Ji°φ Peterka: Co je Φφm ... v poΦφtaΦov²ch sφtφch (18):

MikrovlnnΘ a dru₧icovΘ spoje

P°φvlastkem mikrovlnnΘ (microwave) se oznaΦujφ elektromagnetickΘ vlny o extrΘmn∞ krßtkΘ vlnovΘ dΘlce resp. velkΘ frekvenci, kterß je vlnovΘ dΘlce nep°φmo ·m∞rnß. V praxi se pou₧φvajφ frekvence od 1 do 12 GHz (tj. vlnovΘ dΘlky p°ibli₧n∞ 30 a₧ 2,5 cm). Vlny o takto vysokΘ frekvenci ji₧ lze, pomocφ vhodn²ch parabolick²ch vysφlacφch antΘn, soust°edit do ·zkΘho paprsku, a ten nasm∞rovat na p°ijφmacφ antΘnu. ┌zce soust°ed∞n² paprsek vykazuje minimßlnφ rozptyl, dovoluje pou₧φvat relativn∞ mal² v²kon vysφlaΦe a je velmi odoln² v∙Φi ruÜenφ. Na ni₧Üφch frekvencφch nelze dosßhnout pot°ebnΘho soust°ed∞nφ, a na vyÜÜφch frekvencφch se ji₧ zaΦφnß znateln∞ projevovat nep°φzniv² vliv atmosfΘrick²ch jev∙, jako nap°. mlhy a deÜt∞.

Obr. 18.1.: MikrovlnnΘ spoje

Vzhledem k p°φmoΦarΘmu Üφ°enφ soust°ed∞nΘho paprsku elektromagnetick²ch vln je dosah mikrovlnn²ch spoj∙ omezen na p°φmou viditelnost vysφlaΦe a p°ijφmaΦe. Ta je urΦovßna konkrΘtnφmi geografick²mi podmφnkami, a samoz°ejm∞ takΘ zak°ivenφm Zem∞. Lze ji um∞le prodlu₧ovat umis¥ovßnφm vysφlacφch a p°ijφmacφch antΘn na co nejvyÜÜφ v∞₧e. V rovin∞, kde se uplat≥uje pouze vliv zak°ivenφ zemskΘho povrchu, je obvykl² dosah kolem 50 km. Pro p°eklenutφ v∞tÜφch vzdßlenostφ je nutnΘ budovat sφ¥ retranslaΦnφch stanic - viz obr. 18.1.

Dosa₧itelnß p°enosovß rychlost na mikrovlnn²ch spojφch je zßvislß na pou₧itΘm frekvenΦnφm pßsmu a mo₧nostech p°ijφmaΦe a vysφlaΦe. M∙₧e dosahovat hodnot a₧ 10 Mbit/sekundu.

Pro poΦφtaΦovΘ sφt∞ mohou b²t mikrovlnnΘ spoje v²hodnΘ nap°φklad v m∞stsk²ch aglomeracφch v t∞ch mφstech, kde neexistujφ vhodnΘ drßtovΘ p°enosovΘ cesty a instalace nov²ch nep°ipadß v ·vahu (nap°. v historick²ch jßdrech m∞st ).

Obr. 18.2.: Troposferick² spoj

P°φmß viditelnost mezi p°ijφmaΦem a vysφlaΦem je samoz°ejm∞ znaΦn∞ omezujφcφm faktorem. Jednou z mo₧nostφ, jak se mu vyhnout, je nechat odrazit ·zce sm∞rovan² paprsek od hornφch vrstev troposfΘry (ve v²Üce cca 16 km) - viz obr. 18.2. Nev²hodou t∞chto tzv. troposfΘrick²ch spoj∙ je nutnost pou₧φvat velk² v²kon vysφlaΦe (desφtky kW), p°iΦem₧ p°ijφman² signßl b²vß velmi slab² - jen asi 1 nW.

S dalÜφ mo₧nostφ - vyu₧itφm dru₧ice - poprvΘ p°iÜel znßm² spisovatel sci-fi, Arthur C. Clarke, a to ji₧ v roce 1945, tedy 12 let p°ed vypuÜt∞nφm prvnφho sputniku.

Dnes se pro dru₧icovΘ spoje (satellite links) pou₧φvajφ p°evß₧n∞ tzv. geostacionßrnφ dru₧ice, n∞kdy oznaΦovanΘ tΘ₧ jako tzv. synchronnφ dru₧ice), kterΘ se pohybujφ ve v²Üce p°ibli₧n∞ 36 000 km nad zemφ. V tΘto v²Üce je doba jejich obletu kolem Zem∞ rovna dob∞ otoΦenφ zem∞koule kolem jejφ osy, co₧ znamenß, ₧e se nachßzejφ v₧dy nad stejn²m bodem zemskΘho povrchu - v∞tÜinou se takto umis¥ujφ nad rovnφk.

Obr. 18.3.: Dru₧icov² spoj

Dru₧ice m∙₧e fungovat jen jako pouh² odra₧eΦ signßlu - pak jde o tzv. pasivnφ dru₧ice. V²hodn∞jÜφ jsou vÜak tzv. aktivnφ dru₧ice. Ty obsahujφ v₧dy n∞kolik tzv. transpondΘr∙ (transponders), kterΘ fungujφ jako na sob∞ nezßvislΘ retranslaΦnφ stanice. P°ijφmajφ signßl vysφlan² ze Zem∞ (tzv. up-link signal), p°evßdφ jej do jinΘho frekvenΦnφho pßsma, zesilujφ jej a vysφlajφ zp∞t sm∞rem k Zemi (jako tzv. down-link signal) - viz obr. 18.3.

Pro dru₧icovΘ spoje se pou₧φvajφ r∙znß frekvenΦnφ pßsma. V tz. C-pßsmu (C-band) se ze Zem∞ k dru₧ici vysφlß v pßsmu 6 GHz, a v opaΦnΘm sm∞ru v pßsmu 4 GHz. Jsou k tomu zapot°ebφ relativn∞ velkΘ parabolickΘ antΘny. Tzv. KU-pßsmo (KU-band) pracuje s vyÜÜφmi frekvencemi (12-14 GHz), co₧ umo₧≥uje pou₧φvat rozm∞rov∞ menÜφ antΘny (o pr∙m∞ru cca 60-100 cm).

Pomocφ dru₧icov²ch spoj∙ lze vytvo°it p°enosovΘ kanßly a okruhy ÜirokΘho spektra p°enosov²ch rychlostφ (a₧ desφtek a stovek megabit∙ za sekundu), kterΘ se sv²mi vlastnostmi pln∞ vyrovnajφ pozemnφm kabelov²m spoj∙m, a v mnohΘm je i p°edΦφ. Dru₧icovΘ spoje vÜak majφ i svΘ nev²hody. Tou nejv²razn∞jÜφ je zpo₧d∞nφ, kterΘ p°i p°enosu vznikß.

Ze Zem∞ na geostacionßrnφ dru₧ici a zp∞t dorazφ signßl p°ibli₧n∞ za 250 a₧ 300 ms (podle mφsta na Zemi, odkud byl vyslßn, a ve kterΘm byl p°ijat). Budeme-li Φekat jeÜt∞ na potvrzujφcφ odpov∞∩, nem∙₧e tato p°ijφt d°φve ne₧ na cca 500-600 milisekund. A to je velmi dlouhß doba. Ne ani tak pro Φlov∞ka, jako pro p°enosovΘ protokoly, kterΘ Φekajφ na potvrzenφ p°φjmu od prot∞jÜφ strany. Ty musφ b²t vhodn∞ uzp∙sobeny, aby velkΘ zpo₧d∞nφ potvrzujφcφ odpov∞di neinterpretovaly chybn∞, a nesna₧ily se p°φliÜ brzy o op∞tovnΘ vyslßnφ ji₧ d°φve p°enesen²ch blok∙ dat.

Dru₧icovΘ spoje lze vyu₧φt pro realizaci dvoubodov²ch spojenφ. Vzhledem ke svΘ povaze vÜak umo₧≥ujφ i p°enosy od jednoho zdroje k vφce p°φjemc∙m (tzv. broadcasting, kter² vyu₧φvajφ nap°. r∙znΘ satelitnφ televize), a od vφce zdroj∙ k jedinΘmu p°φjemci (tzv. vφcenßsobn² p°φstup, multiple access).

Obr. 18.4.: Datovß sφ¥ VSAT
b/ vφcenßsobn² p°φstup

Obr. 18.4.: Datovß sφ¥ VSAT
a/ broadcasting

Tyto dv∞ vlastnosti se s ·sp∞chem vyu₧φvajφ v datov²ch sφtφch, vytvß°en²ch pomocφ dru₧icov²ch spoj∙. Pou₧φvajφ tak vysokΘ frekvence, ₧e vystaΦφ jen s relativn∞ mal²mi pozemnφmi antΘnami resp. s velmi mal²m ·hlem vyza°ovßnφ. JednotlivΘ uzlovΘ body tΘto sφt∞ jsou oznaΦovßny jako terminßly VSAT (Very Small Aperture Terminal).

Datovß sφ¥ VSAT (VSAT Data Network) p°edpoklßdß existenci jednoho centrßlnφho bodu (tzv. hub) a v∞tÜφho poΦtu terminßl∙ VSAT, p°iΦem₧ komunikace je mo₧nß jen mezi terminßlem a centrßlnφm bodem, nikoli p°φmo mezi dv∞ma terminßly - viz obr. 18.4. D∙vody jsou p°edevÜφm technickΘ a vypl²vajφ ze samotnΘ podstaty dru₧icov²ch spoj∙. Mnoh²m aplikacφm, kterΘ sφt∞ VSAT vyu₧φvajφ, vÜak takovßto "centralizovanß" koncepce pln∞ vyhovuje, nebo¥ jde o aplikace, kterß umo₧≥ujφ velkΘmu poΦtu u₧ivatel∙ p°φstup k jednomu centralizovanΘmu informaΦnφmu zdroji - nap°. velkΘ databßzi, rezervaΦnφmu systΘmu apod.

Obecnou v²hodou vÜech dru₧icov²ch spoj∙ je jejich nezßvislost na pozemnφ komunikaΦnφ infrastruktu°e, mo₧nß mobilita pozemnφch stanic, mo₧nost realizovat spojenφ i do jakkoli odlehl²ch a nep°φstupn²ch mφst, a v neposlednφ mφ°e takΘ vysokΘ p°enosovΘ rychlosti, kter²ch lze pomocφ dru₧icov²ch spoj∙ dosßhnout.