A TRADE-OFF ANALYSIS BETWEEN S AND KU BAND TCR SUBSYSTEMS IN COMMERCIAL SATELLITES

Abstract

Telemetry, Command and Ranging (TCR) subsystem has a vital role in commercial satellite operations independent of satellite payload such as broadcasting, optical, navigation and remote sensing. This subsystem securely establishes the communication link between ground station and satellite. TCR link has to be operational and healthy during all satellite lifetime and phases. In order to efficiently design TCR subsystem, some trade-offs must be applied to finalize the subsystem architecture. A critical decision point appears with the subsystem frequency band selection. S-band and Ku-band systems behave distinctly according to satellite mission. Commercial satellites can be classified into communication, imaging, weather, remote sensing and navigation. Commercial communication satellites cover the 40% of the overall market where satellite manufacturers aim to reduce design, integration and test cost by applying appropriate trade-offs before finalizing design phase. In this study, trade-off analysis between S and Ku-band TCR subsystem is investigated in terms of applied communication link margins and integration of the subsystem with satellite payload. The trade-off analysis show that Ku-band provides 3.87dB margin for telecommand (TC) and 24.92dB margin for telemetry (TM) links. S-band offers 45.74dB margin for TC and 30.42dB margin for TM links.

Keywords

• Commercial satellites,TCR,Link budget margin,Modulation index

TİCARİ UYDULARDA S VE KU BANT TKM ALTSİSTEMİ ÖDÜNLEŞİM ANALİZLERİ

Abstract

TKM (Telemetri, Komut ve Mesafelendirme) alt sistemi TV yayıncılığı, gözlem, konumlandırma, uzaktan algılama gibi farklı faydalı yükler taşıyan ticari uydularda önemli bir rol oynamaktadır. Yer istasyonu ile uydu arasındaki haberleşme linkinin güvenli şekilde kurulabilmesi bu alt sistem üzerinden sağlanmaktadır. Bu haberleşme linki uydunun tüm yaşam ömrü ve farklı fazları boyunca sağlıklı bir şekilde çalışabilir olması gerekmektedir. TKM alt sisteminin verimli şekilde tasarlanıp mimarisinin dondurulabilmesi için bazı ödünleşim analizleri uygulanmaktadır. Alt sistemin çalışma frekansının seçimi kritik bir tasarım noktası olarak karşımıza çıkmaktadır; çünkü S-bant ve Ku-bant sistemler uydunun görevine göre birbirinden çok farklı özellikler göstermektedirler. Ticari uydular, haberleşme, gözlem, meteoroloji, uzaktan algılama ve konumlama uyduları olarak farklı gruplara ayrılabilirler. Ticari haberleşme uyduları uydu pazarının yaklaşık %40’ını kaplarken, uydu üreticileri de tasarım fazının bitirilmesi öncesinde tasarım, bütünleştirme ve test maliyetlerini düşürecek ödünleşimlerin yapılmasını hedeflemektedirler. Bu çalışmada, S ve Ku-bant TKM alt sistemlerinin haberleşme link payları ve alt sistemin uydu faydalı yüküyle entegrasyonu açısından ödünleşim analizleri incelenmiştir. Ödünleşim analizlerinde Ku-bant sistemlerin telekomut için 3,87dB, telemetri için 24,92dB marj sağladığı, diğer tarafta S-bant sistemlerde sırasıyla aynı haberleşme linkleri için 45,74dB ve 30,42dB marj elde edildiği görülmüştür.

Keywords

• Ticari uydular,TKM,Link bütçe payları,modülasyon indeksi

References

1. Maral, G. and Bousquet, M., Satellite Communications Systems (Systems, Techniques and Technology), Wiley, West Sussex, 2009.
2. Elbert, B. R., Introduction to Satellite Communication, McGraw Hill, New York, 2006.
3. Griffin, M. D. and French J. R., Space Vehicle Design, AIAA Education Series, 2004.
4. Baldi, M, Chiaraluce, F., Garello, R., Maturo, N., Sanchez, I.A., and Cioni, S., “Analysis and Performance Evaluation of New Coding Options for Space Telecommand Links – Part I: AWGN Channels”, International Journal of Satellite Communications and Networking, Vol. 33, No. 6, 509-525, 2014.
5. Demircioglu, E., Nefes, M.M., and Kuzu, L., “Architectural Optimization in Satellite TCR Systems through Reliability Analysis”, European Telemetry Conference, 2008, Munich, Germany.
6. Demircioglu, E., and Nefes, M.M., “Reliability-based TT&C Subsystem Design Methodology for Complex Spacecraft Missions”, 42nd Conference on Information Sciences and Systems, 2008, 1268-1272, Princeton, NJ.
7. Lee, B-S., Jung W.C., Lee, J, Lee, S., Hwang Y., Kim, I. J., Lee, S., Kim, T., Jeong, S., and Kim. J., “Development of the Satellite Ground Control System for Multi-mission Geostationary Satellite COMS”, SpaceOps 2010, AIAA 2010-2381, 25-30 April 2010, Huntsville, Alabama.
8. Sklar, B., Digital Communications Fundamentals and Applications, Prentice Hall, New Jersey, 2004.

9. Cristea, O., Dolea, P., and Dascal, P.V., “S-band Ground Station Prototype for Low-Earth Orbit Nanosatellite Missions”, TELECOMUNICATII, Vol. 2, 64-71, 2009.
10. Thales Alania Space, “TDRSS Compatible S-band Transponder Specification”, April 2011.