หน่วยที่ การสื่อสารผ่านดาวเทียมการสื่อสารไรส้ายและเครือข่าย 8-4

หนวยท 8

การสอสารผานดาวเทยม

ผชวยศาสตราจารย ดร.วรพล จรจรต

ชอ ผชวยศาสตราจารย ดร.วรพล จรจรต

วฒ วศ.บ. (วศวกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม)

วศ.ม. (วศวกรรมไฟฟา)

ปร.ด. (วศวกรรมไฟฟาและคอมพวเตอร)

มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

ต ำแหนง อาจารยประจ าภาควชาวศวกรรมอเลกทรอนกสและโทรคมนาคม

มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

หนวยทเขยน หนวยท 8

การสอสารไรสายและเครอขาย

8-2

แผนกำรสอนประจ ำหนวย

ชดวชำ การสอสารไรสายและเครอขาย

หนวยท 8 การสอสารผานดาวเทยม

ตอนท

8.1 แนวคดและองคประกอบของการสอสารผานดาวเทยม

8.2 การเชอมโยงสญญาณดาวเทยม

8.3 การจดสรรความจของการสอสารผานดาวเทยม

แนวคด

1. ในการสอสารไรสายระยะไกลนน ดาวเทยมท าหนาทเปนเหมอนสถานทวนสญญาณซงโคจรอยรอบ

โลกเหนอช นบรรยากาศของโลก โดยทดาวเทยมหนงดวงอาจมพนทครอบคลมสญญาณไดถง 1/4

ของโลก ท าใหสามารถสอสญญาณระหวางสถานภาคพนดนสองแหงซงต งอยหางไกลกนคนละทวป

ได การสอสารผานดาวเทยมเรมตนจากการสงดาวเทยมขนสวงโคจรในอวกาศ การออกแบบระบบ

การสอสารบนตวดาวเทยม และระบบการสอสารของสถานภาคพนดน รวมไปถงการสอสญญาณ

ภาคพนดนแบบอนๆ ไปยงผใชงาน

2. การออกแบบการเชอมโยงขนระหวางสถานภาคพนดนตนทางไปยงดาวเทยม และการเชอมโยงลง

ระหวางดาวเทยมกลบมายงสถานภาคพนดนปลายทาง จ าเปนตองค านงถงประเภทของวงโคจรของ

ดาวเทยม ต าแหนงของสถานภาคพนดนและดาวเทยม แถบความถทใชงาน การลดทอนของ

สญญาณ และสญญาณรบกวนตางๆ เพอใหม นใจวาการสอสญญาณแตละคร งมระดบสญญาณทม

คาสงเพยงพอตอการสอสาร

3. ภายในพนทใหบรการของดาวเทยมครอบคลมสถานภาคพนดนหลายสถาน เนองจากดาวเทยมท

ลอยอยในอวกาศมขอจ ากดท งทางดานขนาดของอปกรณสอสารและพลงงานไฟฟา ดงนนในการสอ

สญญาณกบสถานภาคพนดนหลายๆ สถานพรอมๆ กนจงจ าเปนตองมการจดสรรความจของการ


8-3

สอสาร โดยใชการเขาถงหลายทางแบบแบงความถ การเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา หรอการเขาถง

หลายทางแบบแบงรหส

วตถประสงค

เมอศกษาหนวยท 8 จบแลว นกศกษาสามารถ

1. อธบายการท างานของระบบการสอสารผานดาวเทยมได

2. ออกแบบการเชอมโยงสญญาณระหวางสถานภาคพนดนกบดาวเทยมได

3. อธบายการจดสรรความจของการสอสารผานดาวเทยมได

กจกรรมระหวำงเรยน

1. ท าแบบประเมนผลตนเองกอนเรยนหนวยท 8

2. ศกษาเอกสารการสอนตอนท 8.1 - 8.3

3. ปฏบตกจกรรมตามทไดรบมอบหมายในเอกสารการสอนแตละตอน

4. ฟงรายการวทยกระจายเสยง (ถาม)

5. ชมรายการวทยโทรทศน (ถาม)

6. ท าแบบประเมนผลตนเองหลงเรยนหนวยท 8

สอกำรสอน

1. เอกสารการสอน

2. แบบฝกปฏบต

3. รายการสอนทางวทยกระจายเสยง (ถาม)

4. รายการสอนทางวทยโทรทศน (ถาม)

กำรประเมนผล

1. ประเมนผลจากแบบประเมนผลตนเองกอนเรยนและหลงเรยน

2. ประเมนผลจากกจกรรมและแนวตอบทายเรอง

3. ประเมนผลจากการสอบประจ าภาคการศกษา

เมออำนแผนกำรสอนแลว ขอใหท ำแบบประเมนผลตนเองกอนเรยน


8-4

หนวยท 8 ในแบบฝกปฏบต แลวจงศกษำเอกสำรกำรสอนตอไป

บทน ำ

ในกจการโทรคมนาคม เทคโนโลยสารสนเทศ และการสอสารขอมลยคใหมนน การสอสารผานดาวเทยม

(satellite communication) มบทบาทส าคญเทยบเทากบการสอสารดวยใยแกวน าแสง ปจจบนนการสอสารผาน

ดาวเทยมไดเขามามบทบาทในชวตประจ าวนของทกคน โดยแทบทกบานมการตดตงจานรบสญญาณดาวเทยมกนอยาง

แพรหลายเพอใชในการสอสญญาณรปแบบตางๆ เชน การรบชมการถายทอดสดสญญาณภาพและเสยงทางโทรทศน

ผานดาวเทยม การใชโทรศพทขามประเทศผานดาวเทยม การประชมทางไกลดวยวดโอผานดาวเทยม เครอขาย

อนเทอรเนตผานดาวเทยม การน าทางรถยนตดวยระบบระบต าแหนงบนโลกดวยขอมลจากดาวเทยม การพยากรณ

สภาพอากาศดวยขอมลจากดาวเทยม เปนตน

ในหนวยนอธบายถงแนวคดเบองตนของการสอสารผานดาวเทยม องคประกอบของดาวเทยมและสถาน

ภาคพนดน การประยกตใชดาวเทยมในงานดานตางๆ หลกการส าคญในการสอสารไรสายผานดาวเทยม รวมไปถง

ขอจ ากดและการจดสรรความจของการสอสารผานดาวเทยม


8-5

ตอนท 8.1

แนวคดและองคประกอบของกำรสอสำรผำนดำวเทยม

โปรดอานหวเรอง แนวคด และวตถประสงคของตอนท 8.1 แลวจงศกษารายละเอยดตอไป

หวเรอง

8.1.1 แนวคดเบองตนของการสอสารผานดาวเทยม

8.1.2 องคประกอบของการสอสารผานดาวเทยม

แนวคด

1. แนวคดเบองตนของการสอสารผานดาวเทยมเรมตนมาจากนยายวทยาศาสตร และกลายมาเปน

ความจรงเมอนกวทยาศาสตรสามารถเอาชนะแรงเสยดทานจากช นบรรยากาศของโลกในการสง

ดาวเทยมขนสวงโคจรรอบโลกไดส าเรจ นบตงแตนนเปนตนมาพฒนาการของดาวเทยมม

ความกาวหนาอยตลอดเวลา เชนเดยวกบการน าดาวเทยมไปประยกตใชในงานดานตางๆ มากมาย

ในปจจบนนมดาวเทยมโคจรอยรอบโลกจ านวนมาก และสามารถครอบคลมพนทไดท วท งโลก

2. องคประกอบของการสอสารผานดาวเทยมประกอบไปดวยดาวเทยมและสถานภาคพนดน โดย

เรมตนจากการปลอยดาวเทยมขนสวงโคจรรอบโลกเหนอช นบรรยากาศของโลก การออกแบบระบบ

การสอสารบนตวดาวเทยมตองค านงถงขอจ ากดท งทางดานขนาดของอปกรณสอสารและพลงงาน

ไฟฟา และระบบการสอสารของสถานภาคพนดนตองสามารถสงสญญาณเชอมโยงขนไปในระยะ

ทางไกล พรอมท งรบสญญาณเชอมโยงลงจากดาวเทยมในระดบทต ากวาได


เมอศกษาตอนท 8.1 จบแลว นกศกษาสามารถ

1. อธบายระบบการสอสารผานดาวเทยมและการประยกตใชงานได

2. อธบายการท างานของระบบการสอสารบนดาวเทยมได

3. อธบายการท างานและระบบการสอสารของสถานภาคพนดนได


8-6

เรองท 8.1.1

แนวคดเบองตนของกำรสอสำรผำนดำวเทยม

1. ความหมายของการสอสารผานดาวเทยม 1.1 ดาวเทยม คอ สถานรบสงผานสญญาณซงโคจรอยรอบโลก โดยดาวเทยมถกปลอยใหเขาสวงโคจร

ตางๆ ทต าแหนงตางๆ กน เพอท าหนาททไดรบมอบหมาย เชน การแพรสญญาณ การสอสาร การเกบขอมลสภาพภม

ประเทศหรอภมอากาศ การสอดแนมขอมลทางทหาร การส ารวจท งในและนอกโลก เปนตน การท างานหลกของ

ดาวเทยมประกอบไปดวยการรบสญญาณจากสถานภาคพนดน การเลอกแถบความถทตองการ การลดสญญาณ

รบกวน การขยายสญญาณ และ/หรอการประมวลผลสญญาณ การแปลงความถของสญญาณ และการสงสญญาณ

กลบมายงสถานภาคพนดน

1.2 การสอสารผานดาวเทยม ประกอบไปดวยสถานสอสารซงต งอยบนโลกหรอ สถานภาคพนดน (earth station) และ ดาวเทยม (satellite) ซงโคจรอยรอบโลกเหนอช นบรรยากาศ โดยสถานภาคพนดนสองแหง

หรอมากกวานนสามารถตดตอสอสารกนไดผานดาวเทยมซงท าหนาทเปนเหมอนสถานทวนส ญญาณทลอยอยใน

อวกาศ สถานภาคพนดนตนทางสอสญญาณเชอมโยงขน (uplink) ดวยคลนไมโครเวฟไปยงดาวเทยม เมอดาวเทยม

ไดรบสญญาณแลวมอปกรณชองรบสงผานสญญาณ (transponder) ซงท าหนาทเปลยนสญญาณทไดรบจากสถาน

ภาคพนดนตนทางไปเปนสญญาณเชอมโยงลง (downlink) ทเหมาะสมในการสงกลบมายงสถานภาคพนดนปลายทาง

อกคร งหนง ดงแสดงในภาพท 8.1

ภำพท 8.1 กำรสอสำรจำกสถำนภำคพนดนตนทำงไปยงสถำนภำคพนดนปลำยทำงผำนดำวเทยม

สถานภาคพนดน

ตนทาง


ปลายทาง

ดาวเทยม

การเชอมโยงขน การเชอมโยงลง


8-7

ขอแตกตางของการสอสารไรสายระหวางสถานภาคพนดนโดยตรง กบการสอสารผานดาวเทยม มดงน

พนทครอบคลมส าหรบการสอสารของดาวเทยมมขนาดใหญกวาการสอสารแบบอนๆ มาก เพราะการ

สอสารระหวางสถานภาคพนดนสองแหงโดยตรงมประสทธภาพสงเมออยในแนวเสนสายตาเทานน

พจารณาในกรณของการสอสารผานดาวเทยมคางฟา (geostationary satellite) ซงเปนดาวเทยมท

โคจรดวยความเรวเชงมมเทากบความเรวในการหมนของโลกบนระนาบเสนศนยสตร ดงนนต าแหนง

ของดาวเทยมคงทเสมอเมอเทยบกบต าแหนงใดๆ ของสถานภาคพนดน โดยดาวเทยมคางฟาสามารถ

รบสงสญญาณไดครอบคลมพนทถงประมาณ 1/4 ของโลก

การสอสารระหวางสถานภาคพนดนกบดาวเทยม มขอจ ากดทางดานพลงงานของตวดาวเทยมซงลอย

อยในอวกาศดวยตวเอง ดงนนจงจ าเปนตองมการจดสรรแถบความถทใชในการสอสารกบสถาน

ภาคพนดนหลายๆ แหงทต งอยในเขตพนทครอบคลมสญญาณของดาวเทยม

ภายในพนทครอบคลมการใหบรการของดาวเทยม มคาใชจายในการสอสารทเทากนส าหรบสถาน

ภาคพนดนทกแหง โดยไมขนอยกบระยะทางใกลหรอไกลระหวางสถานภาคพนดนสองแหงใดๆ

ส าหรบดาวเทยมคางฟามเวลาหนวง (delay time) ในการสอสญญาณระหวางสถานภาคพนดนไปยง

ดาวเทยมและการสอสญญาณระหวางดาวเทยมกลบมายงโลก รอบละประมาณ 1/4 วนาท

ในบางคร งการสอสารผานดาวเทยมอาจขาดหายไปชวคราว อนเนองมาจากขณะนนสถานภาคพนดน

ไมไดอยในพนทใหบรการของดาวเทยม นนคอดาวเทยมอาจโคจรออกหางไปไกลเกนกวาทสถาน

ภาคพนดนตดตอสอสารได หรอในบางคร งการสอสญญาณระหวางสถานภาคพนดนกบดาวเทยมอาจ

เกดการลดทอนของสญญาณอนเนองมาจากสภาพอากาศ อยางไรกตามการสอสารผานดาวเทยม

ยงคงไดรบการยอมรบวาเปนการสอสญญาณทมประสทธภาพสงเมอเทยบกบการสอสญญาณแบบอน

2. แนวคดของการสอสารผานดาวเทยม แนวความคดในการสอสารผานดาวเทยมมาจากงานเขยนในนตยสาร Wireless World ของนกเขยน

นยายวทยาศาสตรทชอ อารเธอร ซ. คลารก (Arthur C. Clarke) ในป พ.ศ. 2488 ซงเสนอวาหากดาวเทยมถกน าไป

ปลอยสวงโคจรรปวงกลมบนระนาบเสนศนยสตรของโลก ทระดบความสงและความเรวทเหมาะสม ดาวเทยมสามารถ

โคจรรอบโลกดวยความเรวเชงมมทเทากบความเรวในการหมนรอบตวเองของโลก และท าใหผสงเกตการณบนโลก

สามารถมองเหนดาวเทยมลอยนงอยในต าแหนงเดมตลอดเวลา ดาวเทยมโคจรในทศทางตงฉากกบแรงเขาสศนยกลาง

หรอแรงดงดดของโลก (gravitational force) โดยดาวเทยมอยในสภาวะสมดลเสมอนมแรงเหวยงหนศนยกลาง


8-8

(centrifugal force) กระท าอยดวยขนาดเทากบแรงดงดดของโลกแตมทศทางตรงกนขาม ถาแรงเหวยงหนศนยกลาง

มคามากเกนไปดาวเทยมลอยออกนอกวงโคจรเขาสอวกาศ ในทางกลบกนหากแรงเหวยงหนศนยกลางนอยเกนไป

ดาวเทยมกถกดงดดใหตกกลบสช นบรรยากาศของโลก

พจารณาแรงดงดดของโลกซงกระท ากบดาวเทยมคอ เมอ คอคาคงทความโนมถวงสากล

(universal gravitational constant : 6.67210–11

Nm2/kg

2) คอมวลของโลก (ประมาณ 5.9810

24 kg)

คอมวลของดาวเทยม และ คอระยะหางจากจดศนยกลางของโลกไปยงดาวเทยม

และพจารณาแรงเหวยงหนศนยกลางส าหรบการเคลอนทเปนวงกลมของดาวเทยมคอ เมอ

คอความเรวเชงเสนของดาวเทยม

ดงนนเมอดาวเทยมเคลอนทในสภาวะสมดลซงแรงดงดดของโลกมคาเทากบแรงเหวยงหนศนยกลาง นน

คอ สามารถค านวณความเรวของดาวเทยมทเดนทางอยวงโคจรไดดงน

(8.1)

พจารณาระยะเวลาซงดาวเทยมโคจรรอบโลกครบหนงรอบ หรอคาบของดาวเทยมคอ

(8.2)

ตวอยำงท 8.1.1

ก าหนดใหดาวเทยมดวงหนงเดนทางรอบโลกในวงโคจรรปวงกลมบนระนาบเสนศนยสตรของโลก ทระดบความสง

15,000 กโลเมตรจากพนผวโลก (รศมของโลกทระดบน าทะเลเฉลยประมาณ 6,371 กโลเมตร) ดงนนดาวเทยมดวงนม

ความเรวเชงเสนในการเคลอนทเปนวงกลมดงสมการ (1) คอ

= (1.9975107) (15,00010

3 + 6,37110

3)–1/2


8-9

= 4.3209103 เมตรตอวนาท

(หรอ 15,555 กโลเมตรตอช วโมง)

และดาวเทยมดวงนใชเวลาในการโคจรครบหนงรอบดงสมการ (2) คอ

= (3.145610–7) (15,00010

3 + 6,37110

3)3/2

= 3.1077104 วนาท

(หรอ 8 ช วโมง 37 นาท 57 วนาท)

จะเหนวาดาวเทยมดวงนโคจรเรวกวาความเรวในการหมนรอบตวเองของโลก (คาบในการหมนของโลก

รอบแกนข วโลกเหนอและข วโลกใต คอ 23 ช วโมง 56 นาท 4 วนาท) นนคอระดบความสงของวงโคจรของดาวเทยม

ดวงนยงต าเกนไปทท าใหดาวเทยมดวงนเคลอนทเทากบความเรวในการหมนของโลก ดงนนสถานภาคพนดนซงต งอย

ณ ต าแหนงใดๆ บนโลกสามารถตดตอสอสารกบดาวเทยมดวงนไดเพยงช วขณะเทานน เมอดาวเทยมดวงนเคลอนท

ผานบรเวณนนๆ

ดาวเทยมทเคลอนทอยในวงโคจรใดๆ ดวยความเรวเทากบความเรวในการหมนรอบตวเองของโลก

เรยกวา ดาวเทยมเขาจงหวะกบโลก (geosynchronous satellite) และดาวเทยมเขาจงหวะกบโลกทเคลอนทอยในวง

โคจรบนระนาบเสนศนยสตรซงต งฉากกบแกนหมนของโลกเรยกวา ดาวเทยมคางฟา (geostationary satelite) โดย

ต าแหนงของดาวเทยมคางฟาหยดนงเมอเทยบกบต าแหนงใดๆ บนโลก

ดาวเทยมคางฟาโคจรรอบโลกทระดบความสง 35,863 กโลเมตรเหนอพนโลก ถกใชงานเปนเหมอนสถาน

ทวนสญญาณในการตดตอสอสารกนระหวางสถานภาคพนดนสองแหงทต งอยหางไกลกนมากๆ ดาวเทยมคางฟาหนง

ดวงสามารถตดตอสอสารไดครอบคลมพนทประมาณ 1/4 ของโลกซงเปนทรงกลม ดงนนดาวเทยมในวงโคจรคางฟา

สามดวงซงโคจรท ามมหางกน 120 องศาสามารถครอบคลมพนทท งหมดทคนอาศยอยในโลกได โดยยกเวนเพยงพนท

ซงต งอยในบรเวณข วโลกเหนอและข วโลกใตซงมคนอาศยอยนอย ดงแสดงในภาพท 8.2

อยางไรกตามในปจจบนนยงมดาวเทยมสอสารอกเปนจ านวนมากทลอยอยในวงโคจรแบบอนซงไมใชวง

โคจรคางฟา โดยเคลอนทไมเขาจงหวะกบโลก ดงนนในการสอสารผานดาวเทยมเหลานนจ าเปนตองใชดาวเทยมหลาย

ดวงท างานรวมกนเปนเครอขาย เชน เมอดาวเทยมซงสอสญญาณอยกบสถานภาคพนดนใดๆ มการเคลอนทออกจาก

พนทคลมสญญาณของสถานภาคพนดนนนๆ ดาวเทยมดวงอนตองเขามาทดแทนเพอท าใหการสอสญญาณสามารถ

กระท าไดอยตลอดเวลา


8-10

ภำพท 8.2 แนวควำมคดของดำวเทยมคำงฟำ

ทมา: ดดแปลงจาก : http://www.cnes.fr/web/CNES-en/1075-a-birds-eye-view.php

จากแนวความคดเบองตนเรองดาวเทยมคางฟาดงกลาว ท าใหนกวทยาศาสตรมความพยายามในการ

คดคนวธการสงดาวเทยมซงตดตงอปกรณสอสารขนสวงโคจรในอวกาศ แตอปสรรคส าคญคอแรงเสยดทานจาก ช น

ของกาซจ านวนมากในชนบรรยากาศของโลก โดยระดบความสงยงมากเทาไหรปรมาณของกาซยงเบาบางลง ระดบ

ความสงทไมสงผลกระทบตอวตถใดๆ อยทประมาณ 100 กโลเมตรเหนอพนโลก ภาพท 8.3 แสดงตวอยางระดบ

ความสงของดาวเทยมเมอเทยบกบระดบความสงของช นบรรยากาศโลก

ภำพท 8.3 ระดบควำมสงของดำวเทยมเมอเทยบกบชนบรรยำกำศโลก

ทมา: ดดแปลงจาก : http://www.globalsecurity.org/military/library/policy/army/accp/al0966/le1.html


แสงออโรรา

(Aurora)

โทรโพสเฟยร (Troposphere)

สตราโทสเฟยร (Stratosphere)

มโซสเฟยร (Mesosphere)

เทอรโมสเฟยร (Thermosphere)

หรอ ไอโอโนสเฟยร (Ionosphere)

20 กโลเมตร (–55 C)

50 กโลเมตร (0 C)

85 กโลเมตร (–90 C)

เครองบนโดยสาร ยอดเขาเอเวอเรสต

(Mount Everest)

โลก

อณภมเพมสงกวา 100 C

อณภมผวโลกเฉลย 15 C

ดาวเทยม 1 ดาวเทยม 2

ดาวเทยม 3 วงโคจรคางฟา

โลก

120

120 120 พนทสญญาณ

ทบซอน

พนทอบสญญาณ

พนทคลมสญญาณ


8-11

ในยคแรกนนการน าเครองมอวดทางวทยาศาสตรใดๆ ขนสทองฟากระท าโดยใชบอลลนลมรอน ซงอาศย

แรงดนจากการขยายตวของอากาศรอน โดยบอลลนส าหรบเกบขอมลสภาพอากาศสามารถลอยขนไปไดสงสดแคช น

บรรยากาศสตราโทสเฟยรเทานน ดงนนวธนจงไมสามารถน ามาใชในการสงวตถขนไปเหนอช นบรรยากาศได ในป พ.ศ.

2489 จรวดว-2 (V-2 rocket) ซงถกคดคนโดยประเทศเยอรมนในชวงสงครามโลกครงทสอง จงถกน ามาใชในการสง

เครองมอวดขนไปเหนอช นบรรยากาศไดส าเรจเปนคร งแรก จรวดขบเคลอนโดยใชออกซเจนเหลวและเอทานอลเปน

เชอเพลง เครองมอวดซงถกตดต งบนจรวดสามารถเกบขอมลปรมาณรงสคอสมกทระดบความสง 112 กโลเมตรเหนอ

พนโลกได หลงจากนนจงมการพฒนาประสทธภาพของจรวดและท าการทดสอบอกหลายครง จนกระท งในป พ.ศ.

2492 อดตประเทศสภาพโซเวยตสามารถสงวตถทมน าหนกถง 860 กโลกรมขนไปไดสงถง 212 กโลเมตร

ในยคของการแขงขนดานอวกาศ ประเทศสหรฐอเมรกาและอดตประเทศสภาพโซเวยตเปนสองชาตแรกท

ประกาศแผนการในการสงดาวเทยมขนสอวกาศ ในป พ.ศ. 2500 อดตประเทศสภาพโซเวยตกสามารถสงดาวเทยม

สปตนก-1 (Sputnik-1) ดงแสดงในภาพท 8.4 ขนไปโคจรเหนอช นบรรยากาศไดส าเรจเปนดวงแรกของโลก โดยมวง

โคจรเปนรปวงร ระนาบเอยงท ามม 65.1 องศากบระนาบเสนศนยสตรของโลก มจดโคจรใกลสดจากโลก (perigee)

หางจากจดศนยกลางของโลก 6,586 กโลเมตร และจดโคจรไกลสดจากโลก (apogee) ซงอยตรงขามกนในแนวแกน

หลกของวงร หางจากจดศนยกลางของโลก 7,310 กโลเมตร ดามเทยมสปตนก-1 มน าหนก 83.6 กโลกรมและม

ความเรว 29,000 กโลเมตรตอช วโมง (คาบในการโคจรรอบโลกประมาณ 96.2 นาท) โดยมหนาทในการเกบขอมล

ความหนาแนนและอณหภมของช นบรรยากาศไอโอโนสเฟยรแลวสงสญญาณวทยกลบมายงโลก ดาวเทยมสปตนก

สามารถสอสญญาณกบสถานภาคพนดนได 22 วนจนกระท งแบตเตอรส าหรบอปกรณสอสารหมดพลงงาน และโคจร

ตอไปเปนเวลาครบ 92 วนจงตกเขาสช นบรรยากาศของโลกและถกเผาไหมหมดไป

ภำพท 8.4 ดำวเทยมสปตนก-1

ทมำ: http://farlei.net/nuclear.html

ในป พ.ศ. 2501 ประเทศสหรฐอเมรกาสามารถสงดาวเทยม เอกซโพเรอร-1 (Explorer-1) ขนสวงโคจร

ไดส าเรจเปนดวงแรก และในปเดยวกนนนเองกสงดาวเทยม แวนการด-1 (Vanguard-1) ซงเปนดาวเทยมดวงแรกท

ตดตงแผงโซลารเซลล (solar cell) ท าใหสามารถก าเนดพลงจากไฟฟาขนมาใชไดดวยตวเองจากพลงงานแสงอาทตย


8-12

ในป พ.ศ. 2503 ดาวเทยม ไทรอส-1 (Tiros-1) เปนดวงเทยมดวงแรกของโลกทตดตงกลองถายภาพเพอการ

ตรวจสอบสภาพอากาศ ในป พ.ศ. 2505 ดาวเทยม เทลสตาร-1 (Telstar-1) ไดรบการยอมรบวาเปนดาวเทยมส าหรบ

การสอสารดวงแรกของโลก โดยสามารถสอสญญาณระหวางประเทศสหรฐอเมรกากบประเทศในทวปยโรปได ไมวา

เปนการสงสญญาณโทรทศน สญญาณโทรศพท หรอสญญาณโทรสาร

ในป พ.ศ. 2506 ดาวเทยม ซงคอม-2 (Syncom-2) เปนดาวเทยมดวงแรกของโลกทประสบความส าเรจ

ในการเขาสวงโคจรคางฟา ในป พ.ศ. 2507 ดาวเทยม ซงคอม-3 (Syncom-3) กท าใหท วโลกรจกค าวา “ถายทอดสด

ผานดาวเทยม” (live via satellite) ในการแพรสญญาณภาพและเสยงของพธเปดการแขงขนกฬาโอลมปก ณ

กรงโตเกยว ประเทศญป น ในป พ.ศ. 2508 ดาวเทยม อนเทลแซต-1 (Intelsat-1) หรอ เออรลยเบรด (Early Bird)

เปนดาวเทยมคางฟาเพอธรกจการสอสารดวงแรกของโลก ซงเปดใหบรการโทรศพท 240 วงจรขามระหวางทวป

อเมรกาเหนอและทวปยโรป ดาวเทยมอนเทลแซต-1 เปนขององคกรดาวเทยมโทรคมนาคมนานาชาต (International

Telecommunications Satellite Organization) ซงจดต งขนโดยการรวมทนของ 122 ประเทศ โดยประเทศทเปน

หนสวนหลก เชน ประเทศสหรฐอเมรกา องกฤษ ฝร งเศส เยอรมน และอตาล เปนตน ปจจบนมสมาชกมากกวา 200

ประเทศท วโลก โดยมดาวเทยมมากกวา 50 ดวง และพนทคลมสญญาณเหนอมหาสมทรแอตแลนตก มหาสมทร

แปซฟก และมหาสมทรอนเดย ครอบคลมพนทประมาณ 2/3 ของโลก

นบจากนนทกประเทศท วโลกกใหความส าคญกบการสงดาวเทยมของตนเองขน ไปบนอวกาศ ท าใหม

ดาวเทยมจ านวนมากอยในวงโคจรรอบโลก ขณะเดยวกนความตองการความจของการสอสารกเพมสงขน ในป พ.ศ.

2514 ดาวเทยม อนเทลแซต-4 เอ (Intelsat-4A) ไดใชเทคโนโลยการน าความถกลบมาใชซ า (frequency reuse) เปน

คร งแรกโดยอาศยการโพลาไรซ (polarization) ของคลนแมเหลกไฟฟา และในป พ.ศ. 2520 ดาวเทยม ปาลาปา

(Palapa) เปนดาวเทยมดวงแรกของประเทศอนโดนเซยซงเปนประเทศในกลมประเทศก าลงพฒนา

ประเทศไทยไดน าระบบการสอสารผานดาวเทยมมาใชงานภายในประเทศตงแตป พ.ศ. 2522 โดยมสถาน

ดาวเทยมศรราชา ต าบลทงสขลา อ าเภอศรราชา จงหวดชลบร เปนสถานภาคพนดน ต งอยทพกดเสนรง (latitude) ท

13 องศา 6 ลปดา 2 ฟลปดาเหนอ และเสนแวง (longitude) ท 100 องศา 56 ลปดา 11.1 ฟลปดาตะวนออก โดยท า

การเชาชองรบสงผานสญญาณของดาวเทยมปาลาปาเพอใชงานในกจการโทรคมนาคมของหนวยงานราชการและ

รฐวสาหกจ เชน การถายทอดสญญาณเสยงผานดาวเทยมไปยงสถานเครอขายตางจงหวดของสถานวทยกระจายเสยง

แหงประเทศไทย กรมประชาสมพนธ หรอการถายทอดสญญาณโทรทศนของสถานโทรทศนชอง 7 และชอง 5 ของ

กองทพบก และชอง 3 และชอง 9 ของ องคการสอสารมวลชนแหงประเทศไทย

ในป พ.ศ. 2533 รฐบาลไทยไดรเรมโครงการสงดาวเทยมของตนเองขนสวงโคจร จนกระท งในป พ.ศ.

2536 ดาวเทยม ไทยคม-1 (Thaicom-1) ดงแสดงในภาพท 8.5 กถกปลอยขนสวงโคจรคางฟาบนระนาบเสนศนย


8-13

สตร พกดเสนแวงท 78.5 องศาตะวนออกของเสนเมรเดยนกรนช (Greenwich meridian) โดยเปนดาวเทยมสอสาร

ดวงแรกของประเทศไทย มชองรบสงผานสญญาณ 12 ชองในแถบความถ C (4 - 8 GHz) ดาวเทยมไทยคม-1 ม

พนทใหบรการครอบคลมประเทศไทย ลาว กมพชา พมา เวยดนาม มาเลเซย ฟลปปนส เกาหล ญป น และชายฝง

ตะวนออกของประเทศจน โดยเปดใหบรการธรกจสอสารโทรคมนาคม เชน การแพรสญญาณโทรทศน ระบบประชม

ทางไกล ระบบโทรศพทพนฐาน เครอขายโทรศพทเคลอนท ระบบสอสารขอมล เปนตน สถานควบคมดาวเทยมไทย

คมตงอย ณ อ าเภอเมอง จงหวดนนทบร ปจจบนนดาวเทยมไทยคม-1 ดาวเทยมไทยคม-2 และดาวเทยมไทยคม-3

ปลดระวางการใชงานแลว ประเทศไทยจงมดาวเทยมใชงานเปนของตนเองท งหมดสองดวงคอ ดาวเทยมไทยคม-4

หรอดาวเทยม ไอพสตาร (IPStar) ซงขนสวงโคจรเมอป พ.ศ. 2548 และดาวเทยมไทยคม-5 ซงขนสวงโคจรเมอป

พ.ศ. 2549 โดยประเทศไทยมก าหนดสงดาวเทยมไทยคม-6 ขนสวงโคจรใน ป พ.ศ. 2556

ภำพท 8.5 ดำวเทยมไทยคม-1

ในปจจบนนมประเทศมากกวา 50 ประเทศท วโลกมดาวเทยมเปนของตนเอง และประมาณการกนวาม

ดาวเทยมอยในวงโคจรรอบโลกเกอบ 25,000 ดวง โดยมดาวเทยมมากกวา 16,000 ดวงทหมดอายการใชงานแลว

ดาวเทยมทหมดอายการใชงานถกบงคบใหออกนอกวงโคจรเพอหลกเลยงการชนกนกบดาวเทยมดวงอนในวงโคจร

โดยอาจถกบงคบใหตกกลบเขาสช นบรรยากาศของโลกหรอลอยออกสอวกาศ ในป พ.ศ. 2545 เอฟซซ หรอ

คณะกรรมาธการการสอสารแหงสหรฐอเมรกา (FCC : Federal Communications Commission) ไดก าหนดให

ดาวเทยมคางฟาทหมดอายการใชงานทกดวงตองถกออกแบบใหสามารถเดนทางเขาสวงโคจรสสาน ( graveyard

orbit) ซงมระดบความสงมากกวาวงโคจรคางฟาประมาณ 200 กโลเมตร เพอปองกนไมใหดาวเทยมเหลานรบกวน

ดาวเทยมดวงอนๆ ทยงสามารถใชงานได


8-14

กจกรรม 8.1.1

1. จงยกตวอยางดาวเทยมของประเทศตางๆ พรอมท งระบการใชงานของดาวเทยมนน

2. จงค านวณความเรวและคาบการโคจรของดาวเทยมทระดบความสงตางๆ

แนวตอบกจกรรม 8.1.1

1. ปจจบนนมดาวเทยมจ านวนมากอยในอวกาศ โดยแตละประเทศท าการสงดาวเทยมขนไปโคจรรอบ

โลกในต าแหนงซงประเทศของตนตงอยในพนทครอบคลมสญญาณของดาวเทยมดวงนนๆ โดยดาวเทยมแตละดวง

อาจมวตถประสงคของการใชงานดาวเทยมแตกตางกนออกไป ตวอยางเชน ดาวเทยมอนเทลแซตของกลมประเทศใน

ทวปอเมรกาและทวปยโรป ดาวเทยมปาลาปาของประเทศอนโดนเซย หรอดาวเทยมไทยคมของประเทศไทย เปนตน

2. ดาวเทยมสามารถโคจรรอบโลกเปนรปวงกลมไดดวยสภาวะสมดล ซงแรงเขาสศนยกลางจากการ

ดงดดของโลกเทากบแรงเหวยงหนศนยกลางของการเคลอนทเปนวงกลม โดยในขณะนนดาวเทยมตองมความเรวท

เหมาะสมกบรศมของวงโคจร

จากตวอยางท 8.1.1 ดาวเทยมคางฟาดวงหนงมคาบในการโคจรรอบโลกเทากบคาบในการหมนรอบตวเองของโลกหรอประมาณ

24 ช วโมง มรศมวงโคจรรปวงกลมดงสมการ (8.2) คอ

(246060) = (3.145610–7)

3/2

= 4.2255107 เมตร

(หรอ 42,255 กโลเมตร)

ดงนนดาวเทยมคางฟานอยสงจากระดบพนโลกประมาณ 42,255 – 6,371 = 35,884 กโลเมตร

และดาวเทยมคางฟานมความเรวในการเคลอนทดงสมการ (8.1) คอ

= (1.9975107) (4.225510

7)–1/2

= 3.0729103 เมตรตอวนาท

(หรอ 11,062 กโลเมตรตอช วโมง)


8-15


องคประกอบของกำรสอสำรผำนดำวเทยม

การสอสารผานดาวเทยมเปนการสอสญญาณระหวางสถานภาคพนดนซงต งอยบนโลกกบดาวเทยมซง

ลอยอยในอวกาศ โดยดาวเทยมนนตองโคจรอยในต าแหนงบนวงโคจรทถกตองเหมาะสม ซงมพนทคลมสญญาณบน

โลกครอบคลมบรเวณทสถานภาคพนดนนนต งอย ปจจบนนการปลอยดาวเทยม (satellite launches) เขาสวงโคจร

ใชจรวดขบเคลอนหรอกระสวยอวกาศในการขนสงดาวเทยมผานช นบรรยากาศของโลก จากนนจงท าการปลอย

ดาวเทยมเขาสวงโคจรในอวกาศตามต าแหนงทตองการ โดยปกตแลวดาวเทยมไมถกสงขนไปถงวงโคจรภายในครง

เดยว โดยดาวเทยมอาจโคจรรอบโลกในวงโคจรอนๆ กอนหลายรอบเพอจดต าแหนงของตวเองใหคอยๆ เคลอนเขาส

วงโคจรทตองการไดอยางถกตอง

ภำพท 8.6 กำรสงดำวเทยมเขำสวงโคจรคำงฟำ

ภาพท 8.6 แสดงตวอยางของการปลอยดาวเทยมเขาสวงโคจรคางฟาทระดบความสงจากพนโลกประมาณ

35,863 กโลเมตร ในข นตอนแรก ดาวเทยมถกยงจากฐานปลอยจรวดขนสวงโคจรจอด

(parking orbit) ซงเปน

โลก

ดวงอาทตย

วงโคจรถายโอน

วงโคจรจอด

ปลอยจรวด

วงโคจรคางฟา

จดโคจรไกลสดจากโลก

(apogee)

กางปกโซลารเซลล

เปดชดสายอากาศ


8-16

วงโคจรระดบต า โดยจรวดถกปลอยขนไปในแนวเสนตรงเพอลดเวลาการเดนทางผานช นบรรยากาศของโลกใหส นทสด

และเปนการประหยดเชอเพลง หลงจากจรวดหลดพนช นบรรยากาศของโลกแลวจรวดแยกตวออกไป สวนดาวเทยม

เดนทางตอไปดวยแรงเฉอย ทศทางของดาวเทยมถกค านวณและถกปรบโดยใชจรวดขบดนขนาดเลกเพอใหดาวเทยม

เขาสวงโคจรถายโอน (transfer orbit) ซงเปนวงโคจรรปวงรทมระดบความสงของจดโคจรใกลสดจากโลก

(perigee) ประมาณ 250 กโลเมตร และจดโคจรไกลสดจากโลก (apogee) ประมาณ 35,800 กโลเมตร

ปกตแลวดาวเทยมมงหนาไปทางทศตะวนออกเพราะโลกหมนรอบตวเองไปในทศตะวนออก เมอ

ดาวเทยมเดนทางมาถงจดโคจรไกลสดจากโลก สถานภาคพนดนส งการใหจรวดขบดนขนาดเลกผลกใหดาวเทยมม

ความเรวเพมขน ดาวเทยมอาจโคจรตอไปอกหลายรอบโดยวงโคจรคอยๆ เปลยนจากวงโคจรรปวงรไปเปนวงโคจรรป

วงกลม จากนนดาวเทยมปรบต าแหนงของตวเองใหอยในแนวเสนศนยสตรของโลก และท าการเรมใชงานอปกรณ

ตางๆ เชน กางปกทพบไวแลวปรบแผงโซลารเซลลใหหนเขาหาดวงอาทตย หรอเปดชดสายอากาศเพอเรมการ

ตดตอสอสารกบสถานภาคพนดน จนกระท งดาวเทยมเขาสวงโคจรคางฟาทตองการ

ในการออกแบบการสอสารผานดาวเทยมคาใชจายสวนใหญหมดไปกบการปลอยดาวเทยมขนสวงโคจร

ปจจบนนมหลายประเทศทมความสามารถในการสรางยานขนสงดาวเทยมและสามารถปลอยดาวเทยมขนสวงโคจรได

ดวยตนเอง เชน ประเทศรสเซย สหรฐอเมรกา ฝร งเศส ญป น จน สหราชอาณาจกร อนเดย อสราเอล ยเครน และ

อหราน เปนตน

องคประกอบของการสอสารผานดาวเทยมประกอบดวยสวนของ ดาวเทยม และสถานภาคพนดน ดง

รายละเอยดตอไปน

1. ดาวเทยม โดยปกตแลวดาวเทยมสอสารถกออกแบบใหมอายการใชงานประมาณ 10 - 15 ป ในระหวางการใชงาน

นน ดาวเทยมตองสามารถรกษาการโคจรและต าแหนงเดมของตวเองอยตลอดเวลา นอกจากนระบบการสอสารบนตว

ดาวเทยม รวมไปถงระบบตวรบร (sensors) ตางๆ ซงถกตดตงไวตามหนาทของดาวเทยมนนๆ ตองสามารถใชงานได

ตามเวลาทก าหนดอกดวย นนคอดาวเทยมตองมพลงงานเพยงพอทท างานไดตามอายการใชงาน โครงสรางและ

อปกรณการท างานของดาวเทยมมหลากหลายประเภท ขนอยกบการออกแบบและงานทดาวเทยมนนไดรบมอบหมาย

สวนประกอบหลกของดาวเทยมประกอบไปดวย

1.1 ระบบยอยส าหรบการขบเคลอน (propulsion subsystem) ดาวเทยมส าหรบการสอสารใชการ

ขบเคลอนดวยจรวดขบดนขนาดเลกทมกาซเปนเชอเพลง เพอสรางแรงผลกใหดาวเทยมเดนทางเขาสวงโคจร ในกรณ

ทดาวเทยมเกดการออกนอกวงโคจรหรอเสยการทรงตว ท งนเนองมาจากผลของสนามโนมถวงจากวตถในอวกาศ เชน


8-17

แรงดงดดจากโลก ดวงจนทร ดวงอาทตย ดาวเคราะหอนๆ หรอแรงดนสรยะ (solar pressure) ทเกดจากการปะทบน

ดวงอาทตย โดยท าใหวงโคจรเกดการเอยงประมาณ 0.85 องศาตอป ยงไปกวานนยงมผลจากการไมเปนทรงกลม

สมบรณของโลกซงบรเวณเสนศนยสตรบางสวนโปงออกมาประมาณ 65 เมตรทพกดเสนแวงท 15 องศาตะวนตกและ

165 องศาตะวนออก ท าใหดาวเทยมทโคจรอยรอบโลกมความเรงเขาหาต าแหนงทเสถยรของวงจรคางฟาทพกดเสน

แวงท 75 องศาตะวนออกและ 105 องศาตะวนตก นอกจากนบรเวณข วโลกยงมความแบนราบอกดวยแตไมมผลตอ

วงโคจรคางฟา ดวยสาเหตท งหมดนอาจท าใหดาวเทยมเแกวงตวหรอหลดวงโคจรไปได ดงนนสถานภาคพนดนตอง

คอยตดตามและส งการใหดาวเทยมท าการปรบตวและรกษาต าแหนงของตวเองอยเสมอ รวมไปถงต าแหนงของ

สายอากาศและแผงโซลารเซลลดวย หากเชอเพลงทใชในการขบดนหมดไป ดาวเทยมกไมสามารถท างานไดตามปกต

1.2 ระบบยอยส าหรบการควบคมตวดาวเทยม (spacecraft control subsystem) จากทกลาวมาแลวใน

ขางตน ดาวเทยมจ าเปนตองรกษาต าแหนงการวางตวของตวดาวเทยมเองหรอรกษาการทรงตวของตวดาวเทยม โดย

วธทใชกนอยในปจจบนนมอยดวยกน 2 วธ คอ

1.2.1 การรกษาเสถยรภาพดวยการหมนรอบตวเอง (spin stabilization) ดงแสดงในภาพท 8.7

โดยรปรางของดาวเทยมแบบนเปนรปทรงกระบอกทมแผงโซลารเซลลตดอยโดยรอบผวโคง (เชน ดาวเทยมปาลาปา

ดาวเทยมไทยคม-1 เปนตน) เพอท าหนาทรบพลงงานแสงอาทตยและเปลยนเปนพลงงานไฟฟา ดาวเทยมหมนรอบ

แกนของตวเองดวยความเฉอย แตมมอเตอรไฟฟาคอยควบคมใหดาวเทยมหมนดวยอตราเรวเชงมมคงทประมาณ 30

- 100 รอบตอนาท แตท งนสวนทตดต งระบบสายอากาศไมหมนและหนหนาเขาหาโลกตลอดเวลา

ภำพท 8.7 กำรรกษำเสถยรภำพดวยกำรหมนรอบตวเอง

1.2.2 การรกษาเสถยรภาพแบบสามแกน (three axis stabilization) ซงอาศยวงลอโมเมนตมใน

การควบคมต าแหนงของตวดาวเทยม โดยประกอบไปดวยวงลอควบคมการโคลงซายขวา (roll wheel) วงลอควบคม

หมนรอบแกน

ไมหมน

สายอากาศ

แผงโซลารเซลล


8-18

การพลกหนาหลง (pitch wheel) วงลอควบคมการหมนรอบตวเอง (yaw wheel) ดงแสดงในภาพท 8.8 ความเรว

ของวงลอถกควบคมดวยมอเตอรไฟฟา ดาวเทยมแบบนถกออกแบบใหสามารถกางปกสองขางออกมาได ซ งมแผง

โซลารเซลลตดต งอย (เชน ดาวเทยมอนเทลแซต-5 ดาวเทยมไทยคม-5 เปนตน)

ภำพท 8.8 กำรรกษำเสถยรภำพแบบสำมแกน

1.3 ระบบยอยส ำหรบกำรสอสำรอเลกทรอนกส (electronic communication subsystem)

ดาวเทยมสอสารท าหนาทรบสญญาณทถกสงมาจากสถานภาคพนดนตนทาง แลวแปลงความถเพอสงสญญาณกลบลง

มายงสถานภาคพนดนปลายทาง โดยใชอปกรณชองรบสงผานสญญาณ (transponder) ดงแสดงในภาพท 8.9

เนองจากดาวเทยมจ าเปนตองมการร บและสงสญญาณในเวลาเดยวกน ด งนนเพอปองก นการแทรกสอด

(interference) ของสญญาณทดาวเทยมรบมาจากสถานภาคพนดนและสญญาณทดาวเทยมสงกลบไป ดาวเทยม

สอสารจงใชความถสญญาณเชอมโยงขนและเชอมโยงลงทแตกตางกน ตวอยางเชน ชองสญญาณดาวเทยมในแถบ

ความถ C แบบ 6/4 GHz

ภำพท 8.9 อปกรณจดกำรชองรบสงผำนสญญำณบนดำวเทยม

ดาวเทยมรบสญญาณผานสายอากาศดานรบทความถการเชอมโยงขน (uplink frequency) 6 GHz

สญญาณเขาส วงจรกรองผานแถบความถ (Band-Pass: Filter BPF) เพอเลอกชองสญญาณซงมแถบความถท


ทศการหมนรอบตวเอง (yaw)

ทศการพลกหนาหลง (pitch)

ทศการโคลงซายขวา (roll)



BPF BPF LNA HPA D/C

วงจรกรองผาน

แถบความถ

วงจรขยาย

สญญาณรบกวนต า

วงจรแปลง

ความถลง


ก าลงสง

วงจรกรองผาน

แถบความถ


ดานรบ


ดานสง


8-19

ตองการ จากนนสญญาณผาน วงจรกรองสญญาณรบกวนต า (Low Noise Amplifier: LNA) เพอเพมขนาดของ

สญญาณและลดสญญาณรบกวน จากนนสญญาณถกเปลยนเปนสญญาณความถการเชอมโยงลง (downlink

frequency) 4 GHz ดวย วงจรแปลงความถลง (Down Converter: D/C) กอนถกขยายดวย วงจรขยายก าลงสง

(High Power Amplifier: HPA) เพอเพมก าลงในการสงสญญาณ โดยใชวงจรขยายแบบหลอดคลนเคลอนท

(Travelling Wave Tube Amplifier: TWTA) ซงเปนหลอดสญญากาศ หรอใชวงจรขยายก าลงโซลดสเตต (Solid

State Power Amplifier: SSPA) ซงเปนอปกรณสารกงตวน า จากนนสญญาณผานวงจรกรองผานแถบความถอก

คร งเพอเลอกสงสญญาณเฉพาะแถบความถทตองการผานสายอากาศดานสงกลบไปยงสถานภาคพนดน ในการ

ก าหนดจดการท างานของชองรบสงผานสญญาณซงใชวงจรขยายก าลงทไมเปนเชงเสน หากมสญญาณมากกวาหนง

ชองสญญาณอาจท าใหเกดความเพยนจากการมอดเลตสญญาณระหวางกน (intermodulation distortion) ของ

สญญาณทมความถใกลกน สงผลใหจดการท างานของวงจรขยายใกลกบจดอมตว ดงนนจงตองท าการลดจดการ

ท างานลง (back-off) โดยก าลงลดลง 3 - 7 เดซเบล

1.4 ระบบยอยส ำหรบพลงงำนไฟฟำ (electrical power subsystem) ดาวเทยมใชแผงโซลารเซลล

ในการรบพลงงานแสงอาทตยแลวเปลยนไปเปนพลงงานไฟฟาเพอใชในการควบคมทศทางและต าแหนงของตวเองหรอ

เพอใชในการสอสาร เมอดาวเทยมเดนทางอยในวงโคจรในบางคร งดาวเทยมอาจไมไดสมผสกบแสงอาทตย เนองจาก

การบงของโลกหรอดวงจนทร ดงนนพลงงานไฟฟาตองถกเกบไวในแบตเตอรเพอส ารองจายใหกบอปกรณสอสาร

อเลกทรอนกสตางๆ เชน ดาวเทยมอนเทลแซต-5 แบบสองปกมแผงโซลารเซลลขนาด 1,742 วตต หรอดาวเทยมอน

เทลแซต-6 แบบทรงกระบอกมแผงโซลารเซลลขนาด 2,600 วตต เปนตน

1.5 ระบบยอยส ำหรบสำยอำกำศ (antenna subsystem) สายอากาศของดาวเทยมท าหนาทรบ

สญญาณเชอมโยงขนและสงสญญาณเชอมโยงลง สายอากาศของดาวเทยมมหลายชนด เชน สายอากาศแบบปากแตร

(horn antenna) หรอสายอากาศแบบจานทมตวสะทอนรปพาราโบลอยด (paraboloidal reflector) ซงมการสง

สญญาณเปนล าคลนแบบมทศทาง (directional beam) เพอใหสญญาณสวนใหญถกสงลงไปยงโลกบนพนทท

ตองการ โดยสามารถสงไดหลายแบบ เชน แบบล าคลนคลมโลก (global beam) เพอครอบคลมพนทท งหมด หรอ

แบบล าคลนเฉพาะจด (spot beam) ซงครอบคลมพนทไมกวางนกแตมหลายพนท ดงแสดงในภาพท 8.10 ท งน

ขนอยกบการออกแบบและการใชงานของดาวเทยมนนๆ

สายอากาศ สายอากาศ

18

ดาวเทยม ดาวเทยม

ล าคลนคลมโลก ล าคลนเฉพาะจด ล าคลนเฉพาะจด


8-20

ภำพท 8.10 รปแบบของ (ก) สำยอำกำศแบบล ำคลนคลมโลก และ (ข) ล ำคลนเฉพำะจด

ทมา: ประสทธ ทฆพฒ การสอสารดาวเทยม ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย 2547.

1.6 ระบบยอยส ำหรบกำรควบคมอณหภม (thermal control subsystem) ดาวเทยมจ าเปนตองม

การควบคมอณหภมของตวเอง เพอใหแนใจวามระดบอณหภมทท าใหระบบยอยอนๆ สามารถท างานไดตามปกต โดย

ระบบยอยแตละระบบมอณหภมท างานทแตกตางกนไป เชน วงจรอเลกทรอนกสโดยสวนใหญท างานในชวงอณหภม –

10 องศาเซลเซยสถง 40 องศาเซลเซยส แบตเตอรท างานในชวงอณหภม 0 องศาเซลเซยสถง 20 องศาเซลเซยส หรอ

แผงโซลารเซลลท างานในชวงอณหภม –190 องศาเซลเซยสถง 60 องศาเซลเซยส เปนตน สาเหตทท าใหเกดความ

แปรปรวนของอณหภมบนตวดาวเทยมคอความรอนจากแสงอาทตย ความรอนจากโลกและช นบรรยากาศของโลก

และความรอนจากอปกรณในตวดาวเทยมเอง ในอวกาศดาวเทยมดานทไดรบแสงอาทตยรอนมากจงตองตดตงระบบ

ระบายความรอนและกระจกเงาสะทอนแสง ขณะเดยวกนดานทอยในเงาเยนมากจงจ าเปนตองมการตดตงฉนวนกน

ความรอนร วไหล ชนสวนทกชนของดาวเทยมตองถกทดสอบในสภาวะจ าลองเหมอนจรงท งกอนและหลงการน ามา

ตดตงเสมอ

1.7 ระบบยอยส ำหรบโทรมำตร ตดตำม และส งกำร (TT&C : Telemetry Tracking and

Command subsystem) ดาวเทยมแตละดวงตองมสถานภาคพนดนอยางนอยหนงแหงทเปนสถานควบคม

ภาคพนดน โดยท าหนาทในการตดตาม ตรวจสอบ และควบคมต าแหนงของดาวเทยมได เพอใหดาวเทยมอยใน


8-21

ต าแหนงทถกตองตลอดเวลา นอกจากนสถานควบคมภาคพนดนยงตองสามารถตรวจสอบวาการท างานในแตละชอง

รบสงผานสญญาณของดาวเทยมยงเปนปกตหรอไม หรอแผงโซลารเซลลหนเขาหาดวงอาทตยเตมทหรอไม (เพราะ

โซลารเซลลเปลยนพลงงานความรอนเปนพลงงานไฟฟาไดแครอยละ 10 - 15 เทานน) หากอปกรณใดท างานผดปกต

สถานควบคมภาคพนดนอาจส งการใหดาวเทยมใชงานอปกรณส ารองทตดต งไวในกรณเกดเหตขดของได

ระบบนประกอบดวยตวรบรตางๆ ซงท าหนาทรวบรวมและประมวลผลขอมลทจ าเปนตางๆ บนตวดาวเทยม

เชน ระดบความสงของดาวเทยมจากพนโลก (altitude) มมยก (elevation angle) มมครอบคลม (coverage

angle) หรอมมทศ (azimuth angle) เปนตน เพอสงขอมลเหลานกลบมายงสถานควบคมภาคพนดน

2. สถานภาคพนดน สถานภาคพนดนมหนาทเปนตวกลางระหวางดาวเทยมกบผใชงาน โดยผใชงานตนทางสามารถสอ

สญญาณกบสถานภาคพนดนดวยระบบการสอสารภาคพนดน จากนนสถานภาคพนดนสอสญญาณกบสถาน

ภาคพนดนอกแหงหนงโดยมดาวเทยมเปนสถานทวนสญญาณสอสญญาณไปยงผใชงานปลายทางไดโดยตรง หรอม

การเชอมโยงกบสถานภาคพนดนหรอผานเครอขายอนๆ ได ขนอยกบเปาหมายของงานดานตางๆ ดงแสดงในภาพท

8.11

ภำพท 8.11 ตวอยำงกำรสอสญญำณผำนดำวเทยม

ตวอยางของการประยกตใชการสอสารผานดาวเทยมกบงานดานตางๆ มดงน

โทรศพทผานดาวเทยม ส าหรบการตดตอสอสารระยะไกลระหวางคสาย ในปจจบนนสามารถสอสาร

ผานเสนใยแกวน าแสงใตน าซงลากผานมหาสมทรเพอเชอมระหวางสองทวปเขาดวยกนได แตอยางไรกตามในการ


การสอสาร

ภาคพนดน โทรศพทเคลอนท

เครอขาย

อนเทอรเนต

ระบบระบต าแหนงบนโลก การประชมทางไกล

ผานวดโอ

การแพรสญญาณ

โทรทศน



8-22

ตดตอกบพนทหางไกล เชน พนทบนเกาะตางๆ ทะเลทราย หรอในบรเวณภเขาตางๆ การสอสารไรสายผานดาวเทยม

สามารถครอบคลมไปถงพนทเหลานนไดดกวา โดยสญญาณเสยงพดจากผใชงานถกสอสญญาณถงกนผานเครอขาย

โทรศพทภาคพนดน สถานภาคพนดน และดาวเทยม นอกจากนผใชงานโทรศพทเคลอนทสามารถสอสญญาณกบ

ดาวเทยมในวงโคจรระดบต าไดโดยตรง โทรศพทผานดาวเทยมเปนการสอสารสองทางในเวลาเดยวกน (full duplex)

ดงนนจงตองใชการเขาถงหลายทางของผใชงาน นอกจากนยงตองค านงถงชวงเวลาหนวงอกดวย

โทรทศนผานดาวเทยม การแพรสญญาณภาพและเสยงไปยงผใชงานซงอยในพนทครอบคลม

สญญาณของดาวเทยม โดยใชแถบความถ C (4 - 8 GHz) หรอแถบความถ Ku (12.5 - 18 GHz) เปนหลก ผใชงาน

สามารถรบสญญาณจากสถานภาคพนดนหรอใชจานสายอากาศขนาดเลก ความยาวเสนผานศนยกลางประมาณไมเกน

2 เมตร ตดตงในทพกอาศยรบสญญาณเชอมโยงลงจากดาวเทยมไดโดยตรง

อนเทอรเนตผานดาวเทยม ใชการสงขอมลผานแถบความถกวาง (broadband) ส าหรบพนท

ใหบรการซงอยหางไกลเกนกวาทระบบเครอขายอนเทอรเนตภาคพนดนเขาถงได ใชกลมของดาวเทยมวงโคจรระดบต า

อตราการสงขอมลสง และชวงเวลาหนวงนอยกวา 40 มลลวนาทตอรอบ แตมอตราบตต ากวา 64 กโลบตตอวนาทตอ

ชองสญญาณ โดยเครอขายอนเทอรเนตผานดาวเทยมมอตราความผดพลาดบต (BER : Bit Error Rate) สงกวาการ

เชอมโยงภาคพนดนเนองจากความหนาแนนของขอมล

ระบบระบต าแหนงบนโลก (GPS : Global Positioning System) เครองรบสญญาณค านวณ

ต าแหนงและเวลาของตวเองโดยอาศยขอมลซงถกสงลงมาจากกลมดาวเทยมในวงโคจรระดบกลางและวงโคจรระดบ

ต า ในชวงเรมตนระบบนถกคดคนเพอใชในกจการทหารโดยกระทรวงกลาโหมของประเทศสหรฐอเมรกา แตในปจจบน

บคคลทวไปสามารถใชงานไดอยางแพรหลาย เชน การระบต าแหนงของผใชบนแผนทโลก หรอการใชงานเครองน าทาง

ยานพาหนะ เปนตน ดาวเทยมแพรสญญาณลงมาใหผใชงานไดไมจ ากดจ านวน โดยมความคลาดเคลอนตามมาตรฐาน

ในแนวราบไมเกน 50 เมตร

สถานภาคพนดนหรอสถานควบคมภาคพนดน มจานสายอากาศทมความสามารถในการสงสญญาณการ

เชอมโยงขนไปยงดาวเทยม และรบสญญาณการเชอมโยงลงจากดาวเทยมไดในเวลาเดยวกน ข นตอนการรบสง

สญญาณของสถานภาคพนดนกบดาวเทยมแสดงดงภาพท 8.12

2.1 กำรสงสญญำณเชอมโยงขนไปยงดำวเทยม พจารณาดานการสงสญญาณของสถานภาคพนดน โดย

เรมจากขอมลขาวสารของผใชงานตนทางหลายๆ แหง ถกรวมกนผาน วงจรมลตเพลกซ (Multiplexer: MUX) ให

เปนสญญาณแถบฐาน หรอ สญญาณเบสแบนด (baseband) ของจากนนสญญาณผาน วงจรกล าสญญาณ หรอ

วงจรมอดเลตสญญาณ (modulator: MOD) หากเปนระบบการสอสารแบบแอนะลอกใชการมอดเลตทางความถ

(FM : Frequency Modulation) ถาเปนระบบดจทลใชการมอดเลตเชงเลขแบบเลอนเฟส (Phase-Shift Keying:


8-23

PSK) สญญาณทไดมความถอยในชวงความถกลาง (intermediate frequency) ของคลนพาหประมาณ 50 - 90

MHz จากนนสญญาณผาน วงจรแปลงความถขน (Up Converter: U/C) ไปเปนสญญาณความถวทยทพรอมสง

แลวผานวงจรขยายก าลงสงและจานสายอากาศเพอเชอมโยงขนไปยงดาวเทยม โดยม ไดเพลกเซอร

(diplexer:

DIP) ท าหนาทรวมสญญาณสองสญญาณทสายอากาศท าการสงออกไปและรบเขามาเขาดวยกนโดยไมรบกวนกน ท งน

เพอใหสามารถรบสงสญญาณผานดาวเทยมไดพรอมกนโดยใชจานสายอากาศเดยวกน

ภำพท 8.12 กำรรบสงสญญำณของสถำนภำคพนดน

2.2 กำรรบสญญำณเชอมโยงลงมำจำกดำวเทยม ดานการรบสญญาณของสถานภาคพนดนเรมตนจาก

สญญาณเชอมโยงลงจากดาวเทยมทรบจากสายอากาศผานไดเพลกเซอรเพอแยกเฉพาะสญญาณทรบมาได จากนน

สญญาณถกสงผานวงจรขยายสญญาณรบกวนต าเพอเพมอตราสวนคลนพาหตอสญญาณรบกวน (carrier-to-

noise ratio) สญญาณทผานวงจรขยายแลวถกแปลงความถลง และผาน วงจรแยกสญญาณ หรอ วงจรดมอดเลต

(Demodulator: DEMOD) เพอแยกสญญาณขอมลขาวสารออกมาจากคลนพาห จากนนจ งผาน วงจรดมลต

เพลกซ ( Demultiplexer: DEMUX) เพอสงสญญาณไปยงผใชงานแตละแหงตอไป

พจารณาจานสายอากาศแบบพาราโบลอยด (paraboliod antenna) มอตราการขยายสญญาณเปน

(8.3)

เมอ คอคาประสทธภาพอะเพอรเจอร (aperture efficiency)

คอความยาวเสนผานศนยกลางของจานสายอากาศ

และ คอความยาวคลน

LNA

TT&C

D/C วงจรขยาย

สญญาณรบกวนต า วงจรแปลง

ความถลง


ก าลงสง

ภาคความถ

กลาง


ดานสง/รบ

DEMOD DEMUX

MUX MOD U/C HPA

DIP

วงจรแปลง

ความถข น


ฐาน

วงจรมอดเลต วงจรมลต

เพลกซ

วงจร

ดมลตเพลกซ

วงจรดมอดเลต

ระบบตดตามอตโนมต

ผใชงานตนทาง

ผใชงานปลายทาง

ไดเพลกเซอร


วทย


8-24

ขณะเดยวกน พจารณาความกวางล าคลน (beamwidth) หรอมมของล าคลนหลกทก าลงลดลงครงหนง

หรอ –3 เดซเบล คอ องศา

นนคอหากจานสายอากาศมขนาดใหญมอตราการขยายสญญาณสง แตกมความกวางล าคลนแคบ ดงนน

หากดาวเทยมมการเคลอนทท าใหล าคลนของการสอสญญาณหลดออกจากกนได สถานภาคพนดนทมจานสายอากาศ

ซงมเสนผานศนยกลางตงแต 8 เมตรขนไปจ าเปนตองตดตงระบบตดตามอตโนมต (automatic tracking system)

ระบบตดตามอตโนมตรบขอมลจากเครองบอกต าแหนง (beacon) แลวน ามาประมวลผลเพอส งการใหมอเตอรไฟฟา

ควบคมทศทางของจานสายอากาศใหหนไปตามการเคลอนทของดาวเทยม ส าหรบสถานภาคพนดนซงมจานรบสง

สญญาณดาวเทยมขนาดเลกมาก (VSAT : Very-Small-Aperture Terminal) ซงมขนาดต ากวา 4.5 เมตรไม

จ าเปนตองตดตงระบบน


1. จงอธบายสวนประกอบของระบบบนดาวเทยม

2. จงอธบายสวนประกอบของระบบสถานภาคพนดน


1. การท างานของดาวเทยมประกอบไปดวย ระบบยอยส าหรบการขบเคลอน ระบบยอยส าหรบการ

ควบคมตวดาวเทยม ระบบยอยส าหรบการสอสารอเลกทรอนกส ระบบยอยส าหรบพลงงานไฟฟา

ระบบยอยส าหรบสายอากาศ ระบบยอยส าหรบการควบคมอณหภม และระบบยอยส าหรบโทรมาตร

ตดตาม และส งการ เปนตน

2. สถานภาคพนดนท าหนาทในการเชอมโยงสญญาณขนไปยงดาวเทยม และรบสญญาณการเชอมโยงลง

มาจากดาวเทยมในเวลาเดยวกน ประกอบไปดวยการมลตเพลกซและการดมลตเพลกซ การมอดเลต

และการดมอดเลต การแปลงความถขนและลง และการขยายสญญาณก าลงสงและการสญญาณ

รบกวนต า เปนตน


8-25

ตอนท 8.2

กำรเชอมโยงสญญำณดำวเทยม


หวเรอง

8.2.1 วงโคจรของดาวเทยม

8.2.2 แถบความถและการลดทอนของสญญาณ

8.2.3 การออกแบบการเชอมโยงสญญาณ

แนวคด

1. ประเภทของวงโคจรของดาวเทยมแบงตามระดบความสงเปน วงโคจรคางฟา วงโคจรในระดบกลาง

และวงโคจรในระดบต า โดยในแตละวงโคจรมขอจ ากดและการใชงานแตกตางกน การทราบ

ลกษณะวงโคจรท าใหสถานภาคพนดนสามารถก าหนดทศทางของการสอสญญาณไปยงดาวเทยมได

2. การสอสารผานดาวเทยมดวยระยะทางไกลผานช นบรรยากาศของโลก ท าใหเกดการลดทอนของ

สญญาณ รวมไปถงรปแบบการแพรซงสญญาณลดลงเมอออกหางจากแกนหลกของคลน

3. การออกแบบการเชอมโยงขนหรอลงระหวางสถานภาคพนดนกบดาวเทยม จ าเปนตองค านงถง

ปจจยตางๆ ทสงผลกระทบตอระดบของสญญาณการสอสาร เชน ความสามารถในการรบและสง

สญญาณของสถานภาคพนดนและดาวเทยม ระยะหางของการสอสาร สภาพอากาศขณะสอ

สญญาณ รวมไปถงการรบกวนจากการสอสารภาคพนดนหรอจากดาวเทยมดวงอนๆ



1. อธบายประเภทและลกษณะของวงโคจรของดาวเทยมได

2. อธบายสาเหตของการลดทอนของสญญาณดาวเทยมได

3. ค านวณการเชอมโยงสญญาณระหวางสถานภาคพนดนกบดาวเทยมได


8-26


วงโคจรของดำวเทยม

1. ประเภทของวงโคจร การแบงประเภทของวงโคจรของดาวเทยมสามารถท าไดหลายแนวทางดงน

1.1 แบงตำมรปรำงของวงโคจร โดยวงโคจรรปวงกลม (circular orbit) มจดศนยกลางของโลกเปนจด

ศนยกลางของวงกลม หรอวงโคจรรปวงร (elliptical orbit) มจดศนยกลางของโลกเปนจดโฟกสจดใดจดหนงของวงร

โดยดาวเทยมซงอยในวงโคจรรปวงกลมเคลอนทดวยความเรวคงทตลอดเสนทางโคจร ขณะทดาวเทยมซงอยในวง

โคจรรปวงรเคลอนทดวยความเรวไมคงท โดยมความเรวสงสดเมออยในต าแหนงจดโคจรใกลสดจากโลก (perigee)

และมความเรวต าสดเมออยในต าแหนงจดโคจรไกลสดจากโลก (apogee)

ดงนนดาวเทยมคางฟาซงมต าแหนงคงทเมอเทยบกบโลกซงหมนรอบตวเองดวยความเรวคงทมวงโคจร

เปนรปวงกลมเทานน

1.2 แบงตำมระนำบของวงโคจร โดยดาวเทยมอาจอยบนวงโคจรในระนาบเสนศนยสตรของโลก

(equatorial orbit) วงโคจรในระนาบข วโลก (polar orbit) ซงอยในแนวข วโลกเหนอและข วโลกใต หรอวงโคจรใน

ระนาบเอยง (inclined orbit) ซงท ามมลาดเอยงกบระนาบเสนศนยสตรของโลก

การเลอกระนาบวงโคจรของดาวเทยมขนอยกบพนทคลมสญญาณของดาวเทยมดวงนน โดยดาวเทยม

คางฟามวงโคจรอยบนระนาบเสนศนยสตรของโลก ซงดาวเทยมโคจรรอบโลกตามแกนข วโลกเหนอ - ข วโลกใต หรอ

แกนในการหมนรอบตวเองของโลก

1.3 แบงตำมระดบควำมสงของดำวเทยมจำกพนโลก โดยวงโคจรมระดบความสงเรยงล าดบจากนอย

ไปมากดงน วงโคจรระดบต า (Low Earth Orbit: LEO) ทระดบความสง 500 - 1,500 กโลเมตร วงโคจร

ระดบกลาง (Medium Earth Orbit: MEO) ทระดบความสง 8,000 - 18,000 กโลเมตร และวงโคจรคางฟา

(Geostationary Orbit: GEO) ทระดบความสง 35,863 กโลเมตร ดงแสดงในภาพท 8.13


8-27

ภำพท 8.13 วงโคจรของดำวเทยม

ภำพท 8.14 มมยกและมมครอบคลม

ภาพท 8.14 แสดงต าแหนงของดาวเทยมสอสารและสถานภาคพนดน โดยดาวเทยมอยสงจากพนโลกเปน

ระยะทาง และโลกมรศมเปน (ประมาณ 6,371 กโลเมตร) มมนาเดยร (Nadir angle : ) คอมมซง

ดาวเทยมมองลงมายงสถานภาคพนดน มมยก (elevation angle : ) คอมมซงจานรบสงสญญาณดาวเทยมซง

ต งอยทสถานภาคพนดนท ามมกบแนวนอนหรอแนวเสนสมผสกบพนผวโลกโดยทแกนกลางของล าคลนหลกชไปยง

ดาวเทยม ดงนนดาวเทยมสามารถครอบคลมพนทบนโลกไดมากทสดเมอมมยกมคาเทากบศนยองศาหรอล าคลนหลก

ขนานกบแนวเสนสมผสพนโลก

อยางไรกตามในการใชงานจรงนนมมยกทต าทสดถกก าหนดใหมคามากกวาศนยองศาดวยเหตผลดงน



โลก

วงโคจรคางฟา (35,863 km)

วงโคจรระดบกลาง วงโคจรระดบต า

วงโคจรรปวงร

apogee

perigee


8-28

ตนไม อาคาร หรอสงกอสรางใดๆ บนพนโลก เปนสงกดขวางในแนวเสนสายตา ซงท าใหการสอ

สญญาณเกดการลดทอนหรอหกเหได

การลดทอนของช นบรรยากาศมผลมากขนเมอมมยกมคานอยลง เพราะสญญาณเดนทางผานช น

บรรยากาศดวยระยะทางทเพมขน

สญญาณรบกวนทางไฟฟาซงเกดจากความรอนของพนผวโลกสงผลกระทบมากขน หากคลนเดนทาง

ขนานกบพนโลก

ปจบนนคณะกรรมาธการการสอสารแหงสหรฐอเมรกาก าหนดใหมมยกทต าทสดส าหรบการเชอมโยงลง

คอ 5 - 20 องศาโดยขนอยกบความถของการสอสญญาณนนๆ และมมยกทต าทสดส าหรบการเชอมโยงขนคอ 5 องศา

มมครอบคลม (coverage angle : ) คอมมซงแนวเสนตรงจากจดศนยกลางของโลกไปยงดาวเทยมท า

มมกบแนวเสนตรงจากจากจดศนยกลางของโลกไปยงสถานภาคพนดนทมมมยกต าทสด มมครอบคลมแสดงถง

บรเวณพนทบนผวโลกทดาวเทยมยงสามารถใหบรการการสอสารไปถงได

ภำพท 8.15 ควำมสมพนธระหวำงมมภำยในสำมเหลยม

ในการค านวณหาคาระยะทางของเสนทางจากสถานภาคพนดนไปยงดาวเทยมใชความรพนฐานดาน

ตรโกณมต โดยพจารณาสามเหลยมในภาพท 8.15 ซงมมมภายในสามเหลยมเปนมม และ โดยมความยาว

ดานตรงขามมมเปน และ ตามล าดบ จะไดวา และ ดงนน

(8.4)

นนคออตราสวนระหวางคาไซนของสองมมใดๆ ภายในสามเหลยม มคาเทากบอตราสวนของความยาว

ดานตรงขามของสองมมนนๆ ดงนนจากภาพท 8.14 จะไดวา หรอ


8-29

(8.5)

สมการ (8.5) ใชในการค านวณหาคาระยะทางของเสนทางจากสถานภาคพนดนไปยงดาวเทยม เมอทราบ

ระดบความสงของดาวเทยม คามมครอบคลมของดาวเทยม และคามมยกของจานสายอากาศของสถานภาคพนดน

ในการสอสญญาณจากสถานภาคพนดนไปยงดาวเทยมและสอสญญาณจากดาวเทยมกลบมายงสถาน

ภาคพนดนครบหนงรอบ มชวงเวลาหนวง เมอ คอคาความเรวของแสงหรอคลนแมเหลกไฟฟา

(ประมาณ 3108 เมตรตอวนาท)

ในการระบพนทใหบรการของดาวเทยม ใชคาความยาวเสนโคงของพนผวโลกซงเปนวงกลม ดงนนหาก

ดาวเทยมมมมครอบคลมเปน มพนทครอบคลมเปน เมตร จะเหนวาหากดาวเทยมลอยอยสงจากพนโลก

มากขนกมพนทครอบคลมสญญาณมากขน แตท าใหระยะทางในการสอสญญาณระหวางสถานภาคพนดนกบดาวเทยม

เพมขนดวย ภาพท 8.16 แสดงความสมพนธของวงโคจรของดาวเทยมทระดบความสงตางๆ กบคาบของวงโคจร พนท

ใหบรการ และเวลาหนวงสงสดจากการสอสญญาณไปกลบระหวางสถานภาคพนดนกบดาวเทยม จะเหนวาเมอวงโคจร

ของดาวเทยมมระดบความสงจากพนโลกมากขน ดาวเทยมใชเวลานานมากขนในการโคจรครบหนงรอบ นนคอคาบ

ของวงโคจรเพมขน พนทใหบรการกวางขน และเวลาหนวงสงสดเพมขน

ภำพท 8.16 ควำมสมพนธระหวำงควำมสงของวงโคจรกบคำบของวงโคจร พนทครอบคลม และเวลำหนวงสงสด

ทมา: ดดแปลงจาก Stallings, William. Wireless Communications and Networks. 2nd ed., Pearson Prentice Hall, 2005.

ระดบความสงของวงโคจร (กโลเมตร)

คาบของวงโคจร (ชวโมง)

เวลาหนวงสงสด (มลลวนาท)

พนทครอบคลม (กโลเมตร

103 )

ระดบความสง


พนทครอบคลม

คาบของวงโคจร

เวลาหนวงสงสด

500 1,000 5,000 10,000 50,000

25

20

15

10

5

200

150

100

50

0

250

300

0

5

10

15

20


8-30

สถานภาคพนดนปรบจานสายอากาศตามมมยกเพอชขนไปหาดาวเทยม แตอยางไรกตามดาวเทยม

ตองหมนรอบตวเองในแนวแกนตงเพอหาทศทางของดาวเทยม ซงก าหนดโดยมมทศ (azimuth angle : Az ) แสดง

ดงภาพท 8.17 มมทศคอมมทหมนตามเขมนาฬกาจากทศเหนอไปยงเสนตรงซงลากจากสถานภาคพนดนไปยงเงาของ

ดาวเทยมทฉายลงบนโลกผานจดศนยกลางของโลก โดยพจารณาจากการเทยบกบเสนแวง (longitude) ซงลากจากข ว

โลกเหนอไปยงข วโลกใตผานสถานภาคพนดน ทศเหนอคอ 0 องศา ทศตะวนออกคอ 90 องศา ทศใตคอ 180

องศา ทศตะวนตกคอ 270 องศา

ภำพท 8.17 ตวอยำงของมมทศ (Az)

2. วงโคจรคางฟา ปจจบนนดาวเทยมสอสารสวนใหญอยในวงโคจรคางฟา (GEOs : Geostationary Orbits) ซงเปนวง

โคจรรปวงกลม มรศมของวงโคจรจากจดศนยกลางของโลก 42,234 กโลเมตร หรอทระดบความสงจากพนผวโลกเปน

ระยะทาง 35,863 กโลเมตร (ประมาณ 5.6 เทาของรศมโลก) โดยเปนระดบความสงเหนอช นบรรยากาศของโลก

ดาวเทยมทลอยอยในระดบความสงน และโคจรเปนวงกลมบนระนาบเสนศนยสตรของโลก มความเรวเชงมมเทากบ

ความเรวในการหมนรอบตวเองของโลก ดงนนต าแหนงของดาวเทยมจะคงทเสมอเมอเทยบกบต าแหนงใดๆ บนพน

โลก

ภาพท 8.18 แสดงตวอยางมมมองดานบนของดาวเทยมบนวงโคจรคางฟาทต าแหนงตางๆ และระดบ

ความสงเมอเทยบกบโลก ในปจจบนนมดาวเทยมสอสารมากกวา 400 ดวงทใชวงโครจรคางฟา จงท าใหดาวเทยม

หลายๆ ดวงอยใกลกนมากโดยหางกนประมาณ 0.1 องศาของเสนแวง


จดศนยกลางของโลก


Az

ข วโลกเหนอ

เสนศนยสตร

เสนแวงของสถานภาคพนดน เสนแวงของเงาของดาวเทยม


8-31

ภำพท 8.18 วงโคจรคำงฟำบนระนำบเสนศนยสตรของโลก


ขอดของวงโครจรคางฟามดงน

ดาวเทยมสอสารในวงโคจรคางฟา โคจรดวยความเรวเชงมมเทากบความเรวในการหมนรอบตวเอง

ของโลก ดงนนจงไมมปญหาเรองปรากฏการณดอปเพลอร (Doppler effect) ซงเปนการเปลยน

ความถของคลน เนองจากความเรวสมพทธของการเคลอนทของดาวเทยมเมอเทยบกบการเคลอนท

ของสถานภาคพนดน แสดงดงภาพท 8.19 พจารณาการเชอมโยงลงโดยสถานภาคพนดนเปนผ

สงเกตการณและรบสญญาณความถ จากดาวเทยมซงจรงๆ แลวถกสงสญญาณลงมาดวยความถ

(ความถขณะหยดนงเมอเทยบกบสถานภาคพนดน) หากดาวเทยมเคลอนทเขาหาสถานภาคพนดน

แลว และหากดาวเทยมเคลอนทหางออกจากสถานภาคพนดนแลว โดยม

ความสมพนธดงน เมอ คอความเรวสมพทธของผสงเมอเทยบกบผรบ และ คอ

ความเรวของคลน

การตดตามดาวเทยมจากสถานภาคพนดนสามารถท าไดงาย เพราะดาวเทยมอยในต าแหนงเดม

ตลอดเวลา

= ดาวเทยม


บนระนาบเสนศนยสตรของโลก

ทระดบความสง 35,863 กโลเมตร

ทวปอเมรกาเหนอ ทวปยโรป

ทวปเอเซย

มหาสมทรแอตแลนตก

มหาสมทรแปซฟก

แนวเสนเมรเดยน

กรนช (เสนแวง 0)

จดเสถยรของดาวเทยม

(เสนแวง 75 ตะวนออก)

จดเสถยรของดาวเทยม

(เสนแวง 105 ตะวนตก)

จดกงเสถยรของดาวเทยม

(เสนแวง 165 ตะวนออก)

จดกงเสถยรของดาวเทยม

(เสนแวง 15 ตะวนตก)


8-32

ภำพท 8.19 ปรำกฎกำรณดอปเพลอร

ทระดบความสง 35,863 กโลเมตรเหนอพนโลก ท าใหดาวเทยมหนงดวงสามารถตดตอสอสารได

ครอบคลมพนทไดกวางถง 1/4 ของโลก

ส าหรบการสอสารแบบจดเดยวไปยงหลายๆ จด (point-to-multipoint communicaiton)

ดาวเทยมคางฟาสามาถจดสรรความถของคลนไมโครเวฟเพยงความถเดยว ไปยงผรบซงอยในพนท

ครอบคลมบรเวณกวางได เชน การถายทอดสดผานดาวเทยมทางโทรทศน

อยางไรกตาม ขอจ ากดของวงโคจรคางฟามดงน

เนองจากดาวเทยมโคจรเหนอพนผวโลกดวยระดบความสงมาก ดงนน ในการสอสญญาณผานระยะ

ทางไกลมากๆ ท าใหระดบสญญาณมคาต า

พนทซงต งอยบรเวณข วโลกเหนอและข วโลกใต ไมสามารถรบบรการของดาวเทยมคางฟาได

ในการสอสญญาณระยะทางไกลผานดาวเทยมท าใหเกดชวงเวลาหนวงส าหรบการสอสาร โดยการ

ตดตอสอสารระหวางสถานภาคพนดนสองแหงซงต งอยในแนวเสนศนยสตรของโลกครบหนงรอบ ม

ชวงเวลาหนวงประมาณ (2 35,863 กโลเมตร) / (3108 เมตรตอวนาท) = 0.24 วนาท โดย

ชวงเวลาหนวงนมคามากขนส าหรบการสอสารระหวางสถานภาคพนดนซงต งอยในต าแหนงนอกแนว

เสนศนยสตรของโลก ยกตวอยางเชน การสอสารดวยโทรศพทระหวางบคคลสองคน ชวงเวลาหนวง

จากการสนทนาของท งสองคนเปน 2 0.24 วนาท = 0.48 วนาท ซงท าใหผสนทนาสามารถรสกได

ส าหรบการสอสารแบบจดตอจด (point-to-point communication) การจดสรรความถใหแตละจด

เปนการสนเปลองทรพยากรดานความถ ดงนนจงสามารถแกไขโดยใชสายอากาศแบบเฉพาะจดหรอ

ดาวเทยมเคลอนท

ออกจากสถานภาคพนดน


(ผสงเกตการณ)


ดาวเทยมเคลอนท

เขาหาสถานภาคพนดน


8-33

แบบหนล าคลนไดเพอครอบคลมพนทคลมสญญาณ หรอ ฟตปรนต (footprint) นอกจากนปญหา

เหลานสามารถแกไขไดโดยการเลอกใชวงโคจรอน เชน วงโคจรระดบกลาง หรอวงโคจรระดบต า

3. วงโคจรระดบกลาง (MEOs : Medium Earth Orbits) ภาพท 8.20 แสดงวงโคจรระดบกลางทระดบความสง 10,400 กโลเมตรเหนอพนผวโลก เนองจาก

ดาวเทยมโคจรดวยความเรวมากกวาความเรวในการหมนรอบตวเองของโลก (คาบของดาวเทยมในการโคจรรอบโลก

ประมาณ 5 - 10 ช วโมง) ดงนนการเคลอนทของดาวเทยมในวงโคจรนสมพทธกบการเคลอนทของต าแหนงใดๆ บน

โลก ระบบการสอสารส าหรบดาวเทยมในวงโคจรนจงตองถกออกแบบมาเพอรองรบการเปลยนแปลงของความถจาก

ปรากฏการณดอปเพลอร ดาวเทยมเทลสตารเปนดาวเทยมสอสารทดสอบดวงแรกทขนสวงโคจรน

ระบบการสอสารผานกลมดาวเทยมในวงโคจรระดบกลางเรมใชงานตงแตป พ.ศ. 2543 โดยใหบรการ

โทรศพทดจทล การสงขอมลและขอความตวอกษร การรายงานขาวดวน หรอระบบระบต าแหนงบนโลก (GPS :

Global Positioning System) เปนตน กลมดาวเทยมในวงโคจรระดบกลางประกอบดวยดาวเทยมใชงาน 12 ดวง

และดาวเทยมส ารอง 2 ดวง ท างานรวมกนเปนเครอขาย โดยแบงดาวเทยมออกเปนสองกลมซงอยในวงโคจรบน

ระนาบเอยง 45 องศากบระนาบเสนศนยสตรของโลก การสอสารระหวางสถานภาคพนดนสองแหงตองอาศยการสง

ตอสญญาณจากดาวเทยมดวงหนงไปยงดาวเทยมอกดวงหนงดวย

ภำพท 8.20 เครอขำยดำวเทยมในวงโคจรระดบกลำง



วงโคจรระดบกลาง


8-34

4. วงโคจรระดบต า วงโคจรระดบต า (Low Earth Orbits: LEOs) มระดบความสง 500 - 1,500 กโลเมตรเหนอพนผวโลก ถกน ามาใชงานกอนกลมดาวเทยมในวงโคจรระดบกลาง โดยระบบการสอสารผานดาวเทยมในวงโคจรระดบต าใช

ดาวเทยมรวมกนหลายดวงโคจรซงอยในระนาบวงโคจรหลายระนาบ โดยสวนใหญแลวอยในระนาบข วโลกดงแสดงใน

ภาพท 8.21 การสอสารในกลมดาวเทยมในวงโคจรระดบต าจ าเปนตองมการสงตอ (handoff) ของสญญาณระหวางกนมากกวาเครอขายของวงโคจรระดบกลาง แตมชวงเวลาหนวงและก าลงสงนอยกวา

ดาวเทยมในวงโคจรระดบต ามขอไดเปรยบหลายประการเมอเทยบกบดาวเทยมคางฟา เชน ลดชวงเวลา

หนวงของการสอสาร ระดบสญญาณของการสอสารมคาสงมากกวาเมอสงสญญาณดวยก าลงทเทากน การเจาะจงพนท

ใหบรการสามารถท าไดดกวา และท าใหสามารถจดสรรความถของคลนไดดกวา ดงนนในปจบนนเทคโนโลยนจงถก

น ามาใชในงานดานการสอสารส าหรบโทรศพทเคลอนทซงตองการการรบสญญาณทแรงกวา อยางไรกตามขอเสยของ

ระบบนคอตองใชดาวเทยมจ านวนหลายดวงเพอใหบรการไดตลอด 24 ช วโมง

ภำพท 8.21 เครอขำยดำวเทยมในวงโคจรระดบต ำ


กลมดาวเทยมในวงโคจรระดบต าทใหบรการดานการสอสารสามารถแบงออกไดเปนสองประเภทคอ

4.1 กลมดำวเทยมขนำดเลกในวงโคจรระดบต ำ (Little LEOs) ซงใชในการสอสารทสญญาณมความถ

ต ากวา 1 GHz และมความกวางแถบความถ (bandwidth) ไมเกน 5 MHz สามารถรองรบอตราการสงขอมลไดถง

10 กโลบตตอวนาท โดยใชความถในการเชอมโยงขน 148.00 - 150.05 MHz (รองรบอตราขอมล 2.4 กโลบตตอ

วนาท) และความถในการเชอมโยงลง 137 - 138 เฮรตซ (รองรบอตราขอมล 4.8 กโลบตตอวนาท) ในป พ.ศ. 2538


ข วโลกเหนอ

ข วโลกใต

วงโคจรระดบต า


8-35

ดาวเทยม ออรบคอมม (Orbcomm) คอ ดาวเทยมดวงแรกในระบบน โดยเรมตนใชดาวเทยมสองดวงในการ

ใหบรการการสอสารในชวงเวลาส นๆ และการสงขอความตวอกษรซงมขนาดของขอมล 6 - 250 ไบตเทานน นอกจากน

ดาวเทยมออรบคอมมยงใหบรการระบบตดตามการเคลอนท (tracking) ส าหรบรถพวง รถราง หรอยานพาหนะอนๆ

และงานดานการตรวจการณระยะไกล (remote monitoring) ส าหรบถงเกบเชอเพลง หรอทอสงน ามนตางๆ เปนตน

ปจจบนมกลมดาวเทยมขนาดเลกในวงโคจรระดบต ามากกวา 30 ดวง

4.2 กลมดำวเทยมขนำดใหญในวงโคจรระดบต ำ (Big LEOs) ซงใชในการสอสารทสญญาณมความถ

มากกวา 1 GHz และรองรบอตราขอมล 2 - 3 เมกะบตตอวนาท (Mbps) การใชงานของดาวเทยมประเภทนเหมอนกบกลมดาวเทยมขนาดเลกในวงโคจรระดบต า แตสามารถประยกตใชกบการใหบรการสอสญญาณเสยงพด

หรอการระบต าแหนง ยกตวอยางเชน ดาวเทยม โกลบอลสตาร (Globalstar) ซงเปนดาวเทยมทไมไดตดตงระบบ

ประมวลผลหรอระบบสอสารระหวางดาวเทยมในเครอขาย แตท าการสงสญญาณไปท าการประมวลผลทสถาน

ภาคพนดน ดาวเทยมโกลบอลสตารใชเทคนคการเขาถงหลายทางแบบแบงรหส (Code Division Multiple Access:

CDMA) ในพนทใหบรการแบบโครงขายเซลลลาร (cellular network) โดยมดาวเทยมใชงานท งหมด 48 ดวงและ

ดาวเทยมส ารองอก 8 ดวง ทระดบความสงของวงโคจร 1,413 กโลเมตร ดาวเทยมเหลานใหบรการโทรศพทเคลอนท

โดยใชความถในการเชอมโยงลงประมาณ 2 GHz (แถบความถ S) ในการสงสญญาณไปยงผใชงาน

ตารางท 8.1 สรปรายละเอยดของดาวเทยมซงแบงประเภทตามระดบความสงของวงโคจร ซงประกอบ

ไปดวย วงโคจรระดบต า (LEO) วงโคจรระดบกลาง (MEO) และวงโคจรคางฟา (GEO) ตามล าดบ

ตำรำงท 8.1 กำรเปรยบเทยบวงโคจรระดบต ำ วงโคจรระดบกลำง และวงโคจรคำงฟำ ส ำหรบดำวเทยมสอสำร

รำยละเอยดของวงโคจร วงโคจรระดบต ำ วงโคจรระดบกลำง วงโคจรคำงฟำ

คาบของการโคจร 1.5 - 2 ช วโมง 5 - 10 ช วโมง 24 ช วโมง

ระดบความสงจากพนโลก 500 - 1,500 กโลเมตร 8,000 - 18,000 กโลเมตร 35,863 กโลเมตร

ชวงเวลาทสอสารได 15 - 20 นาทตอคร ง 2 - 8 ช วโมงตอคร ง ตลอดเวลา

มมยก ไมคงทและเปลยนแปลงเรว

มคามากถงคานอย

ไมคงท แตเปลยนแปลงชา

มคามาก

คงท

มคานอย

เวลาหนวงของการแพร

สญญาณครบหนงรอบ

ไมเกน 10 มลลวนาท เกน 10 มลลวนาท ประมาณ 250 มลลวนาท

พนทครอบคลมช วขณะ

(เสนผานศนยกลางของพนท

เมอมมมยก 10 องศา)

ประมาณ 6,000 กโลเมตร ประมาณ 12,000 - 15,000 กโลเมตร 16,000 กโลเมตร (คงท)


8-36

ตวอยางของดาวเทยม อรเดยม (Iridium)

โกลบอลสตาร (Globalstar)

เทเลเดสก (Teledesic)

สกายบรดจ (Skybridge)

ออรบคอมม (Orbcomm)

โอดสซ (Odyssey)

อนมารแซต (Inmarsat)

อนเทลแซต (Intelsat)

อนมารแซต (Inmarsat)

ไทยคม (Thaicom)


1. จงอธบายประเภทและลกษณะของวงโคจรของดาวเทยมตามระดบความสง

2. จงอธบายขอดขอเสยและการประยกตใชงานดาวเทยมในวงโคจรประเภทตางๆ


1. ดาวเทยมสามารถแบงตามระดบความสงของดาวเทยมไดเปน ดาวเทยมคางฟา ดาวเทยมในวง

โคจรระดบกลาง และดาวเทยมในวงโคจรระดบสง โดยดาวเทยมคางฟามความเรวในการโคจรเทากบความเรวในการ

หมนรอบตวเองของโลก ดงนนต าแหนงของดาวเทยมจงหยดนงเมอเทยบกบโลก สวนดาวเทยมในวงโคจรระดบกลาง

และวงโคจรระดบต าโคจรดวยความเรวมากกวาความเรวในการหมนรอบตวเองของโลก ดงนนสถานภาคพนดนใดๆ

สามารถตดตอสอสารกบดาวเทยมไดในชวงระยะเวลาหนงเทานน

2. ดาวเทยมคางฟามต าแหนงคงทเมอเทยบกบสถานภาคพนดนใดๆ และมพนทครอบคลมสญญาณ

กวางประมาณ 1/4 ของโลก แตมระยะทางของการสอสญญาณสงสด ขณะทดาวเทยมในวงโคจรระดบกลางและวง

โคจรระดบต าสามารถถกมองเหนโดยสถานภาคพนดนเพยงชวงเวลาหนงเทานน ดงนนในการตดตอสอสารตลอดเวลา

ตองใชงานดาวเทยมมากกวาหนงดวงขนไป ท งนการใชงานดาวเทยมในวงโคจรประเภทตางๆ ขนอยกบลกษณะของ

งานนนๆ


8-37


แถบควำมถและกำรลดทอนของสญญำณ

1. แถบความถส าหรบการสอสารผานดาวเทยม ดาวเทยมสอสารสามารถแบงประเภทตามลกษณะการใหบรการไดเปน

ดาวเทยมส าหรบผใชบรการประจ าท (FSS : Fixed Service Satellite)

ดาวเทยมส าหรบใหบรการแพรสญญาณ (BSS : Broadcast Service Satellite)

ดาวเทยมส าหรบผใชบรการเคลอนท (MSS : Mobile Service Satellite)

การสอสารผานดาวเทยมใชคลนความถวทยในแถบไมโครเวฟ 1 - 40 GHz โดยมแถบความถตางๆ ดง

แสดงในตารางท 8.2 จะเหนวาถาความถใชงานเพมขน ความกวางแถบความถ (frequency bandwidth) เพมขนดวย

อยางไรกตามโดยปกตแลวการสอสญญาณความถสงเกดการลดทอนของสญญาณมากกวาการสอสญญาณความถต า

การใหบรการดาวเทยมแกผใชงานเคลอนทใชแถบความถ L และ S โดยเมอเปรยบเทยบกบการใชงานแถบความถทสง

กวาแลวพบวาสญญาณในแถบความถนสามารถเดนผานสงกดขวาง เชน ตนไม หรอวตถทไมใชโลหะไดดกวา ซงท าให

แถบความถนมความเหมาะสมกบงานดานการสอสารเคลอนท อยางไรกตามแถบความถ L และ S เปนแถบความถท

นยมใชกนอยางแพรหลายในการสอสารไมโครเวฟภาคพนดน ดงนนจงมความยงยากมากกวาในการจดสรรความจของ

การสอสารส าหรบการใหบรการประเภทตางๆ

ตำรำงท 8.2 กำรเปรยบเทยบแถบควำมถทใชในกำรสอสำรผำนดำวเทยม

แถบควำมถ ชวงควำมถ ควำมกวำงแถบ กำรใชงำนทวไป

L 1 - 2 GHz 1 GHz ดาวเทยมส าหรบผใชบรการเคลอนท

S 2 - 4 GHz 2 GHz ดาวเทยมส าหรบผใชบรการเคลอนท และการส ารวจอวกาศ

C 4 - 8 GHz 4 GHz ดาวเทยมส าหรบผใชบรการประจ าท

X 8 - 12.5 GHz 4.5 GHz ดาวเทยมส าหรบผใชบรการประจ าท ส าหรบการทหาร

การส ารวจภาคพนดน และการพยากรณอากาศ

Ku 12.5 - 18 GHz 5.5 GHz ดาวเทยมส าหรบผใชบรการประจ าทและบรการแพรสญญาณ

K 18 - 26.5 GHz 8.5 GHz ดาวเทยมส าหรบผใชบรการประจ าทและบรการแพรสญญาณ

Ka 26.5 - 40 GHz 13.5 GHz ดาวเทยมส าหรบผใชบรการประจ าท


8-38

ในการจดสรรแถบความถของการเชอมโยงขนและการเชอมโยงลงของการสอสารผานดาวเทยมส าหรบ

งานบรการดานตางๆ โดยปกตใหความถของสญญาณเชอมโยงขนสงกวาความถของสญญาณเชอมโยงลงเพราะสถาน

ภาคพนดนสามารถตดตงเครองสงก าลงสงและสายอากาศขนาดใหญในการสงสญญาณก าลงสงเพอชดเชยการลดทอน

สญญาณความถสงจากช นบรรยากาศโลก ขณะทดาวเทยมซงลอยอยในอวกาศมขอจ ากดในดานขนาดของดาวเทยม

โดยสายอากาศซงตดต งอยบนตวดาวเทยมมขนาดเลกกวามาก

2. การลดทอนของสญญาณในการสอสารผานดาวเทยม การลดทอนของสญญาณในการสอสญญาณผานดาวเทยมมหลายสาเหตหลกดงตอไปน

2.1 กำรลดทอนเนองจำกระยะทำงในชนบรรยำกำศและอวกำศ ซงอยระหวางจานสายอากาศของสถาน

ภาคพนดนกบจานสายอากาศของดาวเทยม หรอเรยกวา การสญเสยในอวกาศวาง (free space loss) ซงสามารถ

ค านวณไดในหนวยเดซเบล ดงน

(8.6)

เมอ คอความยาวคลน และ คอระยะทางจากสายอากาศสงสญญาณถงสายอากาศรบสญญาณ เหน

จะไดวาในการสอสญญาณดวยความถสงหรอความยาวคลนส น ท าใหเกดการสญเสยของสญญาณมากขน พจารณา

ดาวเทยมในวงโคจรคางฟาบนระนาบของเสนศนยสตร ( = 35,863 km) ดงนนการสญเสยในอวกาศวางในหนวยเด

ซเบล มคาเปน

(8.7)

และหากพจารณาเมอสถานภาคพนดนตงอยในพ นทครอบคลมสญญาณของดาวเทยมคางฟา แต

ไมไดต งในแนวเสนศนยสตรของโลก การสญเสยของการสอสญญาณผานอวกาศวางมคามากกวาสมการ (8.7) เพราะ

มระยะทางของการสอสญญาณทเพมขนมากกวา 35,863 กโลเมตร ระยะทางของการสอสญญาณสงสดส าหรบพนท

คลมสญญาณของดาวเทยมคางฟาคอ = 42,711 km ดงนนคาการสญเสยในอวกาศวางสงสดส าหรบดาวเทยมคาง

ฟา ในหนวยเดซเบล คอ


8-39

(8.8)

ภาพท 8.24 แสดงความสมพนธของการลดทอนของสญญาณกบความถของสญญาณทใช ในการ

สอสาร และระดบความสงวงโคจรจากพนโลก

ภำพท 8.24 ควำมสมพนธระหวำงกำรสญเสยในอวกำศวำงต ำสดกบระดบควำมสงของวงโคจร


2.2 กำรลดทอนเนองจำกระยะทำงภำคพนดน ระหวางจานสายอากาศของสถานภาคพนดนกบเงาของ

ดาวเทยมส าหรบการเชอมโยงลง ดาวเทยมสอสารสอสญญาณดวยคลนไมโครเวฟผานสายอากาศแบบมทศทาง

(directional antenna) ดงนนดาวเทยมไมแพรสญญาณออกไปท วทกพนทครอบคลมสญญาณบนโลก แตชทศทาง

ลงไปยงพนทเปาหมายทตองการเทานน จดศนยกลางของพนทเปาหมายเปนบรเวณทสามารถรบสญญาณไดดทสด

และก าลงของสญญาณทรบไดคอยๆ ลดลงส าหรบบรเวณโดยรอบซงหางจากจดศนยกลางออกไปในทกๆ ทศทาง

พนทเปาหมายของดาวเทยมในลกษณะนเรยกวาพนทคลมสญญาณ ซงแสดงถงประสทธภาพของการแผก าลงงานของ

สายอากาศไปยงแตละพนท หรอการแสดงถงก าลงของสญญาณทสงผานสายอากาศและความสามารถในการบงคบ

ระดบความสง


ความถ 40 GHz




ระดบความสงของวงโคจร (กโลเมตร)

การสญ

เสยในอวกาศวาง (เดซเบล)

500 1,000 5,000 10,000 50,000 80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220


8-40

ทศทางของสายอากาศอกดวย ยกตวอยางจากภาพท 8.25 พนทคลมสญญาณของดาวเทยมดวงหนงซงครอบคลม

ประเทศสหรฐอเมรกา จะเหนวารฐอารคนซอ (Arkansas: AR) ซงต งอยใกลกบศนยกลางของพนทเปาหมายมก าลงสง

ของสญญาณสงสด 36 เดซเบลวตต ขณะทรฐซงอยหางออกไปมคาก าลงสญญาณทลดลง เชน รฐเคนทกก

(Kentucky: KY) ฝงตะวนออก 35 เดซเบลวตต รฐเวสตเวอรจเนย (West Virginia: WV) 34 เดซเบลวตต รฐ

เพนซลเวเนย (PA : Pennsylvania) 33 เดซเบลวตต และรฐนวยอรก (New York: NY) ตอนบน 32 เดซเบลวตต

เปนตน ส าหรบก าลงจรงซงแตละพนทรบได สามารถค านวณไดจากการลบคาการสญเสยในอวกาศวางและการลดทอน

อนๆ ดงทไดกลาวไปแลวในขางตน

ภำพท 8.25 ตวอยำงพนทคลมสญญำณของดำวเทยม


2.3 กำรลดทอนเนองจำกชนบรรยำกำศโลก โดยสาเหตหลกของการสญเสยนเกดจากออกซเจนและน า

บนช นบรรยากาศ ซงท าใหเกดอากาศชน หมอก และฝน อกปจจยหนงสงผลตอการลดทอนในชนบรรยากาศคอ มม

ยกของจานสายอากาศทสถานภาคพนดน หากมคามมยกมคานอยหรอจานสายอากาศเกอบขนานกบพนโลก ท าให

สญญาณตองเดนทางผานช นบรรยากาศมากขน นอกจากนการลดทอนในชนบรรยากาศยงสมพนธกบความถของคลน

โดยสญญาณความถสงเกดการลดทอนมาก ภาพท 8.26 แสดงปรมาณการลดทอนในชนบรรยากาศส าหรบสญญาณ

พนทคลมสญญาณ

ในประเทศสหรฐเอมรกา

PA

WV KY

AR

NY

36 dBW

35 dBW

34 dBW

33 dBW 32 dBW


8-41

ในแถบความถ C เมอเทยบกบมมยก โดยพจารณาในกรณททองฟาปกต กรณเกดหมอก และกรณฝนตก จะเหนวาท

ความถและมมยกเดยวกนการดดกลนของฝนสงผลตอสญญาณมากกวาการดดกลนของหมอก

ภำพท 8.26 กำรลดทอนสญญำณเนองจำกกำรดดกลนของชนบรรยำกำศโลก



1. จงอธบายการเลอกใชความถของสญญาณการเชอมโยงขนและการเชอมโยงลงพรอมระบสาเหตท

เลอกใช

2. จงอธบายปจจยทสงผลกระทบตอการลดทอนของสญญาณดาวเทยม


การดดกลนของหมอก

มมยก

0 10 20 30 40 50

การลดทอนสญ

ญาณ

(เดซเบล)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

การดดกลนของฝน การดดกลน

ของช นบรรยากาศ


8-42

1. ความถของสญญาณการเชอมโยงขนถกออกแบบใหมคาสงกวาความถของสญญาณการเชอมโยงลง

เนองจากขอจ ากดท งทางดานขนาดและพลงงานไฟฟาของดาวเทยมซงลอยอยในอวกาศ โดยสถานภาคพนดนสามารถ

ตดตงเครองสงสญญาณก าลงสงและใชจานสายอากาศขนาดใหญในการสงสญญาณทมความถสงกวา มความกวางล า

คลนแคบกวา ไปยงดาวเทยม ในทางตรงกนขามดาวเทยมใชจานสายอากาศขนาดเลกกวา สงสญญาณทมความถต า

กวาเพอลดผลการลดทอนจากชนบรรยากาศ และมความกวางล าคลนกวางกวาเพอครอบคลมพนทบนผวโลกใหมาก

ทสด

2. การลดทอนของสญญาณดาวเทยมระหวางการเดนทางขนอยกบ ปจจยดานระยะทางในช น

บรรยากาศและอวกาศ ปจจยดานระยะทางภาคพนดน และปจจยดานการลดทอนในชนบรรยากาศโลก


8-43


กำรออกแบบกำรเชอมโยงสญญำณ

ในการสอสารผานดาวเทยมนนประสทธภาพของการสอสารขนอยกบหลายปจจย เชน ประสทธภาพของ

อปกรณสอสารอเลกทรอนกสของสถานภาคพนดนและดาวเทยม ระยะทางจากสถานภาคพนดนไปยงดาวเทยม การ

ลดทอนของสญญาณจากชนบรรยากาศโลก สภาพอากาศ หรอสญญาณรบกวนตางๆ เปนตน ดงนนจงจ าเปนตองม

การชดเชยการสญเสยเหลานดวยการค านวณการเชอมโยงสญญาณเพอก าหนดก าลงงานทเพยงพอตอการสอสญญาณ

ใหส าเรจ

1. การออกแบบการเชอมโยงขน พจารณาการเชอมโยงขนดงภาพท 8.22 สถานภาคพนดนซงมวงจรขยายก าลงสงทมก าลงในการสงเปน

วตต (W) และอตราการขยายของจานสายอากาศสงสญญาณเปน ท าการสอสญญาณเชอมโยงขนไปยง

ดาวเทยมทมอตราการขยายของจานสายอากาศรบสญญาณเปน โดยในการสอสญญาณนมอตราการลดทอนใน

เสนทางท งหมดเปน

ภำพท 8.22 กำรออกแบบกำรเชอมโยงขน

สถานภาคพนดนตน

ทาง

เครองสง

ดาวเทยม เครองรบ

สายอากาศสง

สายอากาศรบ

ฝน


8-44

ดงนนสามารถค านวณก าลงของสญญาณทดาวเทยมรบไดเปน วตต แตหนวยของก าลง

ของสญญาณทนยมใชคอ เดซเบลวตต (dBW) โดยใชฟงกชน เปลยนคาก าลงทมหนวยเปนวตตให

เปนเดซเบลวตต และจากคณสมบตของลอการทมสามารถเขยนใหมไดเปน

(8.9)

เมอ คอ ก าลงแผแบบไอโซทรอปกประสทธผล (EIRP : Effective Isotropically Radiation

Power) โดย มหนวยเปนเดซเบลวตต เปนคาระบความสามารถใน

การสงสญญาณของเครองสงสญญาณและสายอากาศดานสง

และ คอการลดทอนของสญญาณ

การลดทอนของสญญาณตลอดเสนทางการสอสารอาจเกดจากหลายสาเหต แสดงไดดงน

(8.10)

เมอ คอการสญเสยในสายอากาศสงสญญาณ (transmission loss)

คอการสญเสยในทอน าคลน (waveguide loss)

คอการสญเสยจากความคลาดเคลอนของทศทางล าคลน (pointing loss)

คอการสญเสยจากอวกาศวาง (free space loss)

โดย

(8.11)

เมอ คอความยาวคลน

และ คอระยะทางจากสายอากาศสงสญญาณถงสายอากาศรบสญญาณ

คอการสญเสยในช นบรรยากาศ (atmospheric loss) หรอการสญเสยจากการลดทอนของฝน

(rain fade)

และ คอการสญเสยในสายอากาศรบสญญาณ (reception loss)


8-45

ตวอยางท 8.2 สถานภาคพนดนแหงหนงท าการเชอมโยงขนดวยสญญาณความถ 14 GHz จานสายอากาศมขนาดเสน

ผานศนยกลาง 4 เมตร ก าลงสง 100 วตต สงสญญาณไปยงดาวเทยมซงอยหางออกไปจากแนวสายอากาศ 40,000

กโลเมตร ล าคลนทจานสายอากาศของดาวเทยมรบไดมความกวาง 2 องศา สมมตใหในขณะนนสภาพอากาศปกตไมม

เมฆฝน และคาประสทธภาพอะเพอรเจอรของจานสายอากาศของสถานภาคพนดน ( ) และของดาวเทยม

( ) มคาเปน 0.6 และ 0.55 ตามล าดบ ดงนนสามารถค านวณก าลงของสญญาณซงดาวเทยมรบไดดงน

วธท ำ

จากอตราการขยายสญญาณของจานสายอากาศดงสมการ (8.3)

จากการลดทอนของสญญาณเนองจากระยะทางดงสมการ (8.11)


8-46

ดงนนก าลงของสญญาณซงดาวเทยมรบได ดงสมการ (8.9) คอ

(หรอ 245 พโควตต)

เมอสายอากาศรบสญญาณบนดาวเทยมรบสญญาณซงมก าลงเปน เดซเบลวตตไดแลว สญญาณจะ

ถกสงผานอปกรณสอสารอเลกทรอนกสซงกอใหเกดสญญาณรบกวนจากความรอน (thermal noise) โดยมก าลงของ

สญญาณรบกวนในหนวยเดซเบลวตต เปน

(8.12)

เมอ คอคาคงทโบลทซมนน (Boltzmann’s constant : 1.3810–23

J/K)

คออณหภมสญญาณรบกวนในหนวยเคลวน (Kelvin)

และ คอความกวางแถบความถของอปกรณสอสารในหนวยเฮรตซ (Hz)

ดงนนในการเชอมโยงขนนสามารถระบถงคณภาพของสญญาณทดาวเทยมไดรบจากสถานภาคพนดน

ดวยคาอตราสวนคลนพาหตอสญญาณรบกวน (carrier-to-noise ratio) ดงน

(8.13)

พจารณาคาอตราสวนคลนพาหตอสญญาณรบกวนในหนวยวตต จะเหนวา

คณภาพของสญญาณทรบไดขนอยกบคา หรอตวเลขคณคา (figure of merit) ซงบอกถงความสามารถในการรบ

สญญาณของสายอากาศดานรบและเครองรบ

2. การออกแบบการเชอมโยงลง การเชอมโยงลงดงภาพท 8.23 เปนชวงการสอสญญาณทวกฤตทสด อนเนองมาจากขอจ ากดท งทางดาน

ขนาดของดาวเทยมทลอยอยบนอวกาศและดานพลงงานไฟฟา ท าใหไมสามารถตดตงเครองสงสญญาณก าลงสงสงได

ขณะเดยวกนระยะทางในการเชอมโยงลงไปยงสถานภาคพนดนกไกลมาก ท าใหมความสญเสยจากอวกาศวางคอนขาง


8-47

สงดงนนจงตองชดเชยดวยการลดความถของสญญาณลงมา นอกจากนระดบสญญาณทสถานภาคพนดนรบไดต ามาก

ดงนนจงตองชดเชยดวยจานสายอากาศดานรบขนาดใหญ โดยการค านวณการเชอมโยงสญญาณจากดาวเทยมกลบไป

ยงสถานภาคพนดนนนกระท าไดเชนเดยวกบการค านวณการเชอมโยงขนดงทไดกลาวไปแลว

เนองจากสถานภาคพนดนตงอยในพนทครอบคลมสญญาณของดาวเทยมหลายดวง ดงนนสถาน

ภาคพนดนซงมจานสายอากาศขนาดใหญสามารถเกดการแทรกสอด (interference) จากชองสญญาณเชอมโยงลงท

ใกลเคยงกนซงสงมาจากดาวเทยมดวงอนทไมตองการได นอกจากนยงสามารถเกดการรบกวนกนจากการสอสาร

ไมโครเวฟภาคพนดนอกดวย

พจารณาการค านวณอตราสวนคลนพาหตอสญญาณรบกวนของการสอสญญาณทงหมด นนคอเรมจาก

สถานภาคพนดนตนทางท าการสงสญญาณเชอมโยงขนไปยงดาวเทยมโดยมอตราสวนคลนพาหตอสญญาณรบกวน

ส าหรบการเชอมโยงขนเปน หลงจากนนดาวเทยมกสงสญญาณเชอมโยงลงมายงสถานภาคพนดนปลายทางโดย

มอตราสวนคลนพาหตอสญญาณรบกวนส าหรบการเชอมโยงลงเปน และมอตราสวนคลนพาหตอสญญาณ

รบกวนส าหรบการเชอมโยงลงของดาวเทยมดวงอนเปน ดงนนสามารถค านวนอตราสวนคลนพาหตอสญญาณ

รบกวนทงหมดของการสอสารนเปน

(8.14)

ภำพท 8.23 กำรออกแบบกำรเชอมโยงลง

สถานภาคพนดนปลายทาง เครองรบ

ดาวเทยม เครองสง

สายอากาศรบ


ดาวเทยมใกลเคยง เครองสง


สญญาณแทรกสอด


8-48


1. จงอธบายปจจยทสงผลกระทบตอการเชอมโยงสญญาณดาวเทยม

2. จงค านวณการเชอมโยงลงของสถานภาคพนดนและดาวเทยมโดยหาก าลงของสญญาณทสถานภาครบ

ตามโจทยทก าหนดใหตอไปน

ดาวเทยมคางฟาดวงหนงท าการสอสญญาณเชอมโยงลงดวยสญญาณความถ 12 GHz ก าลงสง 10

วตต และความกวางของล าคลน 2 องศา มายงสถานภาคพนดนซงมจานรบสญญาณดาวเทยมขนาด

เสนผานศนยกลาง 4 เมตร และอยหางกน 40,000 กโลเมตร สมมตใหมการลดทอนสญญาณ

เนองจากช นบรรยากาศ 2 เดซเบล และคาประสทธภาพอะเพอรเจอรของจานสายอากาศของสถาน

ภาคพนดน ( ) และของดาวเทยม ( ) มคาเปน 0.6 และ 0.55 ตามล าดบ


1. ในการออกแบบการสอสารผานดาวเทยม ตองค านวณการเชอมโยงสญญาณดาวเทยมเพอ

รบประกนวาระดบสญญาณของการสอสญญาณระยะทางไกลไปกลบระหวางสถานภาคพนดนและดาวเทยมยงมคาสง

เพยงพอ โดยปยจยทตองค านงถงคอ ความสามารถในการรบและสงสญญาณของสถานภาคพนดน ระยะทางระหวาง

สถานภาคพนดนกบดาวเทยม สภาพอากาศขณะท าการสอสญญาณ ความสามารถในการรบและสงสญญาณของ

ดาวเทยม รวมไปถงการรบกวนจากการสอสารภาคพนดนหรอจากดาวเทยมดวงอนๆ

2. การเชอมโยงสญญาณดาวเทยมขนอยกบ ก าลงของเครองสง ( ) อตราการขยายสายอากาศสง

( ) อตราการขยายสายอากาศรบ ( ) อตราการลดทอนของสญญาณ ( ) และก าลงของ

สญญาณรบกวน ( ) ดงนนสามารถค านวณก าลงของสญญาณซงสถานภาคพนดนรบไดดงน

จากอตราการขยายสญญาณของจานสายอากาศดงสมการ (8.3)


8-49

จากการลดทอนของสญญาณเนองจากระยะทางดงสมการ (8.11)

ดงนนก าลงของสญญาณซงสถานภาคพนดนรบได ดงสมการ (8.9) คอ

(หรอ 15 พโควตต)


8-50

ตอนท 8.3

กำรจดสรรควำมจของกำรสอสำรผำนดำวเทยม


หวเรอง

8.3.1 การแบงทางความถ

8.3.2 การแบงทางเวลา

8.3.3 การแบงทางรหส

แนวคด

1. พนทครอบคลมสญญาณของดาวเทยมมขนาดใหญมาก ดงนนดาวเทยมตองตดตอสอสารกบสถาน

ภาคพนดนหลายแหงในเวลาเดยวกน และดวยทรพยากรดานพลงงานทจ ากดของดาวเทยมซงลอย

อยนอกโลก ท าใหมความจ าเปนตองมการจดสรรความจของการสอสาร โดยใชการเขาถงหลายทาง

แบบแบงความถ โดยผใชงานสอสญญาณพรอมกนดวยความถทแตกตางกน

2. การเขาถงหลายทางแบบแบงเวลามประสทธภาพในดานการใชงานความกวางแถบความถสงกวาการ

แบงทางความถ โดยผใชงานสอสญญาณดวยความถเดยวกนแตใชไทมสลอตตางกน

3. การจดสรรความจแบบแบงรหส เปนการจดสรรความถซงผใชงานสามารถสอสญญาณดวยความถ

เดยวกนในเวลาเดยวกนได โดยใชการเขารหสสญญาณทแตกตางกน



1. อธบายหลกการจดสรรความจดวยการเขาถงหลายทางแบบแบงความถได

2. อธบายหลกการจดสรรความจดวยการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลาได

3. อธบายหลกการจดสรรความจดวยการเขาถงหลายทางแบบแบงรหสได


8-51

บทน ำ

4.

ดาวเทยมสอสารทอยในวงโคจรคางฟาใชความกวางแถบความถทกวางมาก เชน 500 MHz โดยท าการ

แบงแถบความถนออกเปนหลายชองสญญาณทมแถบความถแคบลง เชน ชองสญญาณละ 40 MHz เปนตน โดยใน

แตละชองสญญาณถกน าไปใชงานตางๆ กนไป เชน การแพรสญญาณโทรทศน หรอการสงกระแสขอมลดจทลดวย

อตราขอมล 50 เมกะบตตอวนาท เปนตน ชองสญญาณทงหมดถกจดสรรใหกบผใชงานเดยว ในบางกรณอาจใชงาน

ชองสญญาณใหมประสทธภาพสงสด โดยจดสรรใหมการใชชองสญญาณรวมกนระหวางหลายผใชงานได โดยตองท า

การมลตเพลกซสญญาณทงหมดกอน ในการจดสรรความจของการสอสารผานดาวเทยมนนกระท าโดยสถาน

ภาคพนดนหรอโดยดาวเทยมกได

การจดสรรความจส าหรบการสอสารผานดาวเทยม แบงออกเปน 3 กลมคอ

การเขาถงหลายทางแบบแบงความถ (Frequency Division Multiple Access: FDMA)

เขาถงหลายทางแบบแบงเวลา (Time Division Multiple Access: TDMA)

เขาถงหลายทางแบบแบงรหส (Code Division Multiple Access: CDMA)


8-52


กำรแบงทำงควำมถ

1. กำรมลตเพลกซแบบแบงควำมถ

ในการเชอมโยงสญญาณขนแถบความถท งหมดทดาวเทยมไดรบถกแบงออกเปนหลายชองสญญาณ ภาพ

ท 8.27 แสดงตวอยางการมลตเพลกซแบบแบงความถ (Frequency Division Multiplexing: FDM) ซงใชส าหรบ

ดาวเทยมสอสารทอยในวงโคจรคางฟา โดยตวอยางนเปนการจดสรรความจของดาวเทยมของบรษทแพนแอมแซต

(PanAmSat) ซงเปนบรษทใหบรการดาวเทยมทใหญทสดในโลก โดยดาวเทยมนใชแถบความถ C ความกวางแถบ

500 MHz โดยจดสรรใหแตละชองสญญาณมความกวางแถบ 40 MHz และมแถบกนหรอการดแบนด (guardband)

4 MHz เพอปองกนความเพยนจากการมอดเลตสญญาณระหวางกน (intermodulation distortion) ดงนนแตละ

ชองสญญาณจงเหลอแถบความถใชงานจรงเพยง 36 MHz

ภำพท 8.27 ตวอยำงกำรออกแบบควำมถของชองรบสงผำนสญญำณของดำวเทยมส ำหรบกำรเชอมโยงขำลง


(ข) การโพลาไรซในแนวแกนต ง

(ก) การโพลาไรซในแนวแกนนอน

3700 3740 3780 3820 3860 3900 3940 3980 4020 4060 4100 4140 4180

3720 3760 3800 3840 3880 3920 3960 4000 4040 4080 4120 4160 4200

ความถ (MHz)


แถบกน (guardband) 4 MHz

36 MHz

ความกวางแถบ (bandwidth) 500 MHz

C1 C3 C5 C7 C9 C11 C13 C15 C17 C19 C21 C23

C2 C4 C6 C8 C10 C12 C14 C16 C18 C20 C22 C24


8-53

นอกจากนดาวเทยมนยงใชการบบชองสญญาณใหสามารถจไดถง 24 ชองสญญาณภายในความกวางแถบ 500 MHz

ดวยการน าความถกลบมาใชซ า (frequency reuse) โดยแตละความถทใชงานมสองคลนพาหซงใชการโพลาไรซแบบ

ตงฉากกน (orthogonal polarization) โดยอาศยคณสมบตของคลนตามขวางของคลนแมเหลกไฟฟาซงมสนามไฟฟา

(electric field) ส นอยในระนาบเดมเสมอและตงฉากกบสนามแมเหลก (magnetic field) ดงแสดงในภาพท 8.28

ภำพท 8.28 กำรน ำควำมถมำใชซ ำดวยกำรโพลำไรซแบบตงฉำกกน

ทมา: ดดแปลงจาก : http://www.cdt21.com/resources/guide3.asp และ ประสทธ ทฆพฒ การสอสารดาวเทยม ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2547.

ส าหรบการสอสารแบบจดตอจดนนแตละชองสญญาณถกจดสรรใหใชงานทแตกตางกนไป เชน การใช

ชองสญญาณจ านวน 1,200 ชองส าหรบสงสญญาณเสยงพด การใชชองสญญาณเดยวส าหรบการสงสญญาณวดโอ

แบบแอนะลอก การใช 16 ชองสญญาณส าหรบการสงกระแสขอมล (data stream) ชองละ 1.544 เมกะบตตอวนาท

หรอการใชชองสญญาณเดยวส าหรบการสงกระแสขอมล 50 เมกะบตตอวนาท เปนตน

สญญาณวดโอแบบแอนะลอกใชความกวางแถบทกวางมาก โดยความถของสญญาณภาพและเสยง

รวมกนประมาณ 6.8 MHz จากนนถกมอดเลตทางความถ ดวยคลนพาห 6 GHz เพอใหสญญาณขาวสารไมถก

ลดทอนขณะเดนทางเปนระยะทางไกล (ซงอาจเกดขนไดหากใชการมอดเลตทางขนาดและสงดวยก าลงสงทเทากน)

จากกฎของคารสน (Carson’s rule) ความกวางแถบของสญญาณมอดเลตโดยประมาณ BT = 2(F+fmax) เมอ F


โลก

การโพลาไรซ

ในแนวแกนนอน

การโพลาไรซ

ในแนวแกนต ง


การโพลาไรซในแนวแกนต ง

การโพลาไรซในแนวแกนนอน

ทศทางของ

คลนแมเหลกไฟฟา

สนามไฟฟา

สนามไฟฟา

สนามแมเหลก

สนามแมเหลก

(ก) คลนโพลาไรซแบบตงฉากกน (ข) การน าความถมาใชซ า


8-54

คอ การเบยงเบนทางความถสงสด (peak frequency deviation) ระหวางความถของสญญาณมอดเลตกบความถ

ของคลนพาห และ fmax คอความถสงสดของขาวสาร ในกรณนมการเบยงเบนทางความถสงสด 12.5 MHz ดงนนได

ความกวางแถบทตองการคอ 2(12.5+6.8) = 38.6 MHz ซงสามารถใชชองรบสงผานสญญาณทมความกวางแถบ 36

MHz ดงกลาวได

ส าหรบสญญาณวดโอแบบดจทล ใชเทคนคการบบอดขอมลเพอลดอตราขอมลในแตละชองสญญาณให

เหลอประมาณ 3 - 5 เมกะบตตอวนาท โดยขนอยกบปรมาณการเคลอนไหวในสญญาณวดโอนน

2. การเขาถงหลายทางแบบแบงความถ การตดตอสอสารกนระหวางสถานภาคพนดนสองแหงซงอยหางไกลกนมากเกนเสนสายตานน สามารถใช

ดาวเทยมซงลอยอยเหนอช นบรรยากาศเปนสถานทวนสญญาณได โดยดาวเทยมมพนทครอบคลมสญญาณกวางมาก

ดงนนจงสามารถสงสญญาณเชอมโยงลงมายงสถานภาคพนดนหลายๆ แหงซงต งอยในพนทครอบคลมได ยกตวอยาง

เชน ดาวเทยมอนเทลแซตใชชองสญญาณซงมความกวางแถบ 36 MHz ซงไดจากการมลตเพลกซแบบแบงความถ

ดงทไดกลาวไปแลวขางตน โดยชองสญญาณนยงสามารถแบงความถออกเปนชองสญญาณยอยๆ ไดอก โดยแตละ

ชองสญญาณยอยถกมอดเลตทางความถดวยขาวสารทเปนสญญาณเสยงพด สถานภาคพนดนหลายๆ สถานสามารถ

รบสญญาณในชองสญญาณเดยวกนไดโดยใช การเขาถงหลายทางแบบแบงความถ (Frequency Division Multiple

Access: FDMA) ขอจ ากดของวธการนขนอยกบปจจยดงตอไปน

สญญาณรบกวนจากความรอน (thermal noise)

สญญาณรบกวนจากการมอดเลตสญญาณระหวางกน (intermodulation noise)

สญญาณไขวแทรก (crosstalk)

โดยหากสญญาณขาวสารมขนาดเลกมากกถกกลนไปกบสญญาณรบกวนทมขนาดใหญกวา ในทาง

กลบกนหากสญญาณขาวสารมขนาดใหญมาก ความไมเปนเชงเสนในวงจรขยายของดาวเทยมท าใหเกดสญญาณ

รบกวนจากการมอดเลตสญญาณระหวางกน สวนสญญาณไขวแทรกเกดจากความตองการในการน าความถกลบมาใช

ซ า โดยการใชชองสญญาณรวมกน (co-channel) สายอากาศสามารถสงสญญาณขาวสารสองสญญาณรวมกนใน

คลนพาหความถเดยวดวยวธการโพลาไรซแบบตงฉาก แตอยางไรกตามหากสญญาณขาวสารมขนาดใหญมากกอาจ

เกดการแทรกสอดของท งสองสญญาณได

การเขาถงหลายทางแบบแบงความถ สามารถแบงไดเปน 2 ชนดคอ การเขาถงหลายทางส าหรบงานประจ า

ท (Fixed-Assignment Multiple Access: FAMA) และ การเขาถงหลายทางส าหรบงานตามความตองการ

(Demand-Assignment Multiple Access: DAMA)


8-55

2.1 กำรเขำถงหลำยทำงส ำหรบงำนประจ ำท (Fixed-Assignment Multiple Access: FAMA) เปน

การใชงานทแตละชองสญญาณของดาวเทยมถกก าหนดไวแลววาใชงานกบสถานภาคพนดนใด วธการนเหมาะสมกบ

การใหบรการในแตละสถานทมการใชงานดาวเทยมเดมอยตลอดเวลา

ภำพท 8.29 กำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงควำมถชนดประจ ำท


ภาพท 8.29 แสดงตวอยางของการเขาถงหลายทางแบบแบงความถส าหรบงานประจ าท (FAMA-FDMA)

สถานภาคพนดน 7 แหงใชการเชอมโยงขนซงมความกวางแถบ 36 MHz รวมกน (การเขาถงหลายทางแบบแบง

ความถ) สถานภาคพนดน A ใชความกวางแถบ 5 MHz (6237.5 - 6242.5 MHz) ในการสงสญญาณเสยงพดจ านวน

60 ชองสญญาณ ดวยเทคนคการมลตเพลกซแบบแบงความถและการมอดเลตทางความถ (FDM-FM) โดยแตละ

ชองสญญาณมแถบความถตางกนและใชความถคลนพาห 6.24 GHz สถานภาคพนดน A จดสรรชองสญญาณ

ทงหมดในการตดตอกบสถานภาคพนดนอนๆ โดยใช 24 ชองสญญาณส าหรบสงไปยงสถานภาคพนดน B ใช 24

เชอมโยงขน

ไปยงดาวเทยม

(ก) การเชอมโยงขนของสถานภาคพนดน A โดยใชการเขาถงหลายทางส าหรบงานประจ าทไปยงสถานภาคพนดน B D และ E

ไปสถาน D

ไปสถาน B

ไปสถาน E

การมลตเพลกซ

แบบแบงความถ

(FDM)

ขาวสาร 60 ชองสญญาณ การมอดเลตทาง

ความถ (FM)

FDM-FM

ความถคลนพาห 6.24 GHz

240 kHz

12 kHz 252 kHz ความถ


B B D D E

สเปกตรมขาวสาร

6237.5 6240 6242.5

สเปกตรมจากการมอดเลต

5 MHz

จ านวนชองสญญาณ

ความถเสยงพด

132 ชอง 60 ชอง 60 ชอง 96 ชอง 24 ชอง

24 ชอง

24 ชอง

สเปตรมซงสงมาจาก

สถานภาคพนดน B

สถานภาคพนดน C

สถานภาคพนดน A

สถานภาคพนดน D

สถานภาคพนดน E

สถานภาคพนดน F

สถานภาคพนดน G

6222

6220 6237.5 6242.5

6258

6260


ความกวางแถบ 36 MHz

(ข) การจดสรรชองสญญาณดาวเทยมของความถการเชอมโยงขน ซงใชการเขาถงหลายทางแบบแบงความถ


8-56

ชองสญญาณส าหรบสงไปยงสถานภาคพนดน D และใช 12 ชองสญญาณไปยงสถานภาคพนดน E (การเขาถงหลาย

ทางส าหรบงานประจ าท) แถบความถทเหลออก 36 MHzถกแบงไปใชส าหรบสถานภาคพนดนอนๆ โดยขนอยกบ

ความตองการใชงาน การเขาถงหลายทางแบบแบงความถชนดประจ าทมลกษณะดงน

การเชอมโยงระหวางสถานภาคพนดนตนทางกบสถานภาคพนดนปลายทางถกระบเอาไวลวงหนา วา

ใชชองสญญาณใด กชองสญญาณ เพอตดตอสอสารกบสถานใด และจะเหนวาสถานภาคพนดน

ปลายทางแตละสถานกรบสญญาณจากดาวเทยมทชองสญญาณตางกน

ถงแมวาสถานภาคพนดนตนทางอาจสงคลนพาหทมเพยงความถเดยวไปยงดาวเทยม เชน สถาน

ภาคพนดน A ท าการเชอมโยงขนไปยงดาวเทยมดวยคลนพาห 6.24 GHz ทมความกวางแถบ 5

MHz แตสถานภาคพนดนนนๆ ตองสามารถรบสญญาณการเชอมโยงลงจากดาวเทยมไดหลาย

ความถ เชน สถานภาคพนดน A สามารถรบคลนพาหไดสามความถทถกสงมาจากสถานภาคพนดน

B สถานภาคพนดน D และสถานภาคพนดน E

ดาวเทยมท างานโดยไมมการสวตช ถงแมวาดาวเทยมไดรบสญญาณทมความกวางแถบ 36 MHzใน

การเชอมโยงขนจากหลายสถานภาคพนดนพรอมกน ดาวเทยมสามารถแยกสญญาณจากแตละสถาน

ภาคพนดนไดตามความถในแตละชองสญญาณ จากนนอปกรณรบสงผานสญญาณจะแปลงใหเปน

สญญาณเชอมโยงลงทความถ 4 GHz กอนสงกลบมายงสถานภาคพนดน

พจารณาถงความกวางแถบความถทใชงาน เชน สถานภาคพนดน A สามารถสงสญญาณเสยงได 60

ชองสญญาณ แตละชองสญญาณมความกวางแถบ 4 kHz ดงนนมความกวางแถบทงหมดของ 240

kHz ขณะทความกวางแถบของสญญาณการเชอมโยงขน 5 MHz ซงเพยงพอตอการใชงาน

พจารณาจ านวนชองสญญาณของสถานภาคพนดน A ไปจนถงสถานภาคพนดน G ไดจ านวน

ชองสญญาณเสยงพดท งหมด 60+132+60+96+24+24+24 = 420 ชองสญญาณ ปกตแลวการสอสารในแถบความถ

C ซงแตละชองสญญาณมความกวางแถบความถ 36 MHz นน ดาวเทยมอนเทลแซตใชการเขาถงหลายทางแบบแบง

ความถดวยการแบงชองสญญาณออกเปน 7 กลมๆ ละ 5 MHz โดยแตละกลมแบงยอยออกเปนชองสญญาณ

เสยงพดจ านวน 60 ชองสญญาณ รวมท งหมดเปน 420 ชองสญญาณเทากน การเขาถงหลายทางส าหรบงานประจ าท

จะก าหนดคของชองสญญาณส าหรบการสอสารสองทางในเวลาเดยวกนระหวางสถานภาคพนดนสองแหงใดๆ และ

ถงแมวาบางสถานไมมผใชงานชองสญญาณทก าหนดไว แตสถานภาคพนดนอนกไมสามารถใชงานชองสญญาณทวาง

แทนได ดงนนวธการนถอวาเปนวธการสอสารทมประสทธภาพต าในดานการจดสรรความกวางแถบใหกบผใชงาน

ดงนนเพอแกปญหาทรพยากรสญเปลาจงมการจดสรรความกวางแถบแบบหนงชองสญญาณตอหนง

คลนพาห (SCPC : Single Channel Per Carrier) วธนท าการแบงความกวางแถบ 36 MHzออกเปน 800


8-57

ชองสญญาณยอย (ชองละ 45 kHz) ส าหรบสญญาณเสยงพดแบบแอนะลอกใชการมอดเลตทางความถ และส าหรบ

สญญาณดจทลใชการมอดเลตเชงเลขแบบเลอนเฟสตงฉาก (Quadrature Phase-Shift Keying: QPSK) หรอ การ

มอดเลตแบบควพเอสเค ส าหรบอตราขอมล 64 กโลบตตอวนาท ซงความกวางแถบ 45 kHzเพยงพอส าหรบสญญาณ

เสยงพดแบบดจทล วธนไมใชการมลตเพลกซสญญาณจากผใชหลายคนเพอสงไปในคลนพาหเดยว แตละ

ชองสญญาณถกสงไปในแตละคลนพาห ดงนนการเขาถงหลายทางส าหรบงานประจ าทแบบหนงชองสญญาณตอหนง

คลนพาห (SCPC-FAMA) จงเหมาะส าหรบการสอสารกบพนทหางไกลซงมจ านวนผใชงานไมมากนก

2.2 กำรเขำถงหลำยทำงส ำหรบงำนตำมควำมตองกำร (Demand-Assignment Multiple Access:

DAMA) แตละชองสญญาณของดาวเทยมถกใชงานตางกนไปในหลายๆ สถาน ขนอยกบความตองการในขณะนน

เชน การเขาถงหลายทางส าหรบงานตามความตองการแบบหนงชองสญญาณตอหนงคลนพาห (SPADE : Single-

channel-per-carrier, Pulse-code-modulation, multiple-Acess, Demand-assignment Equipment:

SCPC-DAMA) ซงเปนวธการใชหนงชองสญญาณตอหนงคลนพาห และประกอบดวยกระบวนการการมอดเลตแบบ

รหสพลส การเขาถงหลายทาง และการจดงานตามความตองการ แสดงดงภาพท 8.30

SCPC-DAMA ถกน ามาใชคร งแรกกบดาวเทยมอนเทลแซต โดยมชองสญญาณยอยส าหรบการมอดเลต

เชงเลขแบบเลอนเฟสตงฉาก 64 กโลบตตอวนาท มความกวางแถบ 38 kHz และแถบกน 7 kHz รวมท งหมด 794

ชองสญญาณ ใชในการสอสญญาณเสยงพดดจทล จากการมอดเลตแบบรหสพลส ชองสญญาณยอยจ านวนสองชอง

ถกจบคส าหรบการสอสารแบบสองทางในขณะเดยวกน โดยมแถบความถหางกน 18.045 MHz ดงนนแตละค

ชองสญญาณยอยหางกน (18,045 kHz) / (38 kHz +7 kHz) = 401 ชอง ตวอยางเชน ชองสญญาณยอยท 3 กบ

404 ชองสญญาณยอยท 4 กบ 405 หรอชองสญญาณยอยท 399 กบ 800 เปนตน นอกจากชองสญญาณขาวสาร

แลว ยงมชองสญญาณรวม (Common-Signaling Channel: CSC) 160 kHz ซงใชการมอดเลตเชงเลขแบบเลอน

เฟส 128 กโลบตตอวนาทส าหรบสงขอมลควบคม

สถานภาคพนดนกระจายสญญาณเพอบอกความตองการของงานผานชองสญญาณรวม โดยใชการมลต

เพลกซแบบแบงเวลา (Time Division Mulyiplexing: TDM) สงกรอบเวลาหรอไทมเฟรม (frame) ซ าๆ ไป แตละ

เฟรมม 50 ชองเวลา หรอ ไทมสลอต (time slot) ไทมสลอตแรกเปนขอมลการเรมตน (PA : Preamble) ส าหรบการ

ประสานเวลา (synchronization) กบแตละไทมเฟรม สวนไทมสลอตทเหลอมไวเพอก าหนดขอมลของค

ชองสญญาณส าหรบงานตามความตองการใหกบสถานภาคพนดน 49 สถาน (S1 - S49) ตวอยางเชน สมมตวาสถาน

ภาคพนดน Si ตองการเปดวงจรเพอตดตอกบสถานภาคพนดน Sj สถานภาคพนดน Si จะเลอกชองสญญาณยอย

ดวยวธการสมจากชองสญญาณยอยทยงวางอย จากนนท าการเชอมโยงขนไปยงดาวเทยมโดยสงหมายเลข

ชองสญญาณยอยทเลอกไดพรอมท งต าแหนงของสถานภาคพนดน Sj ผานทางไทมสลอต Si สถานภาคพนดน Sj


8-58

ไดรบการรองขอนผานทางการเชอมโยงลงจากดาวเทยมโดยมชวงเวลาหนวง 0.25 วนาท ถาสถานภาคพนดน Sj ยงม

ชองสญญาณยอยวางอยกสงการตอบรบไปยงสถานภาคพนดน Si ผานทางไทมสลอต Sj ในอก 0.25 วนาทถดไป เมอ

สนสดการสนทนาและคชองสญญาณยอยวางแลว สถานภาคพนดน Si และ Sj กสงขอมลไปบอกสถานภาคพนดน

อนๆ ตอไป

ภำพท 8.30 กำรเขำถงหลำยทำงส ำหรบงำนตำมควำมตองกำรแบบหนงชองสญญำณตอหนงคลนพำห


สญญาณเสยงโทรศพทแอนะลอก

ความถ 0 – 4 kHz

สญญาณเสยงโทรศพทแอนะลอก

ความถ 0 – 4 kHz

การมอดเลต

แบบรหสพลส

การมอดเลต

แบบรหสพลส

การมอดเลตเชงเลข

แบบเลอนเฟสต งฉาก

การมอดเลตเชงเลข

แบบเลอนเฟสต งฉาก

64 kbps

64 kbps


ไปยงดาวเทยม

ตวเขารหส เครองสงสญญาณ

(ก) การสงสญญาณดวยการมอดเลตเชงเลขแบบเลอนเฟสต งฉาก (QPSK) แบบหนงชองสญญาณตอหนงคลนพาห (SCPC)

PCM QPSK

ชองท 3 4 5 6 309 404 800

ชองสญญาณจากการมอดเลตเชงเลขแบบเลอนเฟสต งฉาก ชองท 400 - 403 ไมใชงาน

ความกวางแถบ 36 MHz

ความถ แถบกน 7 kHz ความกวางแถบ 38 kHz

ชองสญญาณรวม

(CSC)

(ข) การจดสรรความถ

(ค) รปแบบชองสญญาณรวม (CSC) ของการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา (TDMA)

1 มลลวนาท

128 บต

1 เฟรม = 50 มลลวนาท = 6,400 บต

เวลา

PA S1 S2 S3 S49 PA S1

ขอมลการเรมตน ชอมลการเรมตน


8-59


1. จงอธบายหลกการของการเขาถงหลายทางแบบแบงความถ

2. จงอธบายพรอมท งยกตวอยางการสอสารดาวเทยมซงใชการเขาถงหลายทางแบบแบงความถ


1. การจดสรรความจของการสอสารดวยการเขาถงหลายทางแบบแบงความถ จดสรรใหแตละสถาน

ภาคพนดนสอสญญาณดวยความถทแตกตางกน โดยอาจเพมจ านวนความถดวยการน าความถกลบมาใชซ าดวยวธการ

โพลาไรซแบบตงฉากกนในแนวนอนและแนวตง ขอจ ากดของการเขาถงหลายทางแบบแบงความถคอ มความกวางแถบ

ส าหรบใชงานนอย และขาดประสทธภาพในการจดสรรทรพยากรตามเวลาการใชงานจรง

2. การเขาถงหลายทางแบบแบงความถเหมาะส าหรบงานประจ าท ส าหรบการสอสญญาณแอนะลอกใช

การมลตเพลกซแบบแบงความถและการมอดเลตทางความถ ส าหรบการสอสญญาณดจทลใชการมอดเลตแบบรหส

พลสและการมอดเลตเชงเลขแบบเลอนเฟส


8-60


กำรแบงทำงเวลำ

ถงแมวาการจดสรรความจแบบแบงความถเปนเทคนคทนยมใชส าหรบการสอสารผานดาวเทยม แต ใน

บางคร งการจดสรรความจแบบแบงทางเวลา หรอ การเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา (Time Division Multiple

Access: TDMA) กเปนเทคนคทมความเหมาะสมมากกวาดวยเหตผลดงน

ปจจบนนอปกรณการสอสารแบบดจทลมราคาทถกลงมาก

เทคนคการสอสารแบบดจทลมขอไดเปรยบหลายประการเมอเทยบกบการสอสารแบบแอนะลอก

โดยเฉพาะการแกไขความผดพลาดของขอมล (error correction)

การมลตเพลกซแบบแบงเวลามประสทธภาพสงเนองจากไมมสญญาณรบกวนจากการมอดเลต

สญญาณระหวางกนของชองสญญาณทมความถใกลกน

การมลตเพลกซแบบแบงเวลาท าการสงล าดบของไทมเฟรม ซ าๆ กนไป โดยแตละไทมเฟรม แบงเปน

หลายๆ ไทมสลอต คาบของแตละไทมเฟรม มคาไดต งแต 100 ไมโครวนาทไปจนถง 2 มลลวนาท โดยมไทมสลอต

ประมาณ 3 - 100 ชอง อตราการสงขอมลประมาณ 10 - 100 เมกะบตตอวนาท

ภาพท 8.31 แสดงตวอยางรปแบบของไทมเฟรม ซงเรมจากชดขอมลอางอง (reference burst) ทถกสง

มาจากสถานภาคพนดนเพอระบการเรมตนของไทมเฟรม โดยปกตแลวมชดขอมลอางองจ านวนสองชดจากสถาน

ภาคพนดนสองแหงเพอใหระบบสามารถท างานตอไปไดหากมความผดพลาดเกดขนกบสถานใดสถานหนง แตละชด

ขอมลอางองประกอบไปดวยขอมลส าหรบการแยกคลนพาหและกสญญาณบตตามเวลา (carrier and bit timing

recovery) เพอใหทกสถานสามารถประสานเวลากบสญญาณนาฬกาหลกได แตละสถานภาคพนดนไดรบการจดสรร

ไทมสลอตภายในไทมเฟรม และใชไทมสลอตนในการสงขอมลการเรมตนและขอมลส าหรบผใชงาน ขอมลการ

เรมตนประกอบไปดวยขอมลส าหรบการควบคมและเวลาอางอง รวมไปถงการระบขอมลของสถานเปาหมาย ไทม

สลอตแตละชองคนดวยชวงเวลากน หรอ ชวงเวลาวาง (guard time) เพอปองกนการซอนทบกนของขอมล


8-61

ภำพท 8.31 ตวอยำงรปแบบของไทมเฟรม ในกำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงเวลำ


ภาพท 8.32 แสดงการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลาส าหรบงานประจ าท (FAMA-TDMA) แตละสถาน

ภาคพนดนท าการเชอมโยงขนไปยงดาวเทยมผานชองสญญาณของตนเอง โดยสงขอมลของการสอสญญาณลงในไทม

สลอตทก าหนดเอาไวส าหรบสถานอนๆ จากนนดาวเทยมทวนสญญาณทงหมดกลบมาโดยแพรสญญาณไปยงทกสถาน

แตละสถานภาคพนดนตองทราบวาขอมลทตองการรบอยในไทมสลอตใด ในการเชอมโยงลงนดาวเทยมสงสญญาณ

ชดขอมลอางองลงมาดวย เพอใหทกสถานภาคพนดนสามารถประสานเวลาของการรบสญญาณใหตรงกน

ในแตละชองสญญาณมชดไทมสลอตซ าๆ กน และเปนอสระตอกน ดงนนสถานภาคพนดนปลายทางมวธ

ในการรบสญญาณจากการเชอมโยงลงหลายวธ เชน ใชการสวตชงดวยการเพมขอมลต าแหนงเปาหมายในแตละไทม

สลอต ในกรณนสถานภาคพนดนตางๆ สามารถคนหาและอานขอมลทถกระบต าแหนงปลายทางเอาไวในไทมสลอตได

หรออกวธหนงคอ การแบงไทมสลอตของแตละสถานภาคพนดนปลายทางออกเปนไทมสลอตยอยหลายๆ ชอง แตละ

สถานภาคพนดนปลายทางสามารถเขาถงขอมลไดดวยการเลอกขอมลตามเวลาทแบงไว

สถานภาคพนดน 1

สถาน N–1 สถาน N

ชวงเวลากน

ขอมลการเรมตน ขอมลขาวสาร

คาบของไทมเฟรม ชดขอมลอางอง

การควบคมเครอขาย

และการรองขอ

การระบสถาน การแยก/ก

สญญาณ

ค าเฉพาะ

ชดขอมลขาวสารจากสถานภาคพนดน

ขอมลการแยกคลนพาห

และกสญ

ญาณ

ตามเวลา

ขอมลพ

กดต าแหนง

สถาน 2 สถาน 3


8-62

ภำพท 8.32 กำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงเวลำส ำหรบงำนประจ ำท


สถานภาคพนดน 1 สถานภาคพนดน 2 สถานภาคพนดน 3

สถานภาคพนดน 1 สถานภาคพนดน 2 สถานภาคพนดน 3



ชวงเวลากนระหวางชดขอมล ชวงเวลาของ

กรอบเวลา

ชดชองเวลายอย

ชดชองเวลาของการสงขอมล 1 3

2 3

2 3

2 1

หมายเลขแสดง


เปาหมาย

3

2

2

1

3

1

3

2

หมายเลขแสดง

สถานภาคพนดนเปาหมาย

(ข) การเชอมโยงลงแบบ FAMA-TDMA

สงมาจากสถานภาคพนดน 1




(ก) การเชอมโยงขนแบบ FAMA-TDMA


8-63

การเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา (TDMA) มประสทธภาพมากกวาการเขาถงหลายทางแบบแบงความถ

(FDMA) เพราะการใชชวงเวลากนและบตควบคมสญเสยความจของการสอสารนอยกวาการใชแถบความถกน แสดง

ดงภาพท 8.33 จะเหนวาเมอเพมจ านวนชองสญญาณ ความจของการสอสารของการเขาถงหลายทางแบบแบงความถ

ลดลงอยางมาก ขณะเดยวกนส าหรบการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา หากเพมชวงเวลาของไทมเฟรมใหนานขนท าให

ประสทธภาพของการสอสารเพมขนดวย ระบบการใชหนงชองสญญาณตอหนงคลนพาห (SCPC) จะมความจคงท

แมวาความกวางแถบถกแบงใหกบหลายๆ สถานภาคพนดนกตาม

ภำพท 8.33 กำรเปรยบเทยบประสทธภำพของกำรสอสำรผำนดำวเทยมทใชกำรจดสรรควำมจตำงกน


ประสทธภาพของการสอสารเพมมากขน หากความถของสญญาณเพมขน (แถบความถ Ku และ K) ท

ความถเหลาน ล าคลนของการสอสารผานดาวเทยมแคบมาก ท าใหสามารถก าหนดทศทางของล าคลนไดด ดงนนจง

อาจใชหลายล าคลนซงมความถเดยวกนในการสอสญญาณไปยงสถานภาคพนดนแตละแหงได ท าใหดาวเทยมมพนท

ใหบรการเพมมากขน โดยในการสอสารระหวางสถานภาคพนดนซงต งอยในพนทใหบรการเดยวกนสามารถท าไดโดย

ใชการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลาส าหรบงานประจ าท นอกจากนในการสอสารระหวางสถานภาคพนดนซงต งอยใน

พนทใหบรการตางกนสามารถท าไดโดยใชการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลาโดยการสวตชของดาวเทยม ( Satellite-

Switched TDMA: SS/TDMA) ดาวเทยมสามารถสวตชเปลยนไทมสลอตจากล าคลนหนงไปยงอกล าคลนหนงได

FDMA

SCPC 125 s TDMA

750 s TDMA

จ านวนการเขาถงการสอสาร (จ านวนชองเวลาหรอจ านวนแถบความถ)

ความจของการสอสารโทรศพทผานดาวเทยม (จ านวนชองสญญาณ

)

5 10 15 20 25 30

250

500

750

800

900

1000


8-64

ภำพท 8.34 กำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงเวลำโดยกำรสวตชของดำวเทยม


สถานภาคพนดน 1 สถานภาคพนดน 2 สถานภาคพนดน 3 สถานภาคพนดน 4

พนท A พนท B

สถานภาคพนดน 1 สถานภาคพนดน 2 สถานภาคพนดน 3 สถานภาคพนดน 4

พนท A พนท B

(ก) การเชอมโยงขน

(ข) การเชอมโยงลง

ชวงเวลาท 1








1-2

1-2

1-3 1-4

2-1

2-1

2-3 2-4

3-4

3-4

3-1 3-2 4-3

4-3

4-1 4-2

2-1

1-2

3-2 3-1 4-2

4-1

2-1

1-2

3-4

3-4

4-3

4-3

2-4 2-3 1-4 1-3

หมายเลขแสดงสถานภาคพนดน

ตนทาง-ปลายทาง

หมายเลขแสดงสถานภาคพนดน

ตนทาง-ปลายทาง


8-65

ภาพท 8.34 แสดงระบบการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลาโดยการสวตชของดาวเทยม ในการใหบรการ

กบ 2 พนท แตละพนทมสถานภาคพนดน 2 แหง แตละสถานภาคพนดนภายในพนทเดยวกนแบงเวลาในการสอสญญาณกน ดงนนสถานภาคพนดน 1 และสถานภาคพนดน 2 ในพนท A ใชไทมสลอตตางกน ในท านองเดยวกน

สถานภาคพนดน 3 และสถานภาคพนดน 4 ในพนท B กใชไทมสลอตตางกน การเชอมโยงขนในแตละพนทไมแทรก

สอดกนเพราะมการโพลาไรซแบบตงฉากกนหรอใชความถตางกน ดาวเทยมท าหนาทรบและสงสญญาณดวยความถ

เชอมโยงลงในทนทโดยใชสองล าคลน ดาวเทยมมการสวตชระหวางล าคลนเชอมโยงขนกบล าคลนเชอมโยงลง การ

สวตชนอาจเปลยนแปลงไดตลอดเวลา ล าคลนเชอมโยงลง A ซ ากบล าคลนเชอมโยงขนของสถานภาคพนดน A

ในชวงเวลาท 1 และ 3 และซ ากบล าคลนเชอมโยงขนของสถานภาคพนดน B ในชวงเวลาท 2 ดงนนทกสถานในแตละ

พนทสามารถสงขอมลถงกนได

ส าหรบการใหบรการจ านวน N พนท ในแตละคร งตองใชการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลาจ านวน N ล า

คลน ดาวเทยมใชการสวตชเพอก าหนดเสนทางของสญญาณการเชอมโยงลงท งหมดใหเหลอ N ล าคลน แตละเสนทาง

เรยกวา โหมด (mode) โดยมจ านวนท งหมด N! โหมดทแตกตางกนส าหรบการตดตอถงกนไดอยางสมบรณระหวาง

ทกสถานภาคพนดน ตวอยางเชน การสอสญญาณระหวาง 3 พนท (3! = 6 โหมด) แสดงดงตารางท 8.3 สถาน

ภาคพนดนในพนท A สามารถสอสารกบสถานภาคพนดนอนในพนท เดยวกนดวยโหมด 1 และ 2 หรอสอสารกบ

สถานภาคพนดนในพนท B ดวยโหมด 3 และ 5 เปนตน ดาวเทยมเปลยนจากโหมดหนงไปเปนอกโหมดหนงซ าๆ กน

ไป โดยแตละโหมดเกดขนไดไมเกนหนงคร งในหนงไทมสลอต รปแบบและระยะเวลาของโหมดสามารถปรบเปลยนได

โดยการส งการจากสถานภาคพนดนเพอใหไดเสนทางทตองการ ดงนนวธนจงเปนการเขาถงหลายทางส าหรบงานตาม

ความตองการ (DAMA-TDMA)

ตำรำงท 8.3 โหมดกำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงเวลำโดยกำรสวตชของดำวเทยม (3 ล ำคลน)

ล าคลน


ล าคลนเชอมโยงลง

โหมด 1 โหมด 2 โหมด 3 โหมด 4 โหมด 5 โหมด 6

A A A B C B C

B B C C A A B

C C B A B C A


8-66


1. จงอธบายหลกการของการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา

2. จงอธบายลกษณะการเขาถงหลายทางกบงานตามความตองการ


1. การจดสรรความจของการสอสารดวยการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา จดสรรใหแตละสถาน

ภาคพนดนรบสงขอมลผานไทมสลอตทแตกตางกน โดยสถานภาคพนดนท าการเชอมโยงขนดวยความถเดยวกนแต

คนละไทมสลอต ดาวเทยมท าการเชอมโยงลงดวยการแพรสญญาณซงแตละสถานภาคพนดนสามารถเขาถงไดตาม

ไทมสลอตของตวเอง ดาวเทยมอาจใชสายอากาศแบบหลายล าคลนเพอสอสญญาณกบหลายพนทได

2. การเขาถงหลายทางแบบแบงเวลาสามารถใชกบงานตามความตองการได โดยใชการมลตเพลกซแบบ

แบงเวลา ซงแตละสถานภาคพนดนใชงานไทมสลอตทแตกตางกนในชดล าดบของขอมลทถกสงซ าๆ กนไป ดาวเทยม

อาจมความสามารถในการสวตชเพอจดสรรไทมสลอตตามความตองการได


8-67


กำรแบงทำงรหส

จากทกลาวมาแลวขางตน การจดสรรความจในการสอสารผานดาวเทยมโดยใช การเขาถงหลายทางแบบ

แบงความถ ท าใหผใชงานสามารถสอสญญาณกนไดพรอมกนแตใชความถตางกน ซงท าใหมขอจ ากดดานการจดสรร

แถบความถในการใชงาน ในทางกลบกนการเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา ท าใหผใชงานสามารถสอสญญาณโดยใช

ความถรวมกนไดแตใชไทมสลอตตางกน ท าใหมปญหาดานความเรวในการรบสงขอมลขนาดใหญ ดงนนจงมการใช

การเขาถงหลายทางแบบแบงรหส (Code Division Multiple Access: CDMA) ซงผใชสามารถสอสญญาณดวย

ความถเดยวกนและใชงานพรอมกนได สถานภาคพนดนหลายแหงสามารถใชความกวางแถบของแตละชองรบสงผาน

สญญาณของดาวเทยมไดในเวลาเดยวกน การจดสรรความจของการสอสารดวยวธนสามารถแกปญหาการแทรกสอด

ของสญญาณไดดวยการเขารหสสญญาณแบบล าดบไบนาร (binary sequence) รวมไปกบสญญาณขอมลขาวสาร ท า

ใหผใชงานปลายทางสามารถถอดรหสและระบทราบวาขอมลถกสงมาจากผใชงานตนทางใด รห สเหลานตองม

คณสมบตดงน

สามารถแยกความแตกตางจากรหสเดมทถกเลอนทางเวลาไดงาย

สามารถแยกความแตกตางจากรหสของผใชอนไดงาย

ในการสงขอมลขาวสารซงมการเขารหสนจ าเปนตองใชความกวางแถบมากกวาการสงขอมลขาวสารปกต

ดงนนจงเรยกแถบความถของการสงสญญาณแบบนวา สเปกตรมการแผ (spread spectrum)

ภำพท 8.35 กำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงควำมถ (FDMA) แบบแบงเวลำ (TDMA) และแบบแบงรหส (CDMA)

เวลา (time) เวลา (time) เวลา (time)

ความถ (frequency) ความถ (frequency) ความถ (frequency) รหส (code) รหส (code) รหส (code)

(ก) การแบงทางความถ (ข) การแบงทางเวลา (ค) การแบงทางรหส

ผใช 1

ผใช 2

ผใช 3

ผใช 1 ผใช 2 ผใช 3

ผใช 3

ผใช 2

ผใช 1


8-68

จากภาพท 8.35 หากพจารณาชองสญญาณแถบความถแคบ (narrowband channel) ส าหรบใชงานใน

การสอสารใดๆ เทานน การเขาถงหลายทางแบบแบงความถมเพยง 1 ผใชตอชองสญญาณ การเขาถงหลายทางแบบ

แบงเวลาม 3 ผใชงานตอชองสญญาณซงใชงานไมพรอมกน และการเขาถงหลายทางแบบแบงรหสม 3 ผใชงานตอ

ชองสญญาณซงสามารถใชงานไดพรอมกน เทคนคการเขาถงหลายทางแบบแบงรหสแบงออกเปน 2 แบบคอ

1. การเขาถงหลายทางแบบแบงรหสโดยใชขอมลล าดบโดยตรง การเขาถงหลายทางแบบแบงรหสโดยใชขอมลล าดบโดยตรง (Direct Sequence - Code Division

Multiple Access: DS-CDMA) แสดงดงภาพท 8.36 ในการสงสญญาณไปยงผรบขอมลขาวสาร m(t) ถกคณ

โดยตรงกบขอมลรหส a(t) = 1 ซงเปนรหสไมกลบสศนย (Non-Return to Zero: NRZ) การคณกนในโดเมน

เวลา (time domain) หมายถงการคอนโวลชน (convolution) ในโดเมนความถ (frequency domain) ระหวาง

สเปกตรมของขอมลขาวสาร m(t) และสเปกตรมของขอมลรหส a(t) ถาความกวางแถบของขอมลขาวสารนอยกวา

ความกวางแถบของขอมลรหส สญญาณผลลพธทไดจากการคณกนมความกวางแถบทมากขน หลงจากนนขอมล

ขาวสารทเขารหสแลวกถกมอดเลตเชงเลขแบบเลอนเฟสกบสญญาณคลนพาหความถสง cos(Ct) ซงมความถ fC

และมความเรวเชงมมเปน C = 2fC ไดเปนสญญาณมอดเลต c(t) = m(t)a(t)cos(Ct)

ภำพท 8.36 กำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงรหสโดยใชขอมลล ำดบโดยตรง (DS-CDMA)

ในการรบสญญาณทถกสงมาจากดาวเทยมผานชองรบสงผานสญญาณทระบไว สญญาณทรบไดมแถบ

ความถกวางซงมท งขอมลขาวสารทตองการ ขอมลขาวสารทไมตองการ และสญญาณรบกวนตางๆ ผรบท าการคณ

สญญาณนกบสญญาณคลนพาหทมความถเทาเดม 2cos(Ct) เพอใหไดสญญาณดมอดเลต

ขอมลขาวสาร

m(t)

วงจรกรอง

ความถต าผาน

ขอมลรหส a(t)

วงจรสรางรหส วงจรสรางรหส วงจรเขา

จงหวะรหส

คลนพาห

cos(Ct)

การเชอมโยงขน

2cos(Ct)

สญญาณ

ดมอดเลต

r(t)

การเชอมโยงลง

สญญาณมอดเลต c(t) สญญาณ

ความถต า

u(t)



x(t)

ชองรบสง

ผานสญญาณ ดาวเทยม

สถานภาคพนดนตนทาง สถานภาคพนดนปลายทาง


8-69

r(t) = c(t) 2cos(Ct)

= m(t)a(t)cos(Ct) 2cos(Ct)

= m(t)a(t)2cos2(Ct)

= m(t)a(t)(1 + cos(2Ct))

= m(t)a(t) + m(t)a(t)cos(2Ct) (8.15) สญญาณดมอดเลต r(t) ผานวงจรกรองความถต าผาน (low pass filter) ใหเหลอเพยงแคสญญาณ

ความถต า u(t) = m(t)a(t) จากนนผรบสรางขอมลรหส

a(t) ซงเขาจงหวะกนกบสญญาณทรบมาไดและขอมลรหส

ตรงกนกบรหสของผสง การถอดรหสท าไดโดยดวยการคณกนอกคร งหนงเพอดงขอมลขาวสาร x(t) กลบมา

x(t) = u(t) a(t)

= m(t)a(t) a(t)

= m(t)a2(t)

= m(t) เมอ a2(t) = 1 (8.16)

2. กำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงรหสโดยใชกำรเปลยนควำมถ

การเขาถงหลายทางแบบแบงรหสโดยใชการเปลยนความถ (FH-CDMA : Frequency Hopping -

Code Division Multiple Access) แสดงดงภาพท 8.37 ข นตอนการสงสญญาณไปยงผรบเรมจากขอมลขาวสาร

m(t) ถกมอดเลตกบคลนพาหซงมความถ fC(t) หรอความเรวเชงมม C(t) ทเปลยนแปลงตามเวลา โดยความถของ

คลนพาหนขนอยกบขอมลรหส a(t) ขอมลรหสควบคมวงจรสงเคราะหความถเพอสรางสญญาณคลนพาห

cos(C(t)t) ผลลพธของการคณไดเปนสญญาณมอดเลต c(t) = m(t)cos(C(t)t)

ในการรบและถอดรหสสญญาณ ผรบสรางขอมลรหส a(t) เพอน ามาใชในการสงเคราะหคลนพาหทม

ความถเทาเดม 2cos(C(t)t) แลวจงท าการคณกนเพอสรางสญญาณดมอดเลต

r(t) = c(t) 2cos(C(t)t)

= m(t)cos(C(t)t) 2cos(C(t)t)

= m(t)2cos2(C(t)t)

= m(t)(1 + cos(2C(t)t))

= m(t) + m(t)cos(2C(t)t) (8.17) จากนนสญญาณดมอดเลต r(t) ผานวงจรกรองความถต าผานใหเหลอเพยงสญญาณความถต าหรอ

สญญาณขอมลขาวสาร x(t) = m(t) เทานน


8-70

ภำพท 8.37 กำรเขำถงหลำยทำงแบบแบงรหสโดยใชกำรเปลยนควำมถ (FH-CDMA)


1. จงอธบายหลกการของการเขาถงหลายทางแบบแบงรหส

2. จงเปรยบเทยบวธการจดสรรความจของการสอสารผานดาวเทยมโดยการแบงทางความถ

การแบงทางเวลา และการแบงทางรหส


1. การเขาถงหลายทางแบบแบงรหสเปนการรวมการจดสรรความจของการสอสารท งแบบการแบงทาง

เวลาและการแบงทางความถเขาดวยกน โดยใชงานกบการสอสญญาณแบบแอนะลอกหรอสวนใหญเปนแบบดจทล ซง

แตละสถานภาคพนดนสามารถใชความถและไทมสลอตเดยวกนได สถานภาคพนดนปลายทางรบขอมลขาวสารได

อยางสมบรณหากทราบรหสของแตละความถและแตละไทมสลอตซงสรางมาจากสถานภาคพนดนตนทาง


m(t) วงจรกรอง

ความถต าผาน


วงจรสรางรหส วงจรสรางรหส

วงจรเขา

จงหวะรหส

คลนพาห cos(C(t)t)

การเชอมโยงขน

2cos(Ct)

สญญาณ

ดมอดเลต

r(t)

การเชอมโยงลง

สญญาณมอดเลต c(t)



x(t)

ชองรบสง

ผานสญญาณ ดาวเทยม

สถานภาคพนดนตนทาง สถานภาคพนดนปลายทาง

วงจรสงเคราะห

ความถ วงจรสงเคราะห

ความถ


8-71

2. การเขาถงหลายทางแบบแบงความถ (FDMA) มขอจ ากดในดานความกวางแถบความถในการใช

งาน และการจดสรรทรพยากรความถตามเวลาในการใชงานจรง การเขาถงหลายทางแบบแบงเวลา (TDMA) ม

ขอจ ากดดานการแบงใชไทมสลอตและความเรวในการรบสงขอมลขนาดใหญ การเขาถงหลายทางแบบแบงรหส

(CDMA) มการท างานทซบซอนมากกวาการแบงทางความถและการแบงทางเวลา แตขอมลมความปลอดภยสงจากการ

เขารหสสญญาณ


8-72

บรรณานกรม

ประสทธ ทฆพฒ การสอสารดาวเทยม ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย, 2547.

พงษศกด สสมพนธไพบลย เรองนาร การสอสารดาวเทยม ซเอดยเคช น, 2539.

Maini, Anil Kumar and Agrawal, Varsha. Satellite Technology : Principles and Applications.

John Wiley, 2007.

Maral, Gerard and Bousquet. Satellite Communications Systems : Systems, Techniques and Technology.

John Wiley, 2009.

Pratt, Timothy and Bostian, Charles W. Satellite Communications. John Wiley, 1986.

Stallings, William. Wireless Communications and Networks. 2nd ed., Pearson Prentice Hall, 2005.

Documents

หน่วยที่ การสื่อสารผ่านดาวเทียมการสื่อสารไรส้ายและเครือข่าย 8-4