti ciò fornire un servizio di telefonia cellulare via satellite a livello mondiale

In questo testo si descrivono solamente i satelliti posti in orbita geostazionaria (GEO). Essi assumono particolare importanza in quanto con un singolo satellite geostazionario è possibile realizzare un sistema di comunicazione in grado di fornire i propri servizi 24 ore su 24.

Fig. 1 Orbita geostazionaria a copertura radio mondiale con 3 sateliti

L'orbita geostazionaria è un'orbita circolare posta a circa 36.000 km d’altezza e situata in corrispondenza dell'equatore. Un sistema che impiega tre satelliti posti in orbita geostazionaria è in grado di offrire la copertura radio di quasi tutta la terra (sono esclusi i poli, fig. 1). Oltre all'orbita equatoriale (fig. 2), vi sono anche altre orbite geosincrone (con periodo di rivoluzione pari a 24 ore) orbite inclinate (ellittiche), e orbita polare. Un satellite in orbita geostazionaria può offrire sia la copertura di un intero emisfero sia una copertura a spot, cioè la copertura di aree geografiche ben determinate.

Fig. 2 Orbite geosincrone

L'area di copertura di un satellite viene comunemente definita footprint e il livello della copertura radio viene dato fornendo il livello di potenza, in dBw, con cui il satellite trasmette nelle regioni comprese entro la propria area. Man mano che ci si allontana dal centro del footprint è necessario utilizzare antenne riceventi di diametro e quindi guadagno sempre più grande per ricevere con qualità accettabile il segnale irradiato dal satellite Per quanto concerne il collegamento, viene definita uplink, o tratta in salita, la tratta radio che va dall'antenna trasmittente di una stazione di terra all'antenna ricevente del satellite, mentre viene definita downlink, o tratta in discesa, la tratta radio che va dall'antenna trasmittente del satellite all'antenna ricevente di una stazione di terra. Per evitare interferenze tra ricezione e trasmissione, in un sistema di comunicazione via satellite la tratta in salita (uplink) impiega una frequenza diversa da quella utilizzata per la tratta in discesa (downlink). In particolare la frequenza di trasmissione per l'uplink è più elevata di quella con cui il satellite trasmette verso terra (downlink), in quanto nelle stazioni di terra è possibile utilizzare amplificatori a elevata potenza (HPA, High Power Amplifier) per compensare l'attenuazione del percorso, che aumenta con l'aumentare della frequenza. In un collegamento analogico tra due (o più) stazioni di terra, la funzione che svolge il satellite è semplicemente quella di amplificare il segnale ricevuto da una stazione di terra e di traslarlo in frequenza, in modo da ritrasmetterlo verso terra (nel downlink) ad una frequenza inferiore rispetto a quella di ricezione. In un satellite l'apparato che effettua l'amplificazione e la traslazione in frequenza viene denominato transponder e un satellite può essere dotato di uno o più transponder. In definitiva, da un punto di vista radio, un satellite costituisce semplicemente un ripetitore in grado di ricevere il segnale radio emesso da una o più stazioni di terra di amplificarlo, traslarlo in frequenza e ritrasmetterlo verso una o più stazioni di terra (fig. 3).

Fig.  3 Schema elementare di un collegamento via satellite analogico

Nel caso di trasmissioni via satellite digitali, invece, il transponder di un satellite può rigenerare il segnale, prima di ritrasmetterlo verso terra. La rigenerazione viene effettuata in banda base per cui è necessario traslare a frequenza intermedia il segnale ricevuto, demodularlo e poi rigenerarlo. Dopo la rigenerazione il segnale viene nuovamente modulato e traslato dalla frequenza intermedia alla frequenza di trasmissione prevista per il downlink, come descritto in figura 4.

Le bande delle microonde su cui trasmettono i satelliti commerciali sono normalmente due:

Banda C (con frequenze di utilizzo tra 3.7 ÷ 6.2 GHz).

Banda Ku (con frequenze di utilizzo tra 11÷ 14.5 GHz circa)

Fig.4 schema di principio del rigeneratore di un trasponder nel caso di trasmissione via satellite digitale

Se s’impiegano le frequenze comprese nella banda C si ha il vantaggio di porsi a frequenze in cui il rumore, sia naturale sia prodotto dall'uomo, assume un valore minimo. Inoltre le frequenze della banda C, essendo inferiori ai 10 GHz, non vengono attenuate dalla pioggia. Per contro, poiché il guadagno delle antenne paraboliche dipende dal diametro dell'antenna , è necessario utilizzare antenne riceventi di diametro relativamente grande, per esempio 2 m, per ottenere guadagni elevati (G > 30 dB). Invece, s’impiegano le frequenze comprese nella banda Ku si risente dell'attenuazione prodotta dalla pioggia, ma poiché si opera con frequenze elevate è possibile impiegare antenne riceventi di piccolo diametro (anche inferiori al metro). Le piccole dimensioni dell'antenna ne consentono l'installazione sui tetti delle case, sui balconi ecc. Ciò favorisce la diffusione commerciale dei sistemi riceventi satellitari per la ricezione di programmi televisivi.