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Vorlesungsverzeichnis >> Technische Fakultät (TF) >>

  Satellitenkommunikation (Satkom-V)

Dozent/in
Dr.-Ing. Christian Rohde

Angaben
Vorlesung
2 SWS, benoteter Schein, ECTS-Studium, ECTS-Credits: 5
nur Fachstudium, Sprache Deutsch, Vortrag in Deutsch, Skript in Englisch
Zeit und Ort: Do 16:15 - 17:45, H5

Studienfächer / Studienrichtungen
WPF INF-MA 1-4
WPF EEI-MA-INT 1-4
WPF EEI-MA-MIK 1-4
WPF EEI-BA-INT 5-6
WPF EEI-BA-MIK 5-6
WPF IuK-MA-ES-EEI 1-4
WPF IuK-MA-KN-EEI 1-4
WPF IuK-MA-ÜTMK-EEI 1-4
WPF IuK-BA 5-6
WPF ICT-MA-ES 1-4
WPF ICT-MA-NDC 1-4
WPF WING-MA 1-3
WPF WING-MA-ET-IT 1-3
WPF INF-BA-V-EI 5-6
WPF BPT-MA-E 1-3

Inhalt
Nach einem historischen Rückblick zur Entwicklung der Satellitenkommunikation werden die einzelnen Komponenten eines typischen Gesamtsystems (Boden- und Raumsegment) näher betrachtet. Hierzu zählt der prinzipielle Aufbau von Trägerraketen, von Satelliten (Satellitenplattformen, Subsysteme, Nutzlasten), die meist genutzten Umlaufbahnen und die verschiedenen Kommunikationsverbindungen (Uplink, Downlink, Inter-Satellite-Link). Die Besonderheiten der Signalausbreitung und -übertragung über große Entfernungen zwischen Bodenstationen und Satelliten werden erklärt und mit Beispielen ergänzt. Dabei wird insbesondere eingegangen auf verwendete Frequenzen, Signaldispersion und -dämpfung, atmosphärische Effekte sowie Störeinflüsse der Weltraumumgebung. Die Architektur transparenter und regenerativer Kommunikationseinheiten wird ausführlich an Beispielen kommerziell verfügbarer Transponder und Onboard-Prozessoren erklärt. Die Prinzipien moderner, standardisierter Verfahren zur Signalaufbereitung und Übertragung von Video-/Bild und Audiosignalen über Satellit (z.B. MPEG, H.264/265, DVB-S/-S2/-S2X) werden erläutert und diskutiert. Dies umfasst Verfahren zur Quellencodierung, Kanalcodierung und Modulation, Kanalzugriff und -diversität. Außerdem wird auf die im Orbit und im kommerziellen Einsatz befindlichen Kommunikationssatelliten und der damit verbundenen großen Dienstevielfalt eingegangen wie z.B. bei TV- und Breitbandversorgung sowie in Mobilkommunikationssystemen. Abschließend werden einige Herausforderungen und Forschungsansätze im Zusammenhang mit den neuen Megakonstellationen und Next Generation High Throughput Satellites (HTS) für zukünftige Satellitensysteme vorgestellt. Die in der Vorlesung behandelten physikalischen, elektro- und nachrichtentechnischen Zusammenhänge werden in den ergänzenden Übungen mit Rechenbeispielen vertieft.

Gliederung der Vorlesung:
1. Einführung: Überblick über die Hauptkomponenten, Satelliten, Anwendungen und Dienste, sowie Orbits, Aufgaben und Frequenzen der Satellitennetzwerke
2. Historie der Satellitenkommunikation: Wichtige Meilensteine, Entwicklung in Europa und Deutschland
3. Orbits und Konstellationen: Keplersche Gesetze, Beschreibung von Orbits, verwendete Umlaufbahnen, Bodenspuren, erreichbare Abdeckung
4. Trägersysteme: Trägerraketen, Entwicklung, Anbietermarkt, Nutzlastfähigkeit, Startplätze, Startverlauf
5. Satellitenaufbau: Auswahl aktueller Satellitenplattformen, Satellitenaufbau, Plattformkomponenten, Montageschritte und Tests
6. Satellitennutzlast (Payload): Komponenten, Industrielle Beispiele, Aufbau und Aufgaben der Payload, Transponderarchitekturen, Antennen
7. Signalausbreitung und Leistungsbilanz: Signalausbreitung, Freiraumverluste, Signaldämpfung, Rauschen, Signal-Rausch-Verhältnis, Linkbudget
8. Weltraumumgebung: Weltraumumgebungsbedingungen, Einflüsse auf den Satelliten und die Elektronik der Nutzlast
9. Quellencodierung: Audio-, Bild- und Videokompression – das Content des Satellitenfernsehens
10. Signalmodulation und Kanalcodierung: Signalkonstellationen, Modulation und Codes zur Fehlerkorrektur
11. Diversitäts- und Zugriffsverfahren: Medium Access, Duplextechniken, Multiplexmethoden, Diversitätstechniken
12. Moderne Satellitenkommunikationssysteme: Rundfunksysteme wie Sirius XM Satellite Radio, zellulare Internetversorgung mittels Satellitenkommunikation
13. Neueste Themen aus Forschung und Entwicklung

SatKom auf StudOn: http://www.studon.uni-erlangen.de/crs117969.html

ECTS-Informationen:
Title:
Satellite Communications

Credits: 5

Prerequisites
Virtual offer Videos about lectures and tutorials will be available via StudOn portal. The StudOn password to access the course material will be sent by email to students who subscribed for this lecture via MeinCampus. For some study programs, MeinCampus does not allow for subscription. In this case, please contact the lecturer directly via email.
Online Q&A At start of the semester, there will be a poll in order to identify suitable time slots for online Q&A, where questions about lecture content and organization can be posed. Resulting information of general interest to all will also be put on the StudOn-page for later look-up.

Contents
After a historical retrospective about the developments in satellite communication, the core components of a typical satellite system (ground- and space-segment) are introduced. The principles and architectures of rockets/ carriers, satellites (platform, subsystems, payload), used orbits, and the various communication links (uplink, downlink, inter-satellite-link) are shown. The special features and properties of signal transmission over such large distances are explained and stuffed with examples. In particular, more details are provided on the used frequencies, signal dispersion and attenuation, atmospheric effects as well as impairments due to space environment. The architecture of transparent and regenerative communication payloads are described in detail, accompanied by corresponding examples of commercially used transponders and onboard-processors and their technology. The principles of modern standardized methods for signal transmission and preparation of video-/image- and audio-signals via satellite, e.g., MPEG, H.264/265, DVB-S/-S2/-S2X, are illustrated and discussed. This includes methods for efficient source coding, channel coding and modulation, channel access and diversity schemes. Furthermore, the currently available communication satellites in orbit and the related variety of commercial services are introduced like, e.g., TV- and broadband services as well as mobile communication services and systems. Based on that, a few challenges and perspectives for research and development for future satellite systems are highlighted with respect to the upcoming new mega constellations and next generation high throughput satellites (HTS). The physical, electro-technical and communications concepts and schemes shown in the lectures are complemented by tutorials with sample calculations.

Table of contents:
1. Introduction: Overview of main components, satellites, applications and services, orbits, tasks, frequencies, satellite networks
2. History of satellite communications: Major milestones, development in Europe and Germany
3. Orbits and constellations: Kepler's laws, description of orbits, orbits used, ground tracks, achievable coverage
4. Launcher systems: Launch vehicles, providers, payload capabilities, launch sites, launch history
5. Satellite structure: Selection of current satellite platforms, satellite structure, platform components, assembly steps and tests
6. Payload: Components, structure and tasks of payload, transponder architecture, antennas
7. Signal propagation and link budget: Signal propagation, free space losses, signal attenuation, noise, signal to noise ratio, link budget
8. Space environment: Space environmental conditions, influences on the satellites and payload electronics
9. Source coding: Audio, image and video compression - the satellite TV broadcasting content
10. Signal modulation and channel coding: Signal constellations, modulation and error correction coding
11. Diversity and access schemes: Medium access, duplex methods, multiplex methods, diversity techniques
12. Modern satellite communications systems: Broadcasting systems like Sirius XM Satellite Radio, satellite cellular broadband communication
13. Latest topics in research and development

Zusätzliche Informationen
Schlagwörter: Satellitenkommunikation, Satellit, Orbits, Raumsegment, Bodensegment, Weltraumumgebung, Signalausbreitung, Transponder, MPEG, DVB-S/-S2, Neue Dienste
Erwartete Teilnehmerzahl: 70
www: http://www.like.tf.fau.de
Für diese Lehrveranstaltung ist eine Anmeldung erforderlich.
Die Anmeldung erfolgt von Dienstag, 1.3.2022, 06:00 Uhr bis Sonntag, 8.5.2022, 23:00 Uhr über: mein Campus.

Zugeordnete Lehrveranstaltungen
UE: Übung Satellitenkommunikation
Dozent/in: Marcelo Michael, M. Sc.
Zeit und Ort: Mi 10:15 - 11:45, H5
www: http://www.like.tf.fau.de

Verwendung in folgenden UnivIS-Modulen
Startsemester SS 2022:
Satellitenkommunikation (SATKOM)

Institution: Lehrstuhl für Informationstechnik mit dem Schwerpunkt Kommunikationselektronik (Stiftungslehrstuhl)
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