Embed Size (px)
Citation preview
SISTEMAS DE COMUNICACIONES
SATELITALES
11 Y 12 DE OCTUBRE DEL 2018
Ley Federal de Telecomunicaciones y Radiodifusión
PODER EJECUTIVO SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES
DECRETO por el que se expiden la Ley Federal de Telecomunicaciones y Radiodifusión, y la Ley del Sistema Público de Radiodifusión del Estado Mexicano; y se reforman, adicionan y derogan
diversas disposiciones en materia de telecomunicaciones y radiodifusión.
DIARIO OFICIAL Lunes 14 de julio de 2014
Ley Federal de Telecomunicaciones y Radiodifusión
Capítulo VIII
De la Comunicación por Satélite
Artículo 150.
Artículo 151.
Artículo 152
Artículo 153.
Artículo 154.
Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias
MEX101A, MX106, MX214, MX215MX230A, MX230B, MX242, MX243, MX244, MX245,
MX246, MX250A, MX257,
NOM-EM-113-SCT1-1994
NORMA Oficial Mexicana de Emergencia NOM-EM-113-SCT1-1994, Especificaciones técnicas para los servicios relativos a la conducción de señales entre puntos fijos mediante el uso de los satélites mexicanos.
DOF: 22/12/1994
Índice
Día 1 (11 de octubre 2018)
Introducción a las Comunicaciones por Satélite Órbitas de satélites artificiales y constelaciones El satélite de comunicaciones. Plataforma El satélite de comunicaciones. Carga útil
Día 2 (12 de octubre 2018) Técnicas de Acceso Calculo de Enlace Modulación
Objetivos
Conocer la arquitectura de un sistema de comunicaciones por satélite y servicios
Conocer los subsistemas y carga útil de un satélite de Comunicaciones
Comprender el impacto que la órbita tiene sobre el sistema de comunicaciones
Familiarizarse con el dimensionado de un sistema de comunicaciones por satélite
Conocer los sistemas actuales de comunicaciones por satélites y el sector espacial
Introducción a las Comunicaciones por Satélite
Contenidos
Introducción a las Comunicaciones por Satélite
Motivación Arquitectura del sistema Orígenes Bandas de frecuencia Servicios Aspectos de ingeniería El sector espacial
¿Por qué el satélite?
Costo independiente de la distancia
Capacidad de establecer enlaces multipunto (radiodifusión) y punto a punto (servicio fijo)
Ancho de banda considerable Amplia cobertura geográfica No le afectan las barreras naturales Servicio a zonas rurales o poco pobladas Despliegue rápido de redes de comunicaciones una vez puesto en órbita
Facilidad para establecer nuevos mercados y modelos de negocio
Posibilidad de ofrecer todo tipo de servicios
Arquitectura del sistema
Descripción del Sistema
Satélite (en órbita geoestacionaria) Repetidores transparentes (bent-pipe
transponder) Antena Rx, receptor, conversor frecuencia,
amplificador, antena Tx Repetidores regenerativos (regenerative
transponder) Procesado a bordo, demodulación y remodulación
Estaciones terrenas de usuario Sólo recepción (sistemas de difusión) Sólo transmisión (sistemas de recogida de datos) Estaciones de transmisión/recepción
Estaciones de seguimiento y control
Origen de las Comunicaciones por Satélite
Hermann Noordung (a.k.a. Captain Potocnik) en 1929 (The Problem of Space Flight, The Rocket Engine) Describe el concepto de órbita
geoestacionaria y su valor científico Aspectos de ingeniería de vehículos
espaciales
Arthur C. Clarke en 1945 (Extraterrestrial
Relays, Wireless World) Describe el uso de la órbita
geoestacionaria para comunicaciones (actualmente la más usada por los satélites de comunicaciones)
Describe la cobertura global usando 3 satélites a 120 grados (sistema TDRSS (USA))
Origen de las Comunicaciones por Satélite
Primeros satélites de comunicaciones
Primeros satélites de comunicaciones
Sputnik 1 (1957)
Sonido de la
Radiobaliza
Echo I y II (1960 y 1964)
Telstar I y II (1962-63)
Diámetro: 87 cm Peso en Órbita: 85 kg Apogeo: 10800 km (Telstar II)
Syncom (1964)
Syncom 3: JJ OO Tokyo 1964
Intelsat I: Early Bird (1964)
Diámetro: 0.71 m (2 ft. 4 in.) Altura: 0.59 m (1 ft. 11 in.) Peso en Órbita: 34 kg (76 lb)
Intelsat IV (1971)
Diámetro: 2.38 m (7 ft. 9 in.) Altura: 5.31 m (17 ft. 5 in.) Peso en Órbita: 595 kg (1313 lb)
Anik-C (1978)
Diámetro: 2.16 m Peso en órbita: 562.5 kg
Intelsat 901 (2001)
Peso en Órbita:
4723 kg
Evolución Satélites INTELSAT
Fuente: J. Cuéllar, S. Landeros, R. Neri, Innovaciones Tecnológicas en Satélites y Estaciones Terrenas, Ciencia y Desarrollo, pp. 4-17, Mayo/Junio 2002, México.
Transbordadores USA y CCCP
Satélites en México
Reseña de la Misión:
Orbita de Ascenso todo eléctrico (~8 meses)
Satélites de comunicaciones
GLOBALSTAR (1ª generación)
14.02.1998/29.05.2007 (varios) Comunicaciones (constelación) Órbita LEO (1410 km, 52º) Dimensiones: 3m, 34.5m (Soyuz) Potencia: 1100 W Masa: 450 kg (dry mass: 350 kg) Vida útil: 7.5 años Prime: Alenia Spazio/Loral
Antenas VSAT
D~55 cm Ku-band G(12.6 GHz)=36.1 dBi Peso: 2.15 kg F/D=0.58
D~180 cm Ku-band G~46 dBi Peso: 9.6 kg F/D=0.42
Terminales
Terminales marítimos (Inmarsat)
Antenas para TT&C y DSN
Estaciones de control
ESOC Sala de control principal
Organizaciones
Exploración e investigación espacial
ESA (European Space Agency) NASA (National Aeronautics and Space
Administration) JPL (Jet Propulsion Laboratory) JAXA (Japan Aerospace Exploration
Agency). Antes, NASDA (NAtional Space Development Agency)
CNES (Centre Nationale d'Etudes Spatiales)
ISRO (Indian Space Research Organisation)
Organizaciones
Organismos reguladores
ITU (International Telecommunications Union): – CCIR → ITU-R (Comité Consultivo Internacional de Radio) – CCITT → ITU-T (Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía)
FCC (Organismo regulador de Telecomunicaciones en USA)
ETSI (Organismo regulador y de estandarización en Europa)
Organizaciones/Operadores
Organizaciones internacionales (ahora, empresas privadas)
INTELSAT (INternational TELecommunications SATellite Consortium)
INMARSAT (INternational MARitime
SATellite Organization) – Comunicaciones Móviles (Marítimas)
EUTELSAT (EUropean
TELecommunication SATellite Organization) – Comunicaciones Europeas
Operadores
Operadores
SES-ASTRA JSAT Star One Sirius GLOBALSTAR THURAYA IRIDIUM ORBCOMM
Cobertura de Inmarsat
Servicios de comunicaciones por satélite
Red de acceso (FSS) DTH (BSS) (Direct-to-home)
Distribución (FSS) Telefonía móvil (MSS)
Servicios de comunicaciones por satélite
Acceso a Internet por satélite
Aplicaciones:
Redes Empresariales Proveedores de Servicio de Internet y Portadores de IP Locaciones Gubernamentales y Militares DTH y Oficinas Aeropuertos, cadena de Hoteles, Hospitales (Telemedicina), Escuelas, Universidades
Monitoreo Industrial e IP Publico basado en redes de intercambio de datos
Instituciones Financieras – bancos, locaciones de ATM remotos, oficinas de seguros
Acceso a Internet a satélites marítimos en cruceros, yates privados, etc.
Servicios de rescate y emergencia
Espectro Electromagnético
Asignaciones de frecuencia
Comunicaciones por satélite en las bandas entre 1 GHz y 30 GHz.
Aspectos de Ingeniería
Satélite:
– Tamaño, peso – Tipo de órbita – Generación de energía – Fiabilidad, Flexibilidad
Canal Radio:
– Distancia ↔ Atenuación (~200 dB para GEO) – Ganancia y polarización de antenas – Eficiencia de transmisores/ Figura de ruido de los receptores
Mapas de cobertura
Modulación: – Analógica ↔ Digital – Esquemas eficientes en potencia: BW → Pot – Detección y corrección de errores (sistemas digitales)
Multiplexado y Acceso Múltiple
Estaciones terrenas
– Economía / Complejidad
Estructura de un sistema de Comunicación por Satélite
Órbitas de satélites artificiales y constelaciones
Contenidos
Órbitas de satélites artificiales y constelaciones Leyes de Kepler Efemérides Ángulos de apuntamiento Órbitas y constelaciones Ejemplos
Ecuaciones Órbita Geoestacionaria
Leyes de Kepler
1º Las órbitas son planas y el satélite describe una elipse con un foco en el centro de masas de la Tierra. 2º El radio vector describe áreas iguales en tiempos iguales. 3º Los cuadrados de los periodos orbitales de dos satélites tienen la misma relación que los cubos de sus distancias medias al centro de la Tierra.
Ejemplos
Ejemplo: la ISS
Parámetros orbitales. Efemérides
El punto subsatélite (ground track)
Es la intersección sobre la superficie terrestre de la línea que une la posición del satélite en órbita con el centro de la Tierra
La traza del satélite es la proyección de la órbita sobre la superficie terrestre – Información sobre la órbita (inclinación, periodo, altura, etc.)
La traza se suele representar sobre un mapamundi 2D
Ejemplo. Órbita Tundra
Órbita inclinada a 63.4º Periodo de 24 horas a = 42164 km e = 0.25 (0.25-0.4) ω= 270º
23500 Km de altura
Órbita Tundra. Traza
Ángulos de Visión
Ángulo de Elevación: desde la horizontal local hasta la dirección del satélite
Ángulo de Acimut: desde el Norte hacia el Este hasta la proyección sobre el horizonte local de la dirección al satélite (punto subsatélite)
Cálculo de la Elevación
Cálculo de la Elevación GEO
La particularización de las expresiones anteriores a la geometría de la órbita geoestacionaria (Las=0) resulta:
Elevación y Distancia (GEO)
Ábacos de Elevación para GEO
Latitud Estación
EL Longitud relativa
Ábacos de Acimut para GEO
Latitud Estación
α Longitud relativa
Cálculo del Acimut
El ángulo de acimut entre la estación y el satélite es igual que con el punto subsatélite. Con el polo formamos un triángulo esférico.
Conocemos dos lados (A, B) y el ángulo comprendido (C≡ángulo
polar=f(lA,lB)).
X e Y se calculan a partir de C, LA y LB.
Para un satélite geoestacionario: llamando l a la diferencia de longitudes, L la latitud de la estación y γ al ángulo central entre la estación y el punto subsatélite se tiene:
Cálculo del Acimut para GEO
El punto subsatélite se encuentra sobre el Ecuador
Ángulo entre el eje N-S y el rumbo al satélite (A’):
(*) Posición relativa del SS respecto a la ET
Plano de Polarización
Para determinar el ángulo de polarización (horizontal o vertical) contra el plano ecuatorial. Este movimiento es necesario para posicionar el reflector o alimentador, tangente al arco de los satélites geoestacionarios.
senβ tan θ ––––––––
tanα Dónde:
α = Latitud del sitio.
β = Diferencia entre la longitud del satélite y la longitud del sitio. Si β es positivo el movimiento del reflector o alimentador es conforme a las manecillas del reloj, y si es negativo es contra las manecillas del reloj.
Azimut, Elevación y Polaridad
Ángulo de Visión (GEO)
Tipos de órbitas
Clasificación por altura: – Low Earth Orbit (LEO): ~<1500 km – Medium Earth Orbit (MEO) – Highly Elliptic Orbit (HEO) ~>20000 km – Geostationary Earth Orbit (GEO) (~36000 km)
Clasificación por inclinación: – Ecuatorial (inclinación = 0º) – Inclinación baja – Inclinación alta
• Heliosíncrona – depende de la altura – i = 96.3º @ 185 km – i = 99.1º @ 925 km
– Polar (inclinación ~ 90º) – Inclinación crítica
• i = 63.4º - directa • i = 116.6º - retrógrada
Clasificación por la forma: – Circular – Elíptica
• Molniya – HEO con inclinación crítica
• Transferencia de Hohmann • Otras
– Parabólica (trayectoria de escape marginal) – Hiperbólica (trayectoria de escape)
Clasificación por dirección del movimiento del satélite: – Directa: el satélite se mueve hacia el este
• Inclinación < 90º – Retrógrada: el satélite se mueve hacia el oeste
• Inclinación > 90º – Polar (inclinación ~ 90º)
Características entre satélites
Tipos de satélites según su orbita
Ubicación de satélites
LEO (Low Earth Orbit)
Altura: 250 – 1000 km Semieje mayor: 6600 – 7400 km – e < 0.06 (casi circulares)
A tener en cuenta: – Alta velocidad: > 7 km/s – Tiempos de visibilidad reducidos y discontinuos desde una estación – Continuos eclipses – Facilidad de puesta en órbita
Perturbaciones: – J2 (achatamiento terrestre) – Resistencia atmosférica – Presión de la radiación solar, para h~1000km
Constelaciones LEO vs MEO
Sistema Iridium (LEO) 66 satélites Altura=780 km 6 planos orbitales (i=86.4º)
Sistema ICO (MEO) 10 satélites Altura=10355 km 2 planos orbitales (i=45º)
Sistema Iridium
MEO (Medium Earth Orbit)
Altura: 10000 – 30000 km
A tener en cuenta: – Alta velocidad: 3 km/s < v < 7 km/s – Mayor tiempo de visibilidad que LEO – Radiación de los cinturones de Van Allen – Dificultad de puesta en órbita respecto de LEO (requiere varias etapas)
Misiones: – Navegación:
• Constelaciones: GPS, Glonass, Galileo • Satélites de demostración de Galileo: Giove-A, Giove-B
– Comunicaciones: ICO, O3B
GPS
24 satélites en 6 planos h=20200 km i=55º
MEO: O3b NETWORKS
RED ESCALABLE
16 satélites
40+ satélites
MEO: O3b NETWORKS
Orbita a 8,063 Km Periodo orbital de 288 minutos Redundancia en-orbita 10 años tiempo mínimo de vida Primeros 8 satélites lanzados en Nov. 2010 vía lanzamiento en el mar
2do, 3rd lanzamientos en 2011 Fabricado por Thales Alenia Space En parte basado en la herencia de Globalstar 2
12 antenas orientables: Cada antena puede ser individualmente controlada para apuntar y seguir una locación terminal terrestre (dirigible +/- 26°)
No hay procesamiento a bordo o enlaces cruzados
“Costo de satélites
MEO ~$22,000,000. Así, todo un satélite basado en MEO la constelación cuesta aproximadamente lo mismo desplegar como un único satélite GEO”
MEO: O3b NETWORKS
Órbitas elípticas (GEO)
Altura: 36000 km Satélite fijo respecto de un observador en tierra A tener en cuenta: – Retardo y pérdidas de propagación – Cobertura amplia, pero no cubre zonas polares – Lanzamiento costoso – Órbita: eclipses, Doppler mínimo – Tecnología desarrollada – Mejora de eficiencia espectral usando multihaz
Misiones – Comunicaciones – Relay – Meteorológicas
El cinturón GEO
Flota de satélites
Con sede en la Ciudad de México, Eutelsat Americas opera cinco satélites enfocados a la región: EUTELSAT 113 West A en 113 ° Oeste, EUTELSAT 115 West B en 114.9 ° Oeste, EUTELSAT 117 West A en 116.8 ° Oeste, EUTELSAT 117 West B ubicado en 117° Oeste, EUTELSAT 65 West A en 65° Oeste. Cubriendo virtualmente a toda la población de las Américas.
EUTELSAT 117 West A
Ubicado en 116.8°W, el satélite EUTELSAT 117 West A cuenta con tecnología de punta y proporciona cobertura hemisférica de las Américas tanto en banda C como en banda Ku.
EUTELSAT 117 West B
Ubicado en 117° Oeste, el satélite EUTELSAT 117 West B cuenta con cobertura regionalizada de banda Ku para las Américas, facilitando el crecimiento de aplicaciones de alto
rendimiento, en especial DTH
EUTELSAT 115 West A
El satélite Eutelsat 115 West B se encuentra actualmente en reubicación.
EUTELSAT 115 West B
Está ubicado en los 114.9° Oeste y brindará a las Américas nueva capacidad para atender mercados estratégicos con servicios de video, datos, movilidad y para los gobiernos.
EUTELSAT 113 West A
Ubicado en 113°W, el satélite EUTELSAT 113 West A proporciona potencia y cobertura tanto en banda C como en banda Ku a través de las Américas
EUTELSAT 65 West A
El satélite EUTLSAT 65 West A es un nuevo satélite multi-misión de gran capacidad para servir a los mercados de expansión dinámica de video y banda ancha en Brasil y en toda América Latina.
Órbitas elípticas (HEO)
Órbitas de elevada excentricidad – Apogeo: altura de MEO, GEO o mayor – Perigeo: altura de LEO
A tener en cuenta: – El satélite pasa la mayor parte del tiempo en la zona del apogeo – Coste de lanzamiento menor que GEO – No válidas para observación terrestre – Varios satélites dando cobertura global (no apuntamiento continuo de la antena de la ET)
Perturbaciones – Movimiento del perigeo – Resistencia atmosférica en la zona del perigeo – Atraviesan los cinturones de Van Allen – Correcciones orbitales
SIRIUS XM: constelación en órbita Tundra
Sirius FM6 (Radiosat 6) [SSL] Sirius FM5 similar
Constelaciones de satélites
Mejora de la cobertura en tiempo y periodicidad Objetivo de diseño: – Reducir el número de satélites que proporcionen la cobertura adecuada para cada altura – Reducir el costo total de producción, lanzamiento y operación
Métodos de diseño de constelaciones – Método de Walker – Método de las “Calles de cobertura” – Método de Draim (constelaciones elípticas)
Número mínimo de satélites LEO
El área de un casquete de esfera en función del ángulo central γ es:
Por tanto el número de satélites mínimo necesario en función del ángulo central γ, que a su vez es función de la elevación y de la altura de la órbita, es:
Método de Walker
Diseño de constelaciones con características orbitales comunes, misma inclinación y excentricidad nula
Notación:
– Número de satélites por plano: T/P – Desfase nodal entre planos: 360º/P – Desfase de paso entre satélites de planos consecutivos: 360º×F/T
Globalstar
Walker Delta 48/8/1 52º
48 satélites 8 planos orbitales Inclinados 52º Nodos ascendentes separados 45º en el plano ecuatorial
Cada plano, 6 satélites, separados 60º en anomalía
Desfase de paso por el nodo ascendente entre satélites de planos adyacentes: 7.5º
• h=1414 km (T=114 minutos)
Globalstar
Galileo
Walker 27/3/1 56º
27 satélites (+ 3 de reserva) 3 planos orbitales Inclinados 56º Nodos ascendentes separados 120º en el plano ecuatorial
Cada plano, 9 satélites, separados 40º en anomalía
h=23222 km (T=14h07m, que se repite cada 10 días)
Constelación Galileo
Galileo es un sistema de navegación global por satélite (GNSS) que actualmente construye la Unión Europea (UE) a través de la
Agencia Espacial Europea (ESA). El proyecto se llama así en honor al astrónomo italiano Galileo Galilei.
Traza de un solo satélite Galileo
Efectividad de la cobertura
Porcentaje de cobertura – Porcentaje de tiempo en el que un punto en la superficie terrestre “se ve” desde 1 ó más satélites
– Mide el porcentaje de tiempo que un punto está en zona de cobertura
Promedio de huecos de cobertura – Tamaño medio de los huecos de cobertura
Promedio de tiempo sin cobertura – Promedio de huecos de cobertura × Tiempo de observación
Máximo hueco sin cobertura – Duración del máximo intervalo sin cobertura
Tiempo medio de respuesta – Tiempo medio entre la petición de datos y la recepción de respuesta
El satélite de comunicaciones. Plataforma
Contenidos
El satélite de comunicaciones. Plataforma
– Plataforma y subsistemas – Ejemplos de budgets – Subsistema de TT&C – Segmento de control. Estaciones de TT&C
Dos ideas fundamentales
Idea 1: Satélite
=
Plataforma (bus, subsistemas) +
Carga útil (payload)
Idea 2: El mantenimiento en posición requiere maniobras
periódicas y el gasto del combustible provoca la “muerte” del satélite (EoL)
Gran parte del peso del satélite es combustible
Subsistemas del Satélite
Subsistemas de Control Orbital y Posición y Propulsión (AOCS)
Subsistema de Energía Subsistema de Control Térmico Subsistema de procesado de datos (OBDH) Subsistema de Telemando, Telemetría y Seguimiento (TT&C)
Estructura Subsistema de Comunicaciones (transpondedores) Subsistema de Antenas
Subsistema de apuntamiento y control orbital
AOCS: Attitude and Orbit Control System
Mantenimiento de la Orientación
Subsistema de propulsión
Mantenimiento de la órbita y/o mantenimiento en estación (station keeping)
– Satélites LEO: mantener la altura para que no caigan a Tierra – Satélites GEO: para que siempre vean la misma superficie de la Tierra
Transferencia a órbita final (p.e., de GTO a GEO) – Motor de apogeo
Parámetros básicos de diseño del sistema de propulsión – Empuje: fuerza proporcionada por el motor – Impulso específico: medida del contenido energético del propulsante y su eficiencia para producir empuje
Consumo de energía eléctrica en el satélite
Subsistema de energía
Generación, almacenamiento y distribución de energía eléctrica necesaria para la operación de los equipos del satélite en función de su eficiencia
Requisitos: – ↑ PIRE ~ kW para radiodifusión y comunicaciones móviles – ↓ tamaño equipos – Valor típico: >10 kW
Subsistemas: – Fuentes de energía primarias (paneles solares) – Fuentes de energía secundarias (baterías) – Elementos de acondicionamiento y protección
Subsistema de energía (GEO). Paneles solares
Subsistema de energía (GEO). Baterías
Control Térmico
Mantener dentro de unos márgenes de temperatura adecuados los equipos y la estructura del satélite.
Las deformaciones estructurales deben minimizarse para asegurar un funcionamiento correcto del apuntamiento del satélite y del funcionamiento de los subsistemas
Control térmico activo
Estructura y subsistemas
Intelsat VI
Subsistema de TT&C
Bandas de frecuencia empleadas en TT&C
Cat. A: Misiones próximas a Tierra (hasta 2×106 km) Cat. B: Misiones de Espacio Profundo (interplanetarias)
S.O.: Operaciones espaciales S.R.: Investigación Espacial E.E.S.: Exploración de la Tierra
Antenas de TT&C
Deben tener cobertura omnidireccional para asegurar el enlace en condiciones nominales e imprevistos – Opción 1: dos antenas con cobertura semiesférica – Opción 2: antena principal de cobertura 110º aprox. y una antena de relleno – Opción 3: cobertura omnidireccional en una banda (p.e., S) y directiva en otra banda (p.e., Ku) para condiciones estables
Polarización – Circular en banda S (hélices cuadrifilares cónicas)
• Evitar rotación de Faraday (ionosfera) y reducir las pérdidas por desalineamiento
– Lineal en banda Ku Montaje – Partes superior e inferior del satélite (ejes paralelos), sin elementos que obstaculicen la visión de Tierra
ESA tracking stations network (ESTRACK)
Deep Space Antenna (Cebreros)
D = 35 m
El satélite de comunicaciones. Carga útil
Contenidos
El satélite de comunicaciones. Carga útil
– Transpondedores – Antenas
– Tipos de cobertura – Planes de frecuencias, polarización y coberturas – Ejemplos
Subsistema de Comunicaciones
Funciones principales
Conversión de frecuencia de las señales Amplificación de las señales
Conversión de frecuencia
– Se realiza en un mezclador “conversor reductor de
frecuencias” – La frecuencia del oscilador local es la diferencia entre la de entrada y la de salida – La figura de ruido alta de los mezcladores limita la calidad del receptor – Se implementa un Amplificador de Bajo Nivel de Ruido LNA previo. – Para frecuencias altas (Banda Ka), doble conversión de frecuencia
Amplificación
– Para obtener rendimiento elevado se usan amplificadores no lineales en las etapas de potencia. – Para mejorar la eficiencia y disminuir el ruido de intermodulación se subdivide la banda de frecuencias en canales (Transpondedores) mediante un Filtro Multiplexor de Entrada ó IMUX – Después de amplificar se recombinan las señales en un OMUX.
Concepto de transpondedor
Repetidor Unidad básica de amplificación y cambio (transposición) de frecuencia a bordo de un satélite
Reemisor embarcado a bordo de los satélites, … – cuya función es retransmitir las señales recibidas desde la estación de subida hacia un lugar de la Tierra. • Se le asocia a una o varias antenas de emisión, que determinan, por su forma y orientación, la potencia y la zona de cobertura del haz emitido • Se caracterizan por un determinado ancho de banda (valores típicos son 36 MHz y 54 MHz)
Un satélite tiene varios transpondedores Permiten aumentar la capacidad de la carga útil
Carga de un transpondedor
Arquitecturas de transpondedores
Arquitecturas de transpondedores
Subsistema de Comunicaciones (Arquitectura)
LNA Low Noise Amplifier (amplificador bajo nivel de ruido) DRV Amplificadores previos HPA High Power Amplifier (amplificador de potencia TWTA) IMUX Multiplexor de entrada OMUX Multiplexor de salida
Parámetros de la carga útil
Figura de ruido: pérdidas entre la antena, y los parámetros del LNA (figura de ruido y ganancia)
Ganancia (del transpondedor): depende de la señal a la entrada y la requerida a la salida
Selectividad: capacidad de rechazo a interferencias y selectividad de los filtros de los multiplexores
Distorsión lineal en banda: respuesta en frecuencia constante en amplitud y retardo de grupo
– Filtros de los multiplexores Espúreos: señales no deseadas generadas en los diferentes subsistemas – Deben filtrarse sin incrementar excesivamente la complejidad
Potencia de salida: evitar la distorsión no lineal de la señal en los amplificadores (back off)
No linealidades: productos de intermodulación, saturación de etapas de potencia, conversión AM/PM
Amplificadores de potencia
TWTA: Travelling Wave Tube Amplifier
Se basan en la interacción de un haz de electrones (cátodo incandescente) y una onda electromagnética lenta.
Requieren un equipo auxiliar (EPC = Electronic Power Conditioner) que genere las tensiones de miles de voltios que se requieren para acelerar el haz.
Amplificadores de potencia
SSPA: Solid State Power Amplifier
TWTA vs SSPA
Amplificadores de potencia
Amplificadores de potencia
SSPA Amplificación de Potencia y Linealización
IBO: Input Back-off (entrada de retroceso) OLC: Overdrive limitation circuit (circuito de limitación de sobrecarga) ALC: Automatic output power limitation control (control automático de limitación de potencia de salida) NPR: Noise Power Ratio (relación de potencia de ruido)
Antenas – Características del Diagrama de Radiación
Ancho de haz a 3 dB (θ3dB = HPBW) Nivel de lóbulos secundarios (SLL) Nivel de polarización cruzada (XP/CP) G = 29 – 25 log θ dBi (Rec. ITU-R S.580-5)
Rec. ITU-R S.580-5
Ancho de Haz y Ganancia
El ancho de haz se relaciona con las dimensiones eléctricas de apertura mediante:
La Ganancia en función del ancho de haz y de la eficiencia es:
En las proximidades del máximo la variación de la ganancia se puede aproximar como (aprox. parabólica):
Cobertura
Se denomina área de cobertura de un satélite al área de la superficie de la Tierra desde la que un satélite se ve con un ángulo de elevación El igual o mayor que un ángulo de elevación mínima (El min) dado. La geometría del área de cobertura es un casquete de la superficie esférica de la Tierra que viene determinado por el ángulo de elevación mínima.
Coberturas típicas
Diagramas de Antenas de Satélite
Diagramas de Antenas de Satélite
Comparación entre tipos de cobertura
Polarización
Frecuencias en banda Ku
Amazonas – 61ºW. Frecuencias en banda C
Amazonas – 61ºW.
Técnicas de Acceso Múltiple
Técnicas de Acceso Múltiple
Varias estaciones de la misma red intercambian información a través de un único punto nodal, el satélite. (Tráfico) Acceso Multiple por División de Frecuencia (FDMA). Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA). Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).
Secuencia Directa (DS-CDMA) Salto de frecuencia (FH-CDMA)
Acceso Múltiple Aleatorio en el Tiempo (TRMA). Por la forma de asignar los recursos del satélite a los
usuarios. Preasignados, de una forma fija o parcialmente fija,
ciertos usuarios disponen de determinados recursos
Frecuencias portadoras, slots temporales, o códigos Asignación por petición Acceso Multiple Asignado bajo Demanda, (DAMA:)
En un satélite (o dentro de un transpondedor) pueden
utilizarse diferentes técnicas de acceso, y/o combinaciones de las anteriores.
FDMA (I)
Características de FDMA. División del ancho de banda de cada transpondedor en
bandas más pequeñas (portadoras) Pequeña banda de guarda para evitar solape de espectros. Cada portadora puede modularse analógica (FM) o
digitalmente (PSK). Cada estación terrena transmite continuamente. El receptor del enlace descendente selecciona la portadora
deseada de acuerdo con la frecuencia utilizada. Hacen falta tantos receptores como portadoras se desee
seleccionar. Puede utilizar sistemas preasignados o sistemas de
asignación por petición La División del ancho de banda total en el satélite en varios
canales es una forma de acceso múltiple por división de frecuencia.
Es el método más sencillo de implementar y el primero que se utilizó.
Actualmente no es muy utilizado como método único de acceso.
FDMA (II)
Una portadora por estación:
Las señales en BB son
multiplexadas y moduladas por una portadora
FDM/FM,para señales analógicas,
TDM/PSK, para señales digitales.
Una portadora por enlace (SCPC):
Cada una de las señales
en BB, o cada usuario modula una portadora
FM, para señales analógicas,
PSK, para señales digitales.
TDMA (I)
Cada estación dispone totalmente del ancho de banda del transpondedor pero sólo en un determinado intervalo de tiempo.
Sólo existe una portadora en el sistema a la vez, elimina los productos de intermodulación y permite al amplificador trabajar en el punto de saturación
Las señales en BB TDM/PSK son moduladas por una portadora
TDMA (II)
CDMA (I)
Cada estación transmite continuamente y de forma simultánea en todo el ancho de banda del canal mediante técnicas de espectro ensanchado
La interferencia entre las estaciones es resuelta por el receptor que identifica al transmisor/es deseados por medio de un código.
Los códigos utilizados son secuencias binarias ortogonales con ciertas propiedades de correlación, que se combinan con la señal de información en cada transmisor. (espectro ensanchado)
Códigos m-secuencia, códigos Gold, Kasami
Dos técnicas para el acceso múltiple por división de código. Secuencia directa DS-CDMA Salto de frecuencia FH-CDMA (frequency hopping).
TRMA (I)
Técnicas en redes con un número elevado de estaciones. Cada una de ellas transmite cortos mensajes generados de
forma aleatoria casi sin ningún tipo de restricción. Ráfagas de duración limitada que ocupan todo el ancho de
banda Dos o más mensajes pueden colisionar en el satélite la
estación terrena receptora debe identificar esa colisión y solicitar la retransmisión de los paquetes colisionados.
Las prestaciones de son medidas en términos de eficiencia (throughput) y retardo medio de transmisión
La eficiencia es la relación entre el volumen de tráfico ofrecido y la máxima capacidad del canal de transmisión.
El retardo de transmisión es una variable aleatoria. Su valor medio indica el tiempo medio entre la generación de un mensaje y su recepción correcta en la estación de destino.
Usadas en redes privadas con pequeñas estaciones (redes VSAT).
TRMA (IV)
Eficiencia de ALOHA, y S- ALOHA
Cálculos del enlace.
Cálculos del enlace.
Balance del enlace (I)
Balance del enlace (II)
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE UN ENLACE VÍA SATÉLITE
Potencia transmisora a bordo muy limitada Gran distancia: pérdidas elevadas y retardo Atenuación atmosférica Señal recibida en tierra muy débil. Necesidad de receptores de bajo ruido. Enlace descendente crítico: menor frecuencia Necesidad de modulación y codificación eficaces
Necesidad de acceso múltiple Estación terrena sencilla para el gran público
Recomendaciones UIT-R. (I)
Indisponibilidad: Recomendación UIT-R S.579 En transmisión digital en una velocidad inferior a la primaria
(1,5 Mbit/s) BER promediada durante 1 s superior a 10–3 durante 10 s consecutivos o más.
En transmisión digital a la velocidad primaria (1,5 Mbit/s) o a una velocidad superior, cada segundo se considera un evento de segundo con muchos errores (SME). El SME se define como un segundo que contiene ≥ 30% de bloques con error.
La indisponibilidad del SFS debida al equipo no sea mayor del 0,2% de un año:
Causas relacionadas con el satélite, entre las que figuran los fallos parciales o completos de cualquiera de los sistemas de a bordo, además de las interrupciones debidas a eclipses;
Causas relacionadas con las estaciones terrenas, incluido el fallo de cualquier equipo hasta el punto de interfaz con la red terrenal, e interrupciones causadas por errores humanos, por el paso del sol
La indisponibilidad debida a la propagación no sea mayor de 0,2% de cualquier mes para una dirección de un TDFR del SFS.
Recomendaciones UIT-R. (II)
Calidad. Los objetivos respecto a la proporción de bits erróneos incluyen los efectos debidos al ruido de interferencia, al ruido resultante
de la absorción atmosférica y a la lluvia, pero excluyen el tiempo de indisponibilidad debido al equipo
La proporción de bits erróneos a la salida del trayecto digital ficticio de referencia, no exceda de los valores provisionales siguientes:
Para Telefonía digital MIC Recomendación UIT-R S.522 1×10–6, valor medio durante 10 min, durante más del 20% de cualquier mes;
1×10–4, valor medio durante 1 min, durante más del 0,3% de cualquier mes;
1×10–3, valor medio durante 1 s, durante más del 0,05% de cualquier mes;
Para conexiones internacionales RDSI Recomendación UIT-R S.614 (UIT-T G.821)
1 × 10–7 durante más del 10% de cualquier mes, 1 × 10–6 durante más del 2% de cualquier mes, 1 × 10–3 durante más del 0,03% de cualquier mes
MODULACIÓN
MODULACIÓN DIGITAL Y ANALÓGICA (Definición)
Señal análoga
Una Señal Analógica es continua en el Tiempo.
Una señal en forma de
onda continua que varía de acuerdo con la información transmitida real; intenta transmitir una réplica exacta de la señal introducida por un canal de comunicaciones.
Señal digital
Una Señal Digital es discreta en el Tiempo.
Una señal discontinua.
Uno cuyo estado consiste en elementos discretos, que representan información muy específica. Cuando se ve en un osciloscopio, una señal digital es "cuadrada". Esto se compara con una señal analógica que normalmente se parece más a una onda sinusoidal, es decir, con curvas. Generalmente, la amplitud se representa en intervalos de tiempo discretos con un valor digital.
MODULACIÓN DIGITAL Y ANALÓGICA
Analógica
AM FM PM
Digital ASK FSK PSK
MODULACIÓN DIGITAL
Una señal digital en banda base, se puede representar como una transmisión serial de "unos" y "ceros" lógicos. En computación un "cero" lógico, puede ser representado por un valor bajo de voltaje (normalmente cero), y un "uno" lógico por un valor alto de voltaje (normalmente 5v). En un sistema de comunicaciones de radio frecuencia que transmite datos digitales, un parámetro de la onda de RF debe ser variada; es decir, modulado para llevar la información en banda base. La selección más popular de modulación para un sistema de comunicaciones digital vía satélite es la modulación en fase, PSK.
MODULACIÓN Y DEMODULACIÓN DIGITALES
Cualquier característica de una señal (amplitud, frecuencia o fase), puede ser modulada digitalmente, pero la modulación en fase es casi universalmente usada para satélites. Los tres tipos diferentes de modulación.
MODULACIÓN ASK
MODULACIÓN FSK
MODULACIÓN PSK
BPSK (Binary Phase Shift Keying)
QPSK (Quadratare Phase Shift Keying)
QAM (quadrature amplitude modulation )
La modulación de amplitud en cuadratura, amplitud modulada en cuadratura o QAM (del inglés quadrature amplitude modulation) es una técnica que transporta datos, mediante la modulación de la señal portadora, tanto en amplitud como en fase.
MODULACIÓN 16 QAM
MODULACIÓN 64 QAM
MODULACIÓN 256 QAM
OPTIMIZACIÓN DE ANCHO DE BANDA
TECNOLOGÍA CARRIER IN CARRIER La tecnología Carrier in Carrier de Comtech EF Data permite la transmisión y recepción de portadoras bidireccionales de un enlace satelital en el mismo segmento satelital. Utiliza técnicas avanzadas de procesamiento de señal que dan por resultado una mayor eficiencia del ancho de banda. Esta tecnología se enfoca a enlaces simétricos: una portadora traslapada en otra de características similares de velocidad, modulación y FEC. La potencia se reduce si la comparamos con la de la transmisión de dos portadoras separadas, pero se utiliza más de la que requeriría una sola. Aunque el ancho de banda se reduce a la mitad, no ocurre lo mismo con la potencia. Las portadoras CnC necesariamente requieren mayor potencia que ancho de banda
RELOJ (CLOCK)
Para un sistema de telecomunicaciones, sin importar el medio, deben de estar en sincronía para el buen funcionamiento de la red; esto es fundamental para un correcto funcionamiento de los elementos de la red, y más para una red satelital por el gran retardo existente en el viaje de la señal. Para lograr esto, es menester programar los equipos que constituyen la red para definir cuál de ellos proporciona el reloj; en escénica es programar los equipos en interno (proporciona el reloj) o en externo (recibe el reloj). En la actualidad las fuentes de reloj más exactas son: la red digital de fibra óptica y a través del sistema GPS. El más usado es el primero y en el caso específico de México es el que proporciona RDI de TELMEX. También puede ser tomado de uno de los equipos de la red como del modem, multiplexor, GPS, etc.
EJEMPLO DE RELOJ (CLOCK)
Reloj Atómico de Cesio
TIERRA FÍSICA
Una tierra física se define como un sistema de conexión formado por electrodos y líneas
de tierra de una instalación eléctrica. Generalmente el término es usado para hacer referencia a una red o conexión de seguridad que debe instalarse en los centros de trabajo o en cualquier lugar donde se tenga equipo eléctrico o electrónico, ya que de improviso surgen descargas ya sean por fenómenos naturales como los rayos o artificiales como sobre cargas, interferencias o incluso errores humanos, es por eso que una instalación de puesta a tierra tiene como función forzar o drenar al terreno las intensidades de corriente nocivas que se puedan originar.
Conversión de Watts a dBm
Conversión de dBm a Watts
Conversión de dBm a Watts
G r a c i a s
ING. FERNANDO JIMÉNEZ ARCE
Tel: 5552 1482
Móvil: 55 1378 9918
