Satcom

STAV: Ukončen

Základní popis projektu

PECS projekt "Satcom" (celým názvem "Building Penetration Measurement and Modelling for Satellite Communications at L, S and C-Band", volně přeloženo jako Měření a modelování pronikání signálu do budov pro družicové komunikace v pásmech L, S a C) byl realizován Elektrotechnickou fakultou ČVUT v Praze. Tento dvouletý projekt začal v lednu 2009 a podle plánu byl úspěšně ukončen v prosinci 2010. Rozsáhlá měřící kampaň, během které byl měřen útlum signálu v typizovaných budovách v pásmech L, S a C, proběhla v létě 2009. Na základě podrobné analýzy výsledků měření byly odvozeny nové empirické modely pro zmíněná frekvenční pásma. Výsledky byly publikovány v odborných publikacích [1] a [2] a jako příspěvky na konferencích.

Detailnější popis projektu

Projekt vyžadoval provést měření za účelem získání referenční sady experimentálních dat. Bylo rozhodnuto, že pro měření bude použita dálkově ovládaná vzducholoď, jejíž použitelnost byla již prokázána z předcházejících testů. Pro její použití však bylo potřeba realizovat významná vylepšení, zejména v podobě vyvinutí nové vysílací a přijímací stanice (Obr. 1 a 2). Také bylo vybráno pět různých typů budov v pražské zástavbě (Obr. 3) za účelem stanovení detailní charakteristiky útlumu signálu u hlavních reprezentativních typů budov. V nich posléze měření útlumu proběhla. Aby mohl být útlum signálu vypočítán na základě získaných experimentálních dat, musí být stanovena tzv. referenční úroveň. Ale protože žádná standardizovaná definice útlumu signálu neexistuje, měřící systém byl zkalibrován na volném prostranství. Dále bylo provedeno referenční měření v blízkosti jedné z budov na úrovni ulice a u 4 vybraných budov na střeše, aby měření mohla být porovnána s jinými definicemi útlumu signálu.

Obr.1: Vysílací stanice

Teoretická část projektu začala revizí existujících modelů šíření signálu od družice do budov. Vybrané modely byly posléze validovány a porovnány se získanými daty a nově odvozenými empirickými modely. Pro tyto účely byla data nejdříve statisticky zpracována a roztříděna, aby se útlum pronikající do budovy získal jako funkce frekvence, elevace, azimutu vzhledem k orientaci budovy, čísla podlaží vzhledem k výšce okolních střech, poloze ve vnitřních prostorách, typu budovy a jejímu okolí a orientaci přijímací antény. Každý měřený scénář byl důkladně prozkoumán za účelem zjištění všech známých/předvídatelných efektů ovlivňující šíření signálu. Na teoretickou část projektu navázal jak statistický/empirický postup, který poskytl vhodné modely pro šíření signálu ze satelitu do budov, tak i deterministický postup, který umožnil porozumět danému mechanismu šíření.

Obr.2: Přijímací stanice

Měření proběhla podle schématu na Obr. 4. Pro všechny stanoviště přijímače v každé z budov, které dostatečně reprezentovaly patra a různé vzdálenosti přijímače od zdí/oken, byla realizována měření charakterizována 4 přelety vzducholodě v rovinách vzájemně postupně posunutých o 45°. Délka přeletu byla určena požadavkem na získání hodnot měření pro elevační úhly od 25° do 90°. Všechna data byla pečlivě roztříděna a útlum byl spočítán pro každé stanoviště za použití kalibrace z volného prostranství. Následně bylo možně analyzovat útlum nejen pro každé stanoviště, ale také pro celou budovu díky prostému průměru získaných hodnot. Na základě těchto charakteristik byly navrženy empirické modely pro pásmo L, S a C. Tyto modely spolu s experimentálními daty byly porovnány s výsledky z předchozích mimoprojektových měření. Výsledky byly následně publikovány v odborných publikacích [1] a [2] a jako příspěvky na konferencích.

Obr.3: Pět budov v Praze, které byly použity pro měřící kampaň

Shrnutí aktivit v roce 2009
Řešení projektu probíhalo v roce 2009 dle plánu uvedeného v projektovém návrhu projektu. Bylo dosaženo odpovídajících plánovaných cílů: byla vyvinuta měřicí aparatura a metodika měření, byla realizována měřicí kampaň a proběhlo základní zpracování surových experimentálních dat.

Byly dokončeny práce v pracovních okruzích WP1 (Analýza existujících modelů pro šíření družicových signálů do budov a předběžná definice nového), WP2 (Příprava na měření), WP3 (Samotné měření) a WP4 (zpracování dat) a dle časového plánu dodány do ESA odpovídající technické zprávy. Na základě výsledků mohlo řešení pokračovat v dalším roce 2010 dle původního plánu.

Shrnutí aktivit v roce 2010
V roce 2010 byla některá měření zopakována, čímž se základní datový soubor rozšířil a mohly tak být realizováno další dodatečné zpracování a následné analýzy. Detailní analýzy experimentálních dat spolu s navrženými empirickými modely byly představeny v rámci WP5 (modelování pronikání signálu do budov) a také byly aktualizovány WP 1 až 4. Projekt byl ukončen finální prezentací výsledků projektu a dodáním experimentálních dat v prosinci 2010 ve středisku ESA ESTEC.

Obr.4: Schématické znázornění experimentálního měření

[1] M. Kvicera, P. Horak, P. Pechac, F. Perez-Fontan, “On a definition of building penetration loss for high elevation angles,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2010, vol. 58, no. 12, p. 4115-4118.

[2] M. Kvicera, P. Pechac, “Building penetration loss for satellite services at L-, S- and C-band: measurement and modeling,” Accepted to IEEE Transactions on Antennas and Propagation, December 2010.

Trvání projektu: 2009-2010
Schválený rozpočet : 97 400 EUR
Hlavní řešitel: Pavel Pechač
Adresa: České vysoké učení technické v Praze, FEL
166 27  Praha 6
Email: pechacfel.cvut.cz