GEO kontra LEO

Klasyczny satelita geostacjonarny (GEO - Geostationary Earth Orbit) "wisi" 36 tyś. km nad równikiem i właśnie ta lokalizacja gwarantuje obracanie się obiektu razem z Ziemią, z zachowaniem stałej wobec niej pozycji. To rozwiązanie wygodne – sygnał bowiem jest wysyłany przez satelitę ciągle w tym samym kierunku i zawsze trafia w to samo miejsce na Ziemi. Równie łatwo wiązką elektromagnetyczną "trafić" satelitę z Ziemi. Mimo że prędkość wiązki wynosi 300 tyś. km/s, to na długim dystansie sygnał "odbity" za pomocą satelity GEO, choćby był wysłany przez komputera z sąsiedniego biurka, dotrze dopiero po pół sekundzie (4 x 36 tyś. km).

A dla szybkich procesorów, pół sekundy to pół wieczności. Opóźnienia sygnałów są problemem dla aplikacji czasu rzeczywistego (real time), wideokonferencji, zwykłych rozmów telefonicznych, a nawet protokołów transmisji danych. Niemal całe oprogramowanie, łącznie ze standardami Internetu, powstało dla warunków "ziemskich", a to znaczy, że odległości między węzłami sieci są o rzędy wielkości mniejsze niż dystans do orbity geostacjonarnej. Zastosowanie niskoorbitowego satelity LEO (Low Earth Orbit) umieszczonego na wysokości kilkuset km sprawia, że opóźnienie zmniejsza się do poziomu jednej setnej sekundy. Z tym już da się żyć, a o to, że taka kosmiczna zabawka zawadzi gdzieś o komin, też nie musimy się obawiać.

Oczywiście, mniejsze odległości od Ziemi to również mniejsze rozproszenie emitowanego sygnału – niepotrzebne są zatem 60-centymetrowe i większe talerze! Faktycznie, Teledesic przewiduje, że minimalna średnica anteny satelitarnej będzie miała zaledwie 16 cm. Rozmiar ten może być wszakże i 10 razy większy, w zależności od warunków lokalnych.

Komórki do wynajęcia

Niskoorbitalny satelita to mały "odcisk" jego elektromagnetycznej "stopy" na powierzchni Ziemi (foot print). Przyjęto, iż jest to kwadrat o boku 1280 km. Teoretycznie wystarczyłby jeden taki na całą Polskę. Problem w tym, że "niski" satelita zmuszony jest do bardzo szybkiego krążenia dla zachowania wysokości. Przy prędkości 25 tyś. km na godzinę, po ok. 3 minutach zostałaby zerwana łączność z Internetem w naszym kwadracie (?!). Sprawa się zatem komplikuje, ale i na to jest rada.

W systemie Teledesic powierzchnię Ziemi podzielono na 20 tyś. superkomórek (supercells) o rozmiarach 160 x 160 km. Każda z nich zawiera 9 mniejszych komórek (cells) 53,3 x 53,3 km. Tak więc odcisk stopy pojedynczego satelity to 64 superkomórki (lub 576 komórek). W rzeczywistości model jest bardziej złożony, chociażby z tego powodu, że równik (40 tyś. km) można pokryć 250 superkomórkami, a w miarę wzrostu szerokości geograficznej liczba ta będzie sukcesywnie maleć. Z komórkami skojarzone zostaną określone usługi teleinformatyczne (kanały) i to one właśnie wynajmowane będą klientom -w szczególności operatorom czy dużym organizacjom, a więc "internetowym hurtownikom".

Do zapewnienia stabilności tych usług, poszczególne komórki będą "przełączane" między satelitami zmieniającymi nieustannie pozycję. Przestrzenna struktura kosmicznej sieci jest tak skonstruowana, że każdy jej węzeł (satelita) współpracuje z ośmioma sąsiadami. Jest to zatem rozproszona konfiguracja i choć znajduje się pod gwiazdami, nie grozi załamaniem się, wywołanym awarią centralnego komputera.

Z uwagi na ciągłe skanowanie komórek przez różne satelity zaprojektowano odpowiednich metod transmisji sygnałów:

- TDMA (Time Division Multiple Access)

- SDMA (Space Division Multiple Access)

- FDMA (Frequency Division Multiple Access)

- ATDMA (Asynchonous Time Division Multiple Access).

Metody te gwarantują synchronizację kwantów czasowych transmisji (time slot) między komórkami a satelitami (FDMA - uplink, ATDMA - downlink), wśród komórek w ramach superkomórki (TDMA) oraz między sąsiednimi superkomórkami (SDMA). Przedział czasu przewidziany dla transmisji 512-bitowego pakietu to 23,111 milisekund. Pozwala to na standardową transmisję z prędkością 16 kb/s (+ dane w kanale sterującym). Kanały można łączyć w zależności od potrzeb klientów. Np. 8 kanałów podstawowych odpowiada szerokości pasma ISDN (2B + D). Dalsze warianty szybkościowe to:

T-1 (1,5 Mb/s)

E-1 (2 Mb/s)

OC-3 (155 Mb/s)

OC-24 (1,2 Gb/s).

Czy system Teledesic będzie zrealizowany w terminie? Pojawiaja się systemy konkurencja, np. Spaceway (firmy Hughes), Cellestri (AT&T) czy Globastar (Qualcomm). Najbardziej zaawansowany jest projekt Iridium (Motorola) - od połowy br. w kosmosie jest już 12 obiektów, dalszych 54 rozpocznie pracę na początku przyszłego roku.