Cap 8 Sistemas Satelitales

Sistemas Satelitales

ELC-208Ronald Galarza

INGENIERIA EN REDES Y TELECOMUNICAIONES

Contenido

Elementos de los sistemas satelitales.

Introducción a las comunicaciones por satélite. Estaciones terrenas y satélites.

Geometría de un sistema satelital geoestacionario.

Transpondedores.

Descripción de una estación Terrena

Arquitectura y modelos de red.

Topologías de acuerdo con las normas de Intelsat.

Elementos de potencia usados en la comunicación. HPA y LNA.

Eco en las comunicaciones satelitales.

Sistemas FDM/FM, SCPC/FM, VSAT

Introducción

SISTEMA SATELITAL

Básicamente un sistema satelital es un sistema repetidor. La capacidad de recibir y retransmitir se debe a un dispositivo receptor-transmisor llamado transponder.

Un sistema satelital consiste en un cierto numero de transponder además de una estación terrena maestra para controlar su operación, y una red de estaciones terrenas de usuarios

Introducción a las comunicaciones por satélite

Las comunicaciones por satélite son en nuestro tiempo de extrema importancia.

Debemos definir al satélite de comunicaciones como "un repetidor radioeléctrico ubicado en el espacio, recibe señales generadas en la tierra, las amplifica y las vuelve a enviar a la tierra".

Es decir es un centro de comunicaciones que procesa datos recibidos desde nuestro planeta y los envía de regreso, bien al punto que envió la señal, bien a otro distinto.

Elementos de los sistemas satelitales

Un sistema de comunicaciones por satélite esta compuesto por los siguientes elementos:

Satélite Centro de Control Estación Terrena

Satélite

Constituye el punto central de la red y su función es la de establecer comunicaciones entre los diversos puntos de la zona en la que atiende. En un sistema puede haber mas de un satélite, uno en servicio y otro de reserva ( que puede estar en orbita o en tierra).

Tipos de Satélites

- Satélites de observación.- Satélites de comunicación.- Satélites geoestacionarios (GEO).- Satélites no geoestacionarios. . Los Mediun Earth Orbit (MEO). . Los Low Earth Orbit (LEO).

Centro De Control Que también se le llama TT&C ( telé mediación, telemando y

Control).

Estación Terrena Forma el enlace entre el satélite y la red terrestre conectada al

sistema.

Geometría de un sistema satelital geoestacionario

• Son de tipo circular con periodo igual al de la Tierra (24 horas).

• Esta ubicada a una altura aproximadamente de 36000 Km.

• Su área de servicio es de 1/3 la superficie del globo.

• Su desventaja es el enorme tiempo de propagación.

• estos giran en torno a la tierra a una velocidad de 11070 Km/hr, con un periodo de 24 hrs.

36.000 Km.Plano delEcuador

ORBITA GEOESTACIONARIA

Descripción de un sistema satelital.

• INTELSAT (International Telecommunications Satellital Organization)

• Los propietarios contribuyen con capital en proporción a su uso relativo de los sistemas y reciben un retorno sobre su inversión.

• Los usuarios pagan un cargo por todos los servicios de INTELSAT. Las tarifas varían dependiendo del tipo, cantidad y duración del servicio.

Servicios ofrecidos

– INTELSAT posee y opera un sistema de satélites que proporciona cuatro grandes servicios principalmente, para usuarios en más de 200 países, en todos los continentes.

– Estas categorías son: servicio público de telefonía conmutada, línea privada (red de servicios para negocios), servicios de retransmisión (Audio y video), servicios nacionales y regionales.

BANDAS DE TRABAJO

• El satélite captura el campo electromagnético de la señal y la retransmite hacia la tierra modulada en frecuencia como un enlace de bajada. los efectos del ruido se ven disminuidos en la banda de 2 - 10 [GHz]; por esta razón esta banda es conocida como “ventana de microondas”. Así, INTELSAT emplea las siguientes bandas:

• C: up link 5,925-6,425 GHz, Down link 3,7-4,2 GHz

• ku: up link 14-14,5 GHz, Down link 11,7-12,2 GHz

• Ka: up link 19,7 GHz, Down link 31Ghz

Transpondedores

• El transponder es un dispositivo que realiza la función de recepción y transmisión.

• Un satélite tiene varias decenas de transponders; cada uno de estos funciona como un subsatélite, haciendo las siguientes tareas principales:

1. Recibe la señal de una antena terrestre (up link), la rectifica y amplifica

2. La convierte a la frecuencia de bajada

3. La retransmite hacia la tierra(Down link).

Componentes de un Sistema de Comunicaciones por Satélite

Capítulo 8

Un SISTEMA SATELITAL se comporta como una estación repetidora situada en el espacio, al que se conectan estaciones terrestres por medio de enlaces de microondas

■ Segmento espacial: Satélite

■ Segmento terrestre: Estaciones terrestres Usuarios y telepuertos

Capítulo 8

Segmento espacial: satélite

DESCRIPCION

1) Paneles solares.

2) Subsistemas de Potencia.

3) Sistema de propulsión y acoplamiento .

4) Sistema de Telemetría Y comando .

5) Sistema de Comunicación.

6) Transporder

Capítulo 8


■ Estación re transmisora de telecomunicaciones situada en el espacio por un tiempo limitado, que oscila normalmente entre los 8 y los 18 años aproximadamente y que recibe señales de telecomunicaciones de voz, datos y vídeo desde la Tierra, las amplifica, cambia de frecuencia de la portadora y las retransmite a otras estaciones terrestres

► Estructura del satélite► Subsistema de comunicaciones► Subsistema de generación y distribución de potencia► Subsistema de estabilización► Subsistema de control de temperatura

Capítulo 8


■ Estructura del satélite

Es el armazón que sostiene a todos los equipos que forman al satélite, que le da la rigidez necesaria para soportar las fuerzas y aceleraciones a las que se ve sometido desde el momento en que abandona la superficie de la Tierra.

Debe ser:

Duradero Resistente Ligero

Capítulo 8


■ Influencias sobre el satélite

Capítulo 8


■ Estructura cilíndrica

Intelsat IV

Capítulo 8


■ Estructura cubica

Capítulo 8


■ Subsistema de comunicaciones

ANTENAS

Permiten captar señales provenientes de la Tierra, a través de los enlaces ascendentes (uplink) y retransmitir hacia ella a través de los enlaces descendentes (downlink)

TRANSPONDEDOR

Cambian la frecuencia de la señal recibida y la retransmiten a la Tierra

AMPLIFICADOR DE POTENCIA

Amplifican las señales del enlace ascendente

Capítulo 8


■ Subsistema de comunicaciones (Cont.)

TIPOS DE ANTENAS

a) Emisoras

1. Cobertura global2. Cobertura hemisférica3. Direccionales

b) Receptoras

1. Reflectora2. Bocina3. Phased Array

Capítulo 8


ANTENAS REFLECTORAS Y DE BOCINA

Antenas phased array

Capítulo 8


TRANSPONDEDOR

Un satélite tiene varias decenas de transponders; cada uno de estos funciona como un subsatélite.

Capítulo 8


■ Subsistema de generación y distribución de potencia

a) PANELES SOLARES

Formados por células solares de alto rendimientoSatélites GEO: 200 W/m2Potencia generada: 2200 W (INTELSAT VI)Problema: eclipses

b) BATERIAS

Del tipo níquel/cadmio

Baterías de níquel-cadmioINMARSAT

Capítulo 8


■ Subsistema de estabilización

Durante su vida útil los satélites deben ser estabilizados en sus órbitas. Para los GEO un desplazamiento de 1º en la dirección de una de sus antenas transmisoras supone que la “huella” se desplaza 700 Km sobre la Tierra. La norma exige un error ± 0,1º longitud (74 Km en órbita) El control de la posición se realiza cada segundo de la vida del satélite: telemetría

Capítulo 8


■ Subsistema de control de temperatura

Las distintas partes del satélite necesitan temperaturas de funcionamiento diferentes. Este subsistema se encarga de mantener un equilibrio térmico entre los diferentes componentes del satélite y el exterior (sol, Tierra, etc.)

Células solares: -100 ºC , + 50 ºCBaterías: 0 ºC , +20 ºCTanques de combustibles: + 10 ºC , + 50 ºCEquipos electrónicos y sensores

Especial interés tiene su comportamiento durante los eclipses

Capítulo 8


■ Diagrama de bloques de un satélite genérico

Capítulo 8

Segmento terrestre: estaciones terrestres

■ Estaciones de capacidad altaAntenas grandes: hasta 30 mTráfico internacional entre redes públicasConecta con el exterior la red pública de teléfono de un país

■ Estaciones de capacidad mediaAntenas medias: 2 - 10 mTráfico de una región o empresa

■ Estaciones de capacidad pequeña (VSAT, USAT)Antenas pequeñasÚnico usuario

■ Estaciones terrestres móviles

Capítulo 8


■ Una estación terrestre se compone de los siguientes elementos:

► En el lado transmisor

1. Multiplexor que reúne varios canales en uno de mayor capacidad

2. Módem que lleva el canal a una frecuencia intermedia (IF) en MHz

3. Un convertidor (UP/DOWN CONVERTER) que la eleva a la frecuencia de transmisión (RF) en GHz

4. Una antena transmisora

Capítulo 8


■ Una estación terrestre se compone de los siguientes elementos:

► En el lado del receptor se tienen los mismos equipos con las funciones inversas:

1. Antena receptora

2. Amplificador de bajo ruido (LNA), porque la señal llega débil

3. Up/Down converter

4. Demodulador

5. Demultiplexor

Capítulo 8


Capítulo 8


T I E R R A

MHPA

Up/DownConverter

RFIF

MU

X M

LNA

Up/DownConverter

RF

IF

MU

X

Satellite

■ Componentes comunes

Capítulo 8


■ Antenas parabólicas (Cassegrain)

Capítulo 8


■ Antenas parabólicas (Cassegrain Off-Set)

Capítulo 8

Orientación de la antena

■ Angulo De Elevación.

Es el ángulo formado entre la dirección del viaje de una onda radiada desde una estación terrena y la horizontal; o el ángulo de la antena de la estación terrena entre el satélite y la horizontal.

Capítulo 8


■ Azimut.

Es el ángulo de apuntamiento horizontal de una antena. En otras palabras es la cantidad, en grados, que hay que girar la antena en el sentido de las manecillas del reloj (con rotación al norte geográfico de la tierra para que ese mismo eje pase por la posición en longitud del satélite. El azimut es de derecha a izquierda.

Capítulo 8

¿Cómo se determina los ángulos de orientación de la antena?

■ Los ángulos de orientación Azimuth y ángulo de elevación de la antena se pueden determinar básicamente de dos maneras:

a) Mediante cálculo matemático ,a partir de los datos de la latitud y longitud del punto de recepción y de la longitud del satélite.

b) Mediante tablas o gráficos, realizados para cada satélite y cada país

Capítulo 8


■ Mediante cálculo matemático θ = latitud ; φ = longitud

Azimut:

Elevación:

Capítulo 8


Mediante Tablas

Capítulo 8

Sistema VSAT

■ Se conforman cuando se tiene un sitio central (HUB) y un gran numero de estaciones secundarios que tienen antenas pequeñas (2 mts largo), siendo un método económico de implementar un sistema de comunicaciones satelitales

■ Este sistema puede ser de una sola vía: envía información del HUB a las estaciones remotas.

■ Si es bidireccional debe tener un método para que las estaciones envíen información al HUB, como los siguientes:

FDMA (Acceso múltiple por división de frecuencias).TDMA (Acceso múltiple por división de tiempo).CDMA (Acceso múltiple por división de código).

Capítulo 8

Sistema VSAT (Cont.)

► VSAT: Very Small Aperture Terminal punto de recepción

► USAT: Ultra Small Aperture Terminal (mayor tecnología)

HUB o MASTEREstación terrestre de altacapacidad

AntenasVSAT2mts dediámetro

Método económico de implementar un sistema de comunicaciones satelitales

Capítulo 8

Sistemas de SATELITES MOVILES

■ Están en las órbitas LEO alrededor de los 700 a 5.000 km y MEO de 5.000 a 20.000 km aprox.

■ Requieren trenes de satélites, en varias orbitas, para cubrimiento total.

■ Antenas más pequeñas y menos potentes

■ Ejemplos de estos sistemas:

► IRIDIUM (66 satélites LEO a 780km, 6 orbitas)► GLOBALSTAR (48 satélites,a 1.414KM, 8 orbitas)► GPS: GLOBAL POSITIONING SYSTEM

Capítulo 8

Sistema IRIDIUM

■ Servicio satelital de telefonía y beepers

■ Consta de 66 satélites, ubicados en 6 planos orbitales

■ Ubicados a 780 Km. de altura

■ Tiene 11 estaciones terrestres

■ Periodo orbital de 100 min. con 28 seg.

■ Consorcio internacional encabezado por Motorola.

Capítulo 8

Sistema IRIDIUM

Estación de control

Ban

da

Ka

gateway

Banda L

Ban

da K

a

Banda Ka

Capítulo 8

HISPASAT

HISPASAT fue constituida en el año 1989 con la misión de convertirse en el operador de satélites de referencia para los mercados de habla hispana y portuguesa.

HISPASAT 1D

Número de transpondedores: 28 (Ku)Anchos de banda: 33,36,46,50,54 y 72 MHzNúmero de canales: 16 – 23 (Europa)5 – 12 (América)

Potencia: 103,5 WPIRE: 53,5/48 dBW (E) 47/41 dBW (A)Tamaño típico antena recepción TV:50 cm (E) 80cm – 1,5m (A)

Capítulo 8

HISPASAT 1D

Construcción: ALCATEL ESPACE.Incorpora alta tecnología española

Mejor cobertura:desde Canarias hasta parte de Rusia (Europa)desde Canadá a Tierra de Fuego (América)

ADSL: 45 Mbps hacia el usuario2 Mbps hacia el satéliteEntornos rurales

TV: Digital+ en EspañaTV CABO en PortugalRTVE en América

Cobertura en América

Modelos de Enlace del Sistema Satelital

►Transponder satelital

Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones básicas:

► Modelo de bajada

► Modelo de subida

► Modelo de subida

El principal componente dentro de la sección de subida satelital, es el transmisor de estación terrena. Un típico transmisor de la estación terrena consiste de un modulador de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador de alta potencia (HPA) y algún medio para limitar la banda del espectro de salida (un filtro pasa-banda de salida).


http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtml

Realiza la función de recepción y transmisión. Las señales recibidas son amplificadas antes de ser retransmitidas a la tierra. Para evitar interferencias les cambia la frecuencia.Un típico transponder satelital consta de un dispositivo para limitar la banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un traslador de frecuencia, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida. Este transponder es un repetidor de RF a RF.


►Transponder satelital

(TWT)

http://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/contamacus/contamacus.shtml

► Modelo de bajada

Un receptor de estación terrena incluye un BPF de entrada, un amplificador de bajo ruido (LNA) y un convertidor de RF a IF. Nuevamente, el BPF limita la potencia del ruido de entrada al LNA. El convertidor de RF a IF es una combinación de filtro mezclador /pasa-bandas que convierte la señal de RF recibida a una frecuencia de IF.


http://www.monografias.com/trabajos/contamacus/contamacus.shtml

Elementos de potencia usados en la comunicación. HPA y LNA.

► HPA (AMPLIFICADOR DE ALTA POTENCIA).

El amplificador de potencia debe ser muy confiable, de peso liviano y eficiente, debido al escaso suministro de potencia y debe operar sobre todo el ancho de banda (un rango de 500MHz). Los amplificadores mas utilizados son el tubo de ondas progresivas TWTA y el Amplificador de Potencia de Estado Sólido SSPA.

► LNA (AMPLIFICADOR DE BAJO RUIDO).

Los amplificadores de bajo ruido, como su nombre lo indica, son aquellos que por su factor de ruido muy bajo y amplio ancho de banda son usualmente para usarlos como la primera etapa en cadena receptora del transpondedor satelital.

Servicios de los sistemas de comunicacionessatelitales

Fixed Satellite Service (FSS)Mobile Satellite Service (MSS)Broadcasting Satellite Service (BSS)Earth Exploring Satellite Service (EES)Space Research Service (SRS)Space Operation Service (SOS)Radiodetermination Satellite Service (RSS)Inter-Satellite Service (ISS)Amateur Satellite Service (ASS)


► Servicios fijos FSS

Comunicaciones punto a punto o punto multipunto,entre dos o más estaciones terrestres con capacidad detransmisión y recepción, entre uno o más satélites.Puede conectar a dos únicos equipos terminales entresí, o ser la entrada a una WAN o a una LAN (Interconexión deredes telefónicas públicas, mediante el enlace satelital comovínculo).

Bandas: 6/4 GHz banda C 8/7 GHz banda X 14/12 GHz banda Ku 30/20 GHz banda Ka


► Servicios moviles MSS

Comunicaciones punto a punto o punto multipunto.Tipos:Servicio Móvil Marítimo (MMS)Servicio Móvil Aeronáutico (AMS)Servicio Móvil Terrestre (LMS)

Bandas: 1.6/1.5 GHz banda L 30/20 GHz banda Ka


► Servicios de difusión BSS

Comunicaciones punto multipunto.Sonido e imagen.Una estación transmisora-receptora, varias receptorasÚnico usuario, entrada para la distribución de la señal (CATV)Televisión directa al hogar.

Bandas: 14/12 GHz banda ku (Sólo downlink)


Formas de enlace con un satélite


► Servicio de Exploración de la Tierra (EES)

Meteorología, Geodesia, Exploración de recursos

Bandas: 1.6 GHz

► Servicio entre Satélites (ISS)

Banda: 30/20 GHz banda ka.

► Servicio de Operación Espacial (SOS)

Primeros sistemas: 2 GHz banda S

Actualmente en la Banda Ku

Eco en las comunicaciones satelitales

Las señales de voz, tienen un eco que se escucha hacia atrás en el extremo transmisor con un retardo satelital de 540 mseg. Este problema se puede solucionar utilizando un cancelador de eco (elimina el eco por la vía de retorno de señal, con filtro especial que se adapta a las características del canal).

El canal satelital se considera afectado por ruido blanco gaussiano aditivo tanto para el canal uplink(enlace de subida) como al downlink(enlace de bajada).

Sistemas de acceso a satélites

Entre los mas comunes podemos mencionar:

► FDM/FM (Multiplexión por División de Frecuencia).

► SCPC/FM (Single Channel Per Carrier ).

► FDMA (Frecuency Division Multiple Access).

► TDMA (Time division multiple access ).

► CDMA ( Code division multiple access ).

►FDM (Multiplexión por División de Frecuencia):

Es el esquema de reparto de canal más viejo y más utilizado aún.

Multiplexión en la que se intercalan.

Estáticamente dos o más frecuencias para su transmisión en un canal común.

►SCPC (Single Channel Per Carrier ) Se utiliza una portadora para transmitir un único canal Para ahorrar potencia en el satélite, se activa la portadora sólo cuando hay señal en el canal.

Analógicos: SCPC/FM

Digitales: SCPC/QPSK

SCPC


► FDMA (Frecuency Division Multiple Access)

Acceso al satélite continuo en una banda de frecuencia dada.

El BW de un transponder se divide en secciones o ranuras de frecuencias asignadas a las distintas E.T. transmisoras.

Al acceso múltiple a veces se le llama destino múltiple por que las transmisiones desde cada estación terrena se reciben por todas las otras estaciones terrenas.En FDMA las transmisiones provenientes de distintas estaciones terrenas están separadas en el dominio de la frecuencia. A las transmisiones de cada estación terrena se les asignan bandas de frecuencia específicas para los enlaces de subida y de bajada dentro de un ancho de banda determinado.

Su utilización radica principalmente en sistemas comerciales de alta capacidad.


Ejemplo de un sistema que utiliza FDMA, sistema de comunicaciones marítimas por satelite INMARSAT.


► TDMA (Time division multiple access )

Cada estación terrena transmite pequeñas ráfagas de información durante una ranura de tiempo especifica (intervalo). Las ráfagas están sincronizadas de tal manera que el estallido de cada estación llegue al satélite en un tiempo diferente.

En TDMA El grupo de estaciones terrenas tiene asignada la misma ranura del BW, la misma portadora, con un ancho de banda fijo y esa ranura (generalmente todo el transponder) se comparte entre todas las estaciones terrenas secuencialmente en el tiempo.

Cada estación terrena tiene asignado un tiempo de transmisión T, el cual puede ser igual para todas o no. Depende del tráfico de cada estación terrena.


Red de cinco estaciones terrenas que comparten una misma ranura de frecuencias en un transpondedor mediante acceso múltiple por división en el tiempo


► CDMA( Code division multiple access )

Todas las estación transmite continuamente y en la misma banda de frecuencia con una “firma” codificada diferente.El transpondedor completo compartido simultáneamente por las estaciones trasmisoras a la misma frecuencia y al mismo tiempo. Esta técnica que aparentemente resulta imposible.Es particularmente útil en transmisiones confidenciales o altamente sensitivas a la interferencia.Las antenas de las estaciones terrenas (transmisión y recepción) pueden ser muy pequeñas y sus ganancias bajas

Ocupa mucho ancho de banda por que cada bit de información se transforma en un tren de bits dependiendo la longitud del código utilizado. Los códigos son de 64 a 1024 bits.Es la norma mas difundida para sistemas inalambricos.


Red de seis estaciones terrenas que operan con acceso múltiple CDMA.


Preguntas

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