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 più avanzate di diversificazione di spazio e di frequenza disponibili sui satelliti commerciali di nuova generazione, tale banda diventa sempre più affollata. Si è reso necessario studiare sin dagli anni 70-80 l¿utilizzo di frequenze più 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 capacità 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 trasportabilità 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 più elevate della banda Ka:
La prima è che per la stessa dimensione di antenna il guadagno in banda Ka è maggiore di quello in banda Ku. Come conseguenza immediata i Terminali di Utente possono essere di dimensioni inferiori in banda Ka rispetto alla banda Ku; d¿altro canto poiché il beam di trasmissione dell¿antenna è più piccolo (avendo maggiore guadagno) la suscettibilità agli errori di puntamento dell¿antenna aumenta con l¿aumentare della frequenza da banda Ku a banda Ka e quindi le antenne in banda Ka montate a bordo del satellite diventano più complesse;
La seconda conseguenza è relativa all¿attenuazione da pioggia alle frequenze più elevate e quindi è maggiore nella banda Ka, che si estende da 20 a 30 GHz, rispetto alla banda Ku, che se dovessimo includere la banda DBS, si estende da 11 a 18 GHz.
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 è così ostile come le considerazioni teoriche svolte negli anni 70-90 la dipingevano. Infatti negli ultimi anni 1998-2002 si è vista una grande accellerazione nel progettare e produrre sistemi in banda Ka.
A tale riguardo l¿Italia è sempre stata all¿avanguardia sullo sviluppo di satelliti e sistemi operanti in banda Ka per servizi commerciali. Già 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 è stato lanciato nel Gennaio 1991. Il secondo satellite Italsat è 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 è stata comunemente denominata SkyPlex (Multiplazione nel Cielo) ed è stata impiegata anche nella banda Ku a partire dal satellite Hot Bird 3 Eutelsat mentre con Hot Bird 6 (lanciato all¿inizio del 2002) è stato anche realizzato un Payload in banda Ka che può essere sia trasparente che rigenerativo.
Cenni Storici sul Sistema Italsat
ITALSAT è stato un sistema di telecomunicazioni satellitari sviluppato dall¿Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Tale sistema era composto di due unità di volo (satelliti). La prima unità di volo F1 è stata lanciata con successo nel Gennaio del 1991 mentre la seconda unità di volo F2 è 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 capacità 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 capacità totale del Payload rigenerativo era di 12000 circuiti a 32 Kbps ciascuno. Il sistema rigenerativo, realizzato mediante una matrice di Banda-Base, effettuava la connettività 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 è stato recentemente utilizzato anche dall¿Eutelsat per trasmissioni sperimentali in banda Ka ed ha smesso di operare a metà 2003.
Caratteristiche del Sistema Eutelsat Hotbird 6
Un sesto satellite si è 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 capacità in banda Ku, include capacità 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 è stimata durare per più 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 è 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) è originata dall¿idea di portare le capacità 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¿unità 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 modalità 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 può 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 modalità Bandwidth on Demand (BoD), Best Effort oppure in modalità CIR.
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Per approfondimenti, leggi:
Satelliti e Progetto TIES. Emergenza e sicurezza nelle telecomunicazioni istituzionali
