Satellitenkommunikation - Cheatsheet

Bau und Funktion von Kommunikationssatelliten

Definition:

Kommunikationssatelliten ermöglichen drahtlose globale Telekommunikation durch Umwandlung und Weiterleitung von Signalen eingehender und ausgehender Datenströme.

Details:

• Satelliten bestehen aus: Nutzlast (Transponder, Antennen) und Plattform (Energieversorgung, Steuerungssysteme).
• Geostationäre Umlaufbahn (GEO) für konstante Erdbeobachtung, niedrige Latenz.
• Niedrige Erdumlaufbahn (LEO) für schnelle Datenübertragung, erfordert Netzwerk von Satelliten.
• Transponder: Umwandeln, Verstärken und Weiterleiten von Signalen.
• Wichtig: Frequenzbänder (Ku, C, Ka) für unterschiedliche Anwendungen.
• Antennen: Richtstrahlantennen für gezielte Abdeckung, omnidirektionale Antennen für große Flächen.
• Solarzellen und Batterien als Energiequellen.
• Steuerungssysteme für Ausrichtung, Orbitanpassung, und thermische Kontrolle.

Manöver zur Bahnanpassung

Definition:

Manöver zur Bahnanpassung bezeichnen die Änderungen der Flugbahn eines Satelliten, um dessen Position oder Umlaufbahn zu korrigieren.

Details:

• Ziel: Optimierung der Umlaufbahn, Korrektur von Abweichungen, Kollisionsvermeidung
• Hauptarten: Bahnmanöver und Lageregelungsmanöver
• Hohmann-Transfer: \(\frac{\text{Δv}_1 + \text{Δv}_2}{2}\)
• Phasing-Manöver: Anpassung der Orbitalperiode durch leichte Geschwindigkeitsänderungen
• Δv-Budget: Gesamte Geschwindigkeitsänderung, die der Satellit über seine Lebensdauer durchführen kann

Fehlererkennung und -korrektur

Definition:

Mechanismen zur Erkennung und Korrektur von Übertragungsfehlern in der Datenkommunikation.

Details:

• Fehlererkennung: Prüfsummen (\textit{checksums}), Fehlererkennungsbits (Paritätsbit, zyklische Redundanzprüfung: \textit{CRC})
• Fehlerkorrektur: Vorwärtsfehlerkorrektur (\textit{forward error correction}: z.B. Reed-Solomon Codes, Faltungscodes) und Rückwärtsfehlerkorrektur (\textit{automatic repeat request: ARQ})
• CRC: berechtet eine Prüfziffer durch Division der Datenblöcke durch ein Generatorpolynom
• Hamming-Code: Bitmanipulation zur Erkennung und Korrektur eines einzelnen Bitfehlers
• Mathematische Modelle und Algorithmen gewährleisten Datenintegrität in Satellitenkommunikation

Mobilfunk über Satelliten

Definition:

Mobilfunk-Kommunikation, die Satelliten anstatt terrestrischer Netzwerke nutzt.

Details:

• Höhere Reichweite: Abdeckung von entlegenen Gebieten.
• Satellitentypen: LEO (Low Earth Orbit), MEO (Medium Earth Orbit), GEO (Geostationary Earth Orbit).
• Frequenzen: UHF, L-Band, S-Band, Ku-Band und Ka-Band.
• Latenz: GEO-Satelliten haben höhere Latenz im Vergleich zu LEO.
• Anwendung: Notfallkommunikation, Schifffahrt, Luftfahrt.
• Technologien: VSAT (Very Small Aperture Terminal), MSS (Mobile Satellite Services), FSS (Fixed Satellite Services).

Genauigkeitsverbesserungen und Fehlerquellen bei GPS

Definition:

Optimierungsmaßnahmen und Fehlerquellenanalyse bei GPS

Details:

• Genauigkeitsverbesserungen:
• DGPS (Differential GPS): Verwendung von Referenzstationen zur Korrektur von Positionsdaten.
• WAAS (Wide Area Augmentation System): Korrektursignale durch geostationäre Satelliten gesendet.
• PPP (Precise Point Positioning): Nutzung von präzisen Korrekturen und Modellen.
• Fehlerquellen:
• Atmosphärische Fehler: Ionosphärische und troposphärische Verzögerungen.
• Multipath-Effekte: Signale, die von Gebäuden oder anderen Objekten reflektiert werden.
• Satellitengeometrie: GDOP (Geometric Dilution of Precision) - schlechtere Genauigkeit bei ungünstiger Satellitenkonstellation.
• Uhrenfehler: Zeitfehler in Satelliten- oder Empfängeruhren.
• Signalrauschen und Störungen: Elektronisches Rauschen und Interferenzen.

Bandbreitenmanagement

Definition:

Verwaltung und Optimierung der verfügbaren Bandbreite in einem Satellitenkommunikationssystem, um eine effiziente Datenübertragung zu gewährleisten.

Details:

• Implementierung von QoS (Quality of Service)
• Verwendung von Bandbreiten-Zuteilungsalgorithmen wie FDM, TDM, CDM
• Beachtung von Satellitenorbit und Wettereinflüssen
• Bandbreitenplanung mit Systemen wie DVB-S2, DAMA
• Formeln zur Bandbreitenberechnung: \( BW = \sum_{\text{Kanal}} B_k \)

Energieversorgung und Antriebssysteme

Definition:

Verantwortlich für die Stromversorgung und die Positionskontrolle von Satelliten im Weltraum.

Details:

• Solarmodule: Primäre Energiequelle
• Nickel-Wasserstoff- und Lithium-Ionen-Batterien: Energiezwischenspeicherung
• Thermische Kontrolle: Wichtige Systeme zur Vermeidung von Überhitzung oder Unterkühlung
• Elektrische Antriebssysteme: Ionen- und Hall-Effekt-Triebwerke für Langzeitmissionen
• Chemische Antriebssysteme: Hydrazin- und Bipropellant-Triebwerke für kurzzeitige Hochleistungsmanöver
• Formel für elektrische Leistung: \( P = V \times I \)
• Formel für Energie: \( E = P \times t = V \times I \times t \)

Satellitenbasierte Internet- und TV-Dienste

Definition:

Internet- und TV-Dienste, die über Kommunikationssatelliten bereitgestellt werden.

Details:

• Verbindung über geostationäre, mittlere Erdumlaufbahn (MEO) oder niedrige Erdumlaufbahn (LEO) Satelliten.
• Vermeiden von terrestrischer Infrastruktur, besonders nützlich in abgelegenen Gebieten.
• Frequenzbänder wie Ku-Band und Ka-Band üblich.
• Ansprechzeiten und Datenrate durch Entfernung beeinflusst: LEO schneller als GEO.
• Typische Anwendungen: Breitbandzugang (z.B., Starlink), Fernsehübertragung (z.B., Dish Network), Notfallkommunikation.