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Lo sviluppo della Banda Ka via satellite per telecomunicazioni ed emergenza

Italia



di Giovanni Nicolai

Direttore Generale Aersat Spa

Oggi le comunicazioni commerciali via satellite sono svolte essenzialmente in banda L (1-2 GHz), C (4-6 GHz) e in banda Ku (11-14 GHz). In particolare oggi la banda Ku copre l¿80% dei servizi nei paesi industrializzati. Purtroppo la domanda di servizi sulla banda Ku aumenta giorno per giorno e quindi, nonostante le tecnologie sempre pi&#249 avanzate di diversificazione di spazio e di frequenza disponibili sui satelliti commerciali di nuova generazione, tale banda diventa sempre pi&#249 affollata. Si &#232 reso necessario studiare sin dagli anni 70-80 l¿utilizzo di frequenze pi&#249 elevate per servizi commerciali. E¿ stata canalizzata quindi la banda K (12-18 GHz) per servizi DBS (Direct Broadcasting Services) e la banda Ka (20-30 GHz) per servizi commerciali di telecomunicazioni.

L¿utilizzazione della banda Ka rappresenta una buona soluzione per migliorare le prestazioni di comunicazione aumentando allo stesso tempo l¿offerta per servizi commerciali. I sistemi satellite esistenti, progettati per comunicazioni di emergenza in caso di disastri naturali, operano in banda L, C e Ku ed hanno esigue capacit&#224 di banda. I sistemi satellite che operano in banda Ka possono invece dare risposta alla crescente domanda di servizi a larga banda con terminali compatti e di piccole dimensioni. Il peso e le dimensioni ridotte dei Terminali di Utente possono facilitare la trasportabilit&#224 e il successivo dispiegamento di sistemi di comunicazione di emergenza.

Ci sono due principali conseguenze quando ci si muove dalle frequenze delle bande L, C e Ku alle frequenze pi&#249 elevate della banda Ka:


I vantaggi e svantaggi dell¿utilizzo della banda Ka sono oggi comunque ben noti e uno studio specifico ha dimostrato che la banda Ka non &#232 cos&#236 ostile come le considerazioni teoriche svolte negli anni 70-90 la dipingevano. Infatti negli ultimi anni 1998-2002 si &#232 vista una grande accellerazione nel progettare e produrre sistemi in banda Ka.


A tale riguardo l¿Italia &#232 sempre stata all¿avanguardia sullo sviluppo di satelliti e sistemi operanti in banda Ka per servizi commerciali. Gi&#224 a partire dalla fine degli anni 70 sperimentazioni di propagazione venivano effettuate con il satellite Sirio (antesignano della banda Ka) completamente progettato e realizzato in Italia. A tali sperimentazioni seguiva il Progetto Italsat (Alenia Spazio e Telespazio sono state le aziende che hanno dato il contributo maggiore per la realizzazione del sistema Italsat commissionato dall¿Agenzia Spaziale Italiana, ASI) che prevedeva un ¿Payload Ka Multifascio¿ con rigenerazione a bordo del satellite per servizi di telecomunicazione ed un ¿Payload Ka Globale¿ per applicazioni e servizi pilota. Il primo satellite Italsat &#232 stato lanciato nel Gennaio 1991. Il secondo satellite Italsat &#232 stato lanciato nell¿Agosto del 1996.

I concetti innovatori di Italsat, utilizzo del processore di rigenerazione a bordo del satellite congiuntamente all¿utilizzo della banda Ka, sono stati trasferiti alla progettazione di nuovi satelliti. La rigenerazione a bordo ha diminuito gli effetti della maggiore attenuazione da pioggia in banda Ka in quanto il flusso di trasmissione viene completamente rigenerato a bordo del satellite e quindi ritrasmesso a terra con spot molto direttivi. Nel caso dei satellite della serie Hot Bird di Eutelsat tale tecnologia &#232 stata comunemente denominata SkyPlex (Multiplazione nel Cielo) ed &#232 stata impiegata anche nella banda Ku a partire dal satellite Hot Bird 3 Eutelsat mentre con Hot Bird 6 (lanciato all¿inizio del 2002) &#232 stato anche realizzato un Payload in banda Ka che pu&#242 essere sia trasparente che rigenerativo.


Cenni Storici sul Sistema Italsat

ITALSAT &#232 stato un sistema di telecomunicazioni satellitari sviluppato dall¿Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Tale sistema era composto di due unit&#224 di volo (satelliti). La prima unit&#224 di volo F1 &#232 stata lanciata con successo nel Gennaio del 1991 mentre la seconda unit&#224 di volo F2 &#232 stata lanciata nell¿Agosto del 1996. A bordo del satellite erano ospitati due Payload (si intende per Payload il Pacco di Telecomunicazioni a bordo del satellite) per comunicazioni punto-punto e punto-multipunto in banda Ka con copertura italiana. Il primo payload con capacit&#224 di 870 Mbps forniva una copertura multispot (6 spot) realizzata con antenne multi-beam e con un sistema di rigenerazione a bordo con 6 trasponder da 110 MHz. Il secondo payload era piu tradizionale con 3 transponder trasparenti da 36 MHz con una antenna a copertura globale.


La copertura del Payload Multispot Rigenerativo era realizzata mediante 6 spots che utilizzavano due antenne indipendenti (ognuna che copriva tre spot) assicurando una accuratezza di puntamento con un errore inferiore a 0,003 gradi. Per ogni spot veniva trasmessa una portante TDMA modulata QPSK operante a 147 Mbps. La capacit&#224 totale del Payload rigenerativo era di 12000 circuiti a 32 Kbps ciascuno. Il sistema rigenerativo, realizzato mediante una matrice di Banda-Base, effettuava la connettivit&#224 tra i 6 spot. I servizi principali erano la voce, la trasmissione dati e la disseminazione televisiva con standard HDTV. Le frequenze utilizzate dal Paylod Multifascio erano 27,5 GHz ¿ 29,5 GHz per l¿Uplink e 17,7 ¿ 19,7 GHz per il Downlink.

La copertura del Payload Globale permetteva l¿accesso al satellite da qualsiasi punto del territorio nazionale permettendo comunicazioni di Emergenza e diffusione TV. La copertura del territorio italiano era realizzata mediante una singola antenna con larghezza di fascio di 1,06 x 1,55 gradi. Il Payload includeva 3 transponder da 36 MHz ciascuno. Ogni transponder era compatibile con diversi tipi di accesso TDMA, SCPC o FDMA con modulazione QPSK o 8PSK. Le frequenze utilizzate dal Paylod Gobale erano 29,5 GHz ¿ 30,0 GHz per l¿Uplink e 19,7 ¿ 20,2 GHz per il Downlink.

Il sistema Globale di Italsat &#232 stato recentemente utilizzato anche dall¿Eutelsat per trasmissioni sperimentali in banda Ka ed ha smesso di operare a met&#224 2003.

Caratteristiche del Sistema Eutelsat Hotbird 6

Un sesto satellite si &#232 unito alla famiglia Hotbird di Eutelsat ad inizio 2002 per venire incontro alla crescente domanda di servizi Broadcast e Interattivi di nuova generazione. Tale satellite, oltre alla capacit&#224 in banda Ku, include capacit&#224 in banda Ka con payload trasparenti e/o rigenerativi con tecnologia Skyplex. Tale satellite realizzato da Alcatel Space Industries (Francia) ha a bordo un sistema di rigenerazione e multiplazione (Skyplex) progettato e realizzato da Alenia Spazio. La vita di tale satellite &#232 stimata durare per pi&#249 di 12 anni. Hotbird6 ha 4 transponder in banda Ka che illuminano 4 zone europee in Uplink (G/T) interconnesse per il Downlink ad una copertura europea globale.


Il sistema &#232 molto flessibile con l¿utilizzo delle tecnologie Skyplex in banda Ka. Il Payload infatti permette servizi IP interattivi basati sullo standard DVB con terminali di utente di piccole dimensioni. Tale tecnologia permette lo sviluppo di applicazioni digitali interattive nel contesto di soluzioni di emergenza in caso di disastri naturali.


Sistema Skyplex

La tecnologia elaborazione a bordo Skyplex del satellite HotBird6 (HB6) &#232 originata dall¿idea di portare le capacit&#224 di multiplexing MPEG2 Transport Stream (TS) sul satellite. In Skyplex, i contenuti audio/video sono trasmessi da piccole stazioni terrestri al satellite con il metodo Time Division Multiple Access (TDMA) oppure con il metodo Single Channel Per Carrier (SCPC). Questi segnali sono demodulati, rigenerati e multiplexati dall¿unit&#224 Skyplex a bordo del satellite e trasmessi in downlink in formato DVB-S. L¿applicazione di questa tecnologia per la connessione dati permette di avere reti magliate, a stella o ibride con terminali VSAT bidirezionali.

La rete Skyplex opera in banda Ka, utilizzando il satellite HB6 con processamento dati a bordo. Permette, in modalit&#224 TDMA o SCPC, l¿uplink di IP, multimedia, e contenuti TV in formato MPEG-2 da postazioni indipendenti disperse geograficamente. Il contenuto dell¿uplink viene multiplexato e processato on-board su HB6 e trasmesso al terminale terrestre in formato DVB-S. Tale rete pu&#242 operare in configurazione completamente magliata o configurazione stellare.

La tecnologia SkyplexData permette trasmissione dati LAN-to-LAN, telefonia IP, Gruppo chiuso di utenti, ripristino reti intranet. Inoltre si possono ottenere Servizi Interattivi di tipo punto-punto (video conferenza uno a uno) o uno a molti (insegnamento a distanza). I terminali remoti possono lavorare in modalit&#224 Bandwidth on Demand (BoD), Best Effort oppure in modalit&#224 CIR.

&#169 2004 key4biz.it

Per approfondimenti, leggi:

Satelliti e Progetto TIES. Emergenza e sicurezza nelle telecomunicazioni istituzionali

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