Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

C H A P T E R 1 2
Satellite Systems Engineering and
Economics
Our final chapter brings together the elements of a satellite communications system
in a manner that it is designed to meet its technical and financial objectives. We
have chosen to divide this into two major efforts: (1) systems engineering, which
is the discipline that starts with the overall requirements that the system must
address along with the selection of major elements that meet those requirements,
and (2) engineering economics, to evaluate the costs of the elements and how the
system funds those costs through budgets and revenues, as appropriate. The end
result is a system that can be constructed and operated throughout its lifetime,
returning capital and, if appropriate, profit, to its owners. We conclude with our
approach to creating the future of satellite communications.
12.1
Satellite Systems Engineering Principles
The general discipline of systems engineering has existed a long time, beginning
during World War II and growing through major technology programs associated
with the Cold War. It took a commercial direction when space technology became
the basis of the satellite communications industry. Thus, people who were schooled
in systems engineering on government programs (nuclear subs, ICBMs, and large
aircraft) found it very useful in the development of larger commercial projects like
INTELSAT IV, DIRECTV, and Iridium. The following is a general statement that
introduces the objectives of systems engineering [1]:
An interdisciplinary process to ensure that customer and stakeholder’s needs are
satisfied in a high quality, trustworthy, cost efficient and schedule compliant manner
throughout a system’s entire life cycle.
The basic premise is that you start with the customer’s requirements and develop
the system from there. This is different from a thinking process that starts with
some particular technology or existing system and tries to figure out who can use
it and for what purpose. Of course, you need a technology base and resources in
space and ground segments to put a satellite system together. The difference here
is that the customer requirement comes before the selection of specific technology
or system.
The steps in the total systems engineering process have been defined for us by
the International Council of Systems Engineering (INCOSE), a professional society
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Satellite Systems Engineering and Economics
for systems engineers that addresses some of the larger challenges in bringing a
system into existence. The essence if the INCOSE approach to systems engineering
is to follow a structured process from beginning to end. The elements are shown
in Figure 12.1 and reviewed here.
The process starts with the all-important requirement; and it ends with the
delivery of some output in terms of a system or a result from having the system.
There is potentially another element to be inserted after
Investigate alternatives
,
and that new element is
Decompose into elements
. This is where the systems
engineer relies on the specific knowledge of how the system can be put together
from a combination of existing technology and possibly with the introduction of
as-yet unproven technology.
We can start with the first step in the process:
Stating the problem
; this is
something that is probably obvious but deserves special mention. It is driven by a
business or other operational requirement, typically to establish some kind of
communications capability. Thus, it would describe the key drivers for the require-
ment:
•
Who requires the communications (the market, the people, the organiza-
tions);
•
Where are the points of delivery of the communications (locations, such as
physical places on the ground or platforms that are in motion on the ground,
on water, or in the air);
•
What the nature of the communications are (voice, video, files, or other
forms of data).
This should be as abstract and detailed as possible. From here, we go into the
‘‘What’’ of the system, namely the alternative approaches to solving the problem
or satisfying the requirements. This is where we look at satellite orbits, network
architecture (star versus mesh), and transmission standards to be employed. For
most data communications applications, we will employ the Internet Protocol
and its family of protocol layers. Satellite links would likely use techniques that
adequately address the approach taken.
One of the above steps is generally subsumed within others, namely, Decompose
into elements. Bringing this out makes clear that the systems engineer needs to get