Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 12.1
The SIMILAR process for systems engineering. (
Source:
International Council of Systems
Engineering.)

---

12.1
Satellite Systems Engineering Principles
391
down into the details of the technology and components of the system as they
impact the objectives cited above (e.g., high quality, trustworthy, cost-efficient,
and schedule-compliant).
Say that you are assigned the task of putting in place a satellite communications
system for several Pacific islands. The process above starts with a problem state-
ment, in as much detail as you can construct and collect from the customer or end
user. At this point, the alternatives in the next step are not as yet known. From
the problem flows the requirements in sufficient detail to permit us to architect an
initial approach, based on GEO or non-GEO satellites and an associate ground
segment. We have not as yet selected technology for this, nor would we know the
best providers of hardware, software, and services. Anyone who has managed this
kind of effort knows that it is both difficult and a key success factor for the result.
We may save time by skipping these steps, but that saving will be overwhelmed
by time and money spent later correcting problems and misunderstandings that
could have been avoided.
The rest of the steps proceed logically through the engineering process familiar
to all of us engaged in technology undertakings. A key attribute of systems engi-
neering is that we evaluate and reevaluate performance at each step of the way,
until the system is ready for service (and after that to assure that performance is
maintained).
After decomposition, much of the effort is taken over by subsystem engineers
and other technologists who can define and develop the functional elements. It
would be wonderful if these elements were produced exactly as defined so that the
system performs exactly as intended. Many things happen along the way that can
derail the final product. For example, the performance of a subsystem may fall
short of the specification. Even if every element meets its requirements, the final
integration of the system can uncover issues that were not identified during the
early functional decomposition stage. Both of these problems can be redressed
through the modeling process. In it, subsystem performance is simulated as is the
performance of the overall system. As test and other data comes in from the
subsystems, the system model is updated and run again to provide predications of
performance and operation. When the actual hardware and software are delivered
and integrated, the performance ought to fall in line with the models. If not, the
same models can be adjusted and solutions tested for their appropriateness.
Once the system is launched, performance is reassessed to see that it has not
changed during final integration and test. A key example of this is the end-to-end
testing that goes on after a satellite is launched and put into service. Such testing
is common in the telecommunications industry to characterize the throughput, time
delays, and quality of service. The same applies to a satellite communications
system; the difference is usually the greater distances involved and the difficulty
of coordination across those distances. After service initiation, it is important to
continue to assess performance to identify any degradation due to a variety of
causes. Power amplifiers in satellites and Earth stations are notorious for causing
such degradation; another is radio frequency interference that could appear and
even increase in level as neighboring satellites and Earth station networks expand.
Performance may also be affected as traffic on the satellite increases due to an

---

392
Satellite Systems Engineering and Economics
increase in demand. A role for systems engineering is to track key performance
parameters and assess the changes cited above.
Figure 12.1 indicates return or feedback links after every step in the process.
This reflects the learning that goes on throughout a typical development program.
Both time and resources need to be made available to permit an adequate amount
of these returns.
In the next two sections, we address the broad category of satellite communica-
tions systems—fixed and mobile. This subdivision is consistent with the two primary
services as defined by the ITU. The broadcasting satellite, while separate from an
ITU perspective, can be contained within the fixed portion because the communica-
tion is generally to fixed points on the ground. Mobile satellite services, on the
other hand, are delivered to users and platforms in motion. Generally speaking,
this has a greater challenge and impact on the selection of technology. Within FSS
and MSS, we might describe broadband applications like video and high-speed
data, versus narrowband applications like voice and simple messaging. This creates
a four-by-four matrix of possibilities that can be described in a reasonably straight-
forward manner. Table 12.1 contains an example of such a matrix (this is not
intended as a solution or recommendation).