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Malabo 17 a 21 Septiembre 2012
Elso Pinto - Consultor
[email protected]
1
Programación
 Día 1 - Principios fundamentales de comunicaciones




satelitales
Día 2 - Directrices sobre la regulación de servicios por
satélite
Día 3 - Planificación y evaluación del plan de la red de
transmisión
Día 4 - Instalación y mantenimiento de Vsat
Día 5 - Adquisición de equipos Vsat y segmento espacial
2
Programación diaria
 09h00 - Sesión de la mañana
 11h00 - Café
 12h30 - Almuerzo
 13h45 - Sesión de la tarde
 16h00 - Café
 17h00 - Final de la sesión diaria
3
Dia 1
Principios
Fundamentales
4
Principios fundamentales










Nacimiento de las comunicaciones por satélite
Desarrollo de las comunicaciones por satélite
Componentes de comunicaciones por satélite
Tipos de órbitas
Posiciones orbitales y interferencias de radio
Tipo de antenas y medidas de rendimiento
Componentes de RF
Medidas en Estaciones Terrestres
Tipos de Servicios
Tendencias y desarrollos tecnológicos
5
Nacimiento de las comunicaciones por
satélite
Congestión del espectro de las
frecuencias
de
HF
prevenía
el
desarrollo de las comunicaciones a
larga distancia, y en particular por el
Océano, pero alternativas como el cable
submarino eran demasiado costosas
……….. esto hasta 1960
….fue un hito porque aunque las
condiciones de comunicación
eran
malas
(señal
débil
,
distorsión, retraso, etc.)
En 1954 en una reunión del Instituto
de "Radio Engineers" J.R.Pearce
hizo la presentación técnica de lo
que sería una plataforma automática
de reflexión de las señales radio
…fuera de la tradición de las ondas
radio, el eco lunar fue detectado por
primera vez en 1946 y como
consecuencia de técnicas desarrolladas En octubre de 1957 La Unión
en la Segunda Guerra Mundial.
Soviética lanza el Sputnik I - no
estacionario - que transmite datos de
…. En 1957 se probó una recepción de
telemetría para 21 días, y en enero de
señal reflejada en la Luna y en 1959
1958, Explorer I colocado durante 5
implementa una comunicación entre
Reino Unido y Estados Unidos y Estados meses en órbita ha retransmitido
información espacial.
Unidos y Canadá a través de la Luna.
6
Nacimiento de las comunicaciones por
satélite
 Las
comunicaciones por satélite, o simplemente
COMSAT, se definen como proceso de comunicación
con satélites artificiales mediante ondas de frecuencias
de radio llamadas microondas.
 La mayoría de satélites de comunicaciones utilizan las
órbitas geoestacionarias o casi estacionaria aunque
haya otras comunicaciones usando órbitas bajas.
 Es especialmente tecnología complementaria a los
cables, o cables de fibra óptico, tecnología más
implementada. El concepto fue propuesto por Arthur C.
Clarke basadas en obras de Herman Potočnik de 1929.
…/…
7
Nacimiento de las comunicaciones por
satélite
 En 1945, Clarke escribió un artículo "Extra terrestrial
relays" en la revista "Wireless World", describiendo los
aspectos básicos del desarrollo de satélites artificiales en
órbitas geoestacionarias, como equipos de reflexión de
señal, lo proyectando como padre de comunicaciones
por satélite
8
Cronología











1945 Articulo Arthur C. Clarke : "Extra-Terrestrial Relays"
1955 Articulo John R. Pierce : "Orbital Radio Relays"
1956 Primer cable de telefóno submarino “Trans-Atlantic” : TAT-1
1957 Russia lanzamiento del primer satélite : Sputnik .
1960 Premier lanzamiento DELTA con éxito
1960 ATT pide la licencia de FCC para las comunicaciones por
satélite
1961 El inicio de programas TELSTAR, RELAY, y SYNCOM
1962 Lanzamiento de TELSTAR y RELAY
1962 Acuerdo de Comunicaciones Satélite (U.S.)
1963 Lanzamiento del SYNCOM
1964 Formación de INTELSAT
9
SPUTNIK
10
Cronología













1965 Premier satélite comercial COMSAT's EARLY BIRD
1969 Serie de cobertura global INTELSAT-III
1972 ANIK: 1º satélite Domestico comunicaciones (Canadá)
1974 WESTAR: 1º satélite Domestico Comunicaciones (U.S.)
1975 Serie INTELSAT-IVA: 1º utilización polarización dual
1975 RCA SATCOM: 1º satélite operacional con estabilización del
cuerpo principal
1976 MARISAT: 1º satélite comunicaciones móviles
1976 PALAPA: 3º País a lanzar satélite doméstico (Indonesia)
1977 EUTELSAT
1979 Formación INMARSAT
1988 TAT-8: 1º Cable de fibra óptica Trans-Atlantico
2010 HYLAS 1º Satélite banda Ka europeu privado (AVANTI)
2012 Intelsat 22 banda C, Ku, Africa, Midlle East, Asia, Europe
11
Principios fundamentales










Nacimiento de las comunicaciones satélite
Desarrollo de las comunicaciones satélite
Componentes de comunicación satélite
Tipos de órbitas
Posiciones orbitales y interferencias de radio
Tipo de antena y medidas de rendimiento
Componentes de RF
Medidas en Estaciones Terrestres
Tipos de Servicios
Tendencias y desarrollos tecnológicos
12
Desarrollo de las
comunicaciones por satélite 1
 Comunicaciones por satélite de telefonía y TV (1964 -
1971…)
 Desarrollo de transmisión digital vía satélite
(1981-1998)
 Desarrollo de DTH, “broadcast” TV e VSAT (1999)
 Desarrollo de comunicaciones marítimas vía satélite
(1979..)
 Desarrollo de comunicaciones inter-regionales y
nacionales (1977 Eutelsat…..)
 Desarrollo de comunicaciones móviles (MSS), y banda
ancha (FSS) (>1990)
 Desarrollo de Internet vía Satélite (>1990)
13
Desarrollo de las
comunicaciones por satélite 2
 Cobertura del Satélite
 Cobertura global terrestre (eg. Intelsat)
 Cobertura global marítima (eg. Inmarsat)
 Cobertura Regional
 Cobertura Nacional
 Categorias de servicio Satélite
 Servicios fijos (FSS)
 Emisión directa (DBS)
 Servicios móviles (Marítimo, Aeronáutico, Terrestre)
 Otros (Meteorológica, Educacion, Cientifica, Militares)
14
Diagrama de la huella 1
Zona Atlântico
Intelsat IS 903
325,5 º E
_______
Global
_______
Hemi
_______
Zona
15
Diagrama de la huella 2
Zona Indico
Intelsat IS 904
60 º E
_______
Global
_______
Hemi
_______
Zona
16
Diagrama de la huella 3
Zona Pacifico
Intelsat IS 701
180 º E
_______
Global
_______
Hemi
_______
Zona
17
Diagrama de la huella 4
Huella Euro, Asia, Africano
Hylas 2 (Ka)
Haz seco ( Europeo)
Hasta 58 dBW / 11,5 dbK-1
Diametro rayo 1º
Haz mojado
Hasta 61,5 dBW / 14 dBK-1
Diametro rayo 0,7º
Haz orientable
Canales 2x200MHz
Diametro 1,6º
18
Diagrama de la huella 5
Huella Africano
AMOS 5 (banda C )
http://www.amos-spacecom.com/resources/flash/map/multiMap/map_amos5start.html
19
Desarrollo de las
comunicaciones por satélite 3
 Convergencia es la tendencia natural que favorece
la tecnología, así como las crecientes necesidades
de los usuarios y las empresas.
 Las redes de satélite naturalmente acompañan el
desarrollo de la red terrestre, pero con beneficios, en
particular en barreras geográficas y cobertura.
20
Desarrollo de las
comunicaciones por satélite 4
Convergencia en..
• Servicios y aplicaciones
en los terminales cliente
• Tecnologia
• Protocolo
21
Desarrollo de las
comunicaciones por satélite 5
Y la evolución será:
 .. Desde la antigua TV y telefonía
 Dejando sólo de ser transmisión transparente para tener
la conmutación a bordo y procesamiento y
 Evolucionando
en
constelaciones
de
satélites
geoestacionarios, que permite las comunicaciones entre
satélites y....
 Simulación de redes en el cielo para vigilancia y control,
es decir,
 Permitiendo la existencia de una red global de
integración de Internet y banda ancha de próxima
generación
22
Desarrollo de las
comunicaciones por satélite 5
Telefonia y Televisión
Conmutación y procesamiento en
satélite
Constelaciones de satélites con
intercomunicación
Redes globales de control y
vigilancia, con integración total
23
Principios fundamentales










Nacimiento de las comunicaciones satélite
Desarrollo de las comunicaciones satélite
Componentes de comunicación satélite
Tipos de órbitas
Posiciones orbitales y interferencias de radio
Medidas de rendimiento y tipo de antena
Componentes de RF
Medidas en Estaciones Terrestres
Tipos de Servicios
Tendencias y desarrollos tecnológicos
24
Componentes de Comunicación por Satélite
• Up Link
• Down link
• Space Segment
• Earth station
25
Espectro de Comunicación por Satélite
26
Componentes de Comunicación por Satélite
 Objetivos
 Transporte de información (por encima del ruido, separando las
señales falsas & sin distorsión)
 Servicio a la Comunidad sin interferencias
 Economía
 Deseño
 Distancia entre usuarios (2 x 36000 Km)
 Efectos meteorológicos (compensar los efectos adversos)
Disponibilidad de enlace (Internet, voz, datos, TV)
 Mantener la calidad de la señal
 garantizar la reducción de ancho de banda
27
Componentes de Comunicación por Satélite
objetivos 1
 En el “uplink” la información para el "repetidor", debe ser
obtenida y regenerada, tiendo en atención el nivel de
ruido que lo acompaña. Lo mismo en dirección
"downlink", siendo obligatorio para equilibrio entre
señales reales y falsas, sin cualquier distorsión.
 Para lograr los objetivos establecidos, hay decisiones
relativas a la transmisión de débito, codificación y
potencia, anchura de banda a emplear etc ...
Responderemos cuando hablemos de “link budget”
28
Componentes de Comunicación por Satélite
objetivos 2
 Las personas
- generadores de información - viven en
comunidad que los señales satélite cubren y a fin de combinar
múltiples señales, debe preverse restricciones técnicas para
evitar interferencias de terceros o a terceros, o de usuario a
usuario.
 Puede utilizarse procesos "transmisión multiplexada" , donde
cada portadora es una frecuencia (si transmisión FDM), o
coincide con una ventana temporal (si transmisión TDM) o
donde cada portadora coincide con un código (si transmisión
del CDM)
Responderemos cuando hablamos de modos acceso
29
Componentes de Comunicación por Satélite
objetivos 3
 Las comunicaciones por satélite para competir con
comunicaciones terrestre o submarina deben colocarse
ocasionalmente como una solución temporal y a veces
como complementarios, pero siempre con eficacia (costo
equilibrado) desde el punto de vista del usuario...
Responderemos cuando hablamos de frecuencia de
servicio, de técnica de transmisión y modulación a utilizar

30
Componentes de Comunicación por
Satélite
link - dibujo 1
 Debido a la distancia de los satélites
geo - 36 x 103 km - y teniendo en
cuenta la velocidad de la luz 3 x 108
km s-1, la transmisión de usuario a
usuario tendrá un retraso global de
240 ms, e a esto debe agregarse el
retardo de procesamiento (en el
modem, conmutación etc )
 En
total significa un retraso
alrededor de 400 - 500 ms, es decir,
para voz (eco distinguible) existe la
necesidad de introducción de
equipos de cancelación del eco.
31
Componentes de Comunicación por Satélite
link - dibujo 2
 Los operadores de satélite requieren el señal de
entrada de satélite tiene un alta densidad de
potencia espectral - fijo - para evitar que interfieren
entre sí.
 Los usuarios de satélites tienen expectativas
diferentes, por ejemplo en Internet retardo para las
páginas de descarga es común, pero para voz y TV
eso no tiene sentido, ya que es perniciosa.
 La lluvia es el efecto meteorológico más adverso
sobre las transmisiones satélite.
32
Componentes de Comunicación por Satélite
link - dibujo 3
 Afortunadamente,





condiciones
climáticas
adversas
generalmente son localizadas, por lo tanto, deben
considerarse potencia adicional para compensar esas
adversidad.
Margen de atenuación de lluvia depende de la ubicación de la
E / T, y debe considerarse el modelo de precipitaciones en la
región.
El efecto del clima meteorológico afecta la inicial 10 Km.
El margen de lluvia en banda C es 2 - 3 dB
El margen de lluvia en banda Ku es 5 - 15 dB
El margen de lluvia en la banda Ka es 20 - 50 dB
33
Componentes de Comunicación por Satélite
link - dibujo 4
Disponibilidad - se define como el % de tiempo,
que un link está en funcionamiento en el periodo
de un año, y el cliente, debe intentar de verificar
la inoperatividad correspondiente, por ejemplo:
5 - 9’s = 99,999 % = inop. 5 minutos / año
4 - 9’s = 99,99 % = inop. 53 minuto / año
3 - 9’s = 99,9 %
= inop. 8,75 horas / año
y por ej. 99,8 %
= inop. 17,5 horas / año
34
Componentes de Comunicación por Satélite
link - dibujo 5
• EIRP
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Diagrama ventaja U / L
Ganancia de transponder
Diagrama ventaja D / L
Ganancia de antena Rx
+
BER
Calidad de sinal
•
•
•
•
•
Perdida de espacio libre
Perdida en guia de onda
Perdida atmosférica
Atenuación de lluvia
Errores de desajuste de
antena
Intermodulación E/T
Ruido térmico U / L
Ruido térmico D / L
Intermodulación transp
Interferencia co-canal
35
Componentes de Comunicación por Satélite
link - dibujo 6
 El ancho de banda del satélite es muy caro y escaso y
tiene una disponibilidad limitada.
 Para obtener un menor ancho de banda (o equivalente)
hay una necesidad de mayor potencia EIRP - resultado
de combinación de potencia de transmisores y antena.
 Pero los amplificadores también son caros y grandes
antenas también requieren una mayor atención en
ajuste.
 Por ejemplo, una antena de 3 m en la banda Ku (14 GHz)
tiene un ancho de haz de 0,5° - el ángulo es
aproximadamente = 70 * λ / d en grados, con λ = c / f GHz
y d = diámetro en cm.
36
Componentes de Comunicación por Satélite
segmento espacial
37
Componentes de Comunicación por Satélite
segmento espacial
38
Componentes de Comunicación por Satélite
segmento espacial
Subsistema
Función
Característica principal
Posición & Órbita (AOCS)
Estabilización de posición
& localización orbital
Precisión
Propulsión
Torciones y incrementos de
velocidad
Impulso específico
Masa del propulsor
Seguimento de Telemetria
& Comando - TTCM
Intercambio de datos con el
Nº canales y seguridad
centro de control
Estructura de Control
térmico
Regulación de temperatura
Capacidad disipación de
calor
Estructura
Soporte de equipos
Rigidez
Fuentes de alimentación
Diversos niveles de voltage
Regulación de alimentación
Antenas
Recepción y transmisión de
Cobertura y ganancia
señales RF
Repetidores
Amplificación y cambio de
frecuencia
Figura ruido, linealidad,
potencia de salida
39
Configuración del segmento espacial
estabilización de posición y orbita 1
 Estabilización del cuerpo





principal de satélite per spin
Estabilización per Gyroscop
El spin minimiza los efectos
térmico solares
Solo la mitad de las células
solar enfrentan el sol al
mismo tiempo
Más eficiente para satélites
pequeños
Antenas deben ser
disociadas del cuerpo
principal
40
Configuración del segmento espacial
estabilización de posición y orbita 2
 Cuerpo con estabilización per tri





eje
Todas las células frente al sol al
mismo tiempo
Más difícil el control térmico
Requiere más control de
estabilización
Requiere más células solares
que en satélite estabilizado per
spin
Más indicado en el diseño de
satélites más grandes
41
Configuración del segmento espacial
estabilización posición y orbita 3
Control de la posición del satélite
Efectos gravitacionales del sol y la Luna, la
presión de la radiación del sol, el campo
magnético de la tierra y otras fuerzas causan
perturbaciones en la órbita de un satélite..
Satélite debe contener combustible para
corregir estas perturbaciones y, por tanto, la
vida de un satélite es determinada por lo
combustible y es administrado por el operador
de satélite
Aproximadamente 20 a 40% de la masa seca
de un satélite se asigna para mantener el
combustible de la estación.
Normalmente, un área +/-0,05 grado, norte sur
y oeste-este es mantenida por el operador de
satélites (mayoria de combustible utilizado per correcciones N- S)
42
Configuración del segmento espacial
subsistema de telemetria




Transmitir información de mantenimiento y
estado del satélite a la estación de control
terrestre
Proporcionar medidas angular y distancia para
permitir la localización del satélite
Recibir señales de mando de la estación de
control terreno para controlar la actitud y
mantener operaciones de los equipos a bordo
Las frecuencias utilizadas generalmente son
VHF (148-149,9 UL o 136-138 MHz DL) o
banda S (2025-2120 UL o 2200-2300 MHz DL)
43
Configuración del segmento espacial
subsistema de antena 1
El enfoque para el diseño y tamaño de antenas de
satélite es relacionado directamente con la cobertura
deseada, pero también relacionado con el estrés de
efectos mecánicos - torsiones - sobre la estructura en
el satélite.
1. Torsiones de operación (o causados)
• Apuntamiento de antenas
• Apuntamiento de paneles solares
• Maniobras de mantenimiento
• Bascular de combustible
44
Configuración del segmento espacial
subsistema de antena 2
2. Torsiones gravitacionais
Estos efectos pueden causar el satélite rotar sobre su
centro de masa, a menos que el eje de menor inercia
del satélite está alineado con la vertical local y
dependen de la distancia del centro gravitacional de la
tierra en el centro de satélites. Esta torsione puede
utilizarse para estabilizar satélites colocados en una
órbita baja es ineficiente para la estabilización de los
satélites geoestacionarios
45
Configuración del segmento espacial
subsistema de antena 3
Así llegamos a la necesidad de estabilización del
satélite lo que se logra mediante el efecto giroscópico
(conocida rigidez torsiones tiende a perturbar la
orientación del eje de rotación)
“en ausencia de torsiones natural o causado, lo
momento cinético permanece indefinidamente”
es decir, en el estudio de caso de un GEO para
mantenerse en un eje fijado de dirección es el eje
paralelo al eje de rotación de la tierra y por lo tanto el
eje de giro orientado norte-sur, que se logra con una
rotación de 30 a 20 rpm.
46
Configuración del segmento espacial
subsistema de antena 4
Dependiendo de la estabilización de satélite
 Plataforma fijación de antenas, rotación (spin
stabilized sat)



Wired antenas ( monopolo, dipolo TTCM, UHF e VHF )
Antena toroidal
Antena anti-spin
 Plataforma fijación estabilizada (dual spin or body
stab. Sat)

Antena horn

Antena reflector doble
Antena de reflector multihaz

47
Configuración del segmento espacial
subsistema de antena 4A
y con las huellas de cobertura
• Global, Hemi, Zone beams
• Spot beam
• Shaped, Multiple beam
48
Configuración del segmento espacial
subsistema de antena 5
Toroidal
17,5º
17,5º
Anti spin
49
Configuración del segmento espacial
subsistema de antena 6
50
Configuración del segmento espacial
subsistema huella de antena 1
Global
Zona
Hemi
51
Configuración del segmento espacial
subsistema huella de antena 2
Spotl
52
Configuración del segmento espacial
subsistema transpondedor 1
Dispositivos electrónicos que:
 Amplifican la señal recibida – a nivel muy bajo - de tierra,
a la señal de salida para ser enviado a la tierra desde 100 dBW a 10 dBW que significa 110 dB de ganancia;
 Convierte la frecuencia, lo que evita interferencias entre
la señal transmitida muy potente y la débil señal
entrante;
 Y en algunos casos particulares (repetidor regenerativo)
también proporciona detección en el tren de la señal
recibida antes para procesamiento de baseband y
remodulation para bajar transmisión de enlace.
53
Configuración del segmento espacial
subsistema transpondedor 2
En el diseño de comunicaciones por satélite, el enlace
descendente es el componente más crítico, porque el
emisor tiene una potencia muy limitada y la estación
que recibe esas señales son aproximadamente a
36000Km y la señal recibido del orden de 10-12 W.
Para el sistema funcionar la potencia recibido deberá
superar la potencia de ruido entre 5 a 25 dB
(dependiendo del ancho de banda y de la modulación
de la señal emitida y utilizada).
…/…
54
Configuración del segmento espacial
subsistema transpondedor 3
 Los
satélites
iniciales
eran
equipados
con
transpondedores de 250 o 500 MHz, con antenas de
baja ganancia y transmisores de 1 o 2 W, y los
transmisores más recientes, aunque no muy alta
potencia pueden realizar la reutilización de frecuencias,
por antenas distinta y de polarización separada (spatial
frequency reuse and frequency polarization reuse)
por duplicación o triplicación de la utilización de ancho de
banda.
 Por ejemplo el Intelsat V, las bandas 6/4 y 14/11 GHz, de
anchura 500 MHz están optimizados para 2500 MHZ.
55
Configuración del segmento espacial
esquema del transpondedor
RECEIVER
uplink
LNA
AMP
IMUX
HPA
DRIVER
OMUX
dnlink
LO
SINGLE FREQUENCY CONVERSION
RECEIVER
IF AMP
LNA
IMUX
HPA
DRIVER
uplink
LO
OMUX
dnlink
LO
DOUBLE FREQUENCY CONVERSION
56
Configuración del segmento espacial
esquema del transpondedor 1






Low Noise Amplifiers (amplificador bajo ruido)
Down converter (conversor desciendente)
Post converter amplifier ( amplificador IF )
Input and output multiplexers ( multiplexor entrada y salida)
Switch matrix (satelite multihaz )
Channel power amplifier (amplificador potencia de canale)
 Driver (controlador)
 Output stage
 Multi carrier operation (multi portadora)
 HPA (TWTA) (amplificador de alta potencia)
 Regeneration repeater (repetidor de regeneración)
57
Configuración del segmento espacial
componentes del transpondedor 2
 El rendimiento de las comunicaciones por satélite está
estrechamente relacionado con las características del
repetidor.
 Por ejemplo el receptor G/T de satélite depende de la
figura de ruido del amplificador de entrada de receptor
 La estabilidad de la frecuencia de enlace descendente
depende de la oscilatoria local.
 Señales fuera de banda son generadas por no linealidad
y son sensibles a las características de filtros .El Pire del
satélite depende de la potencia de HPA y la pérdida de
los dispositivos de salida (filtros, alimentador etc.)
58
Configuración del segmento espacial
componentes del transpondedor 3
 Amplificadores de bajo ruido
 Básicamente el amplificador de bajo ruido (preamplificador)
condiciona la figura de ruido global del repetidor.
 Presenta alto de 5 a 20 dB y NF de 3 dB (6 GHz), 4dB (14
GHz) o 8dB (30 GHz)
 Conversor
 Incluye mezclador, filtro, oscilador local. Pérdidas de
conversión de mezclador es de 5 a 7 dB.
 Amplificador de IF
 Después de conversión de frecuencia es necesario llevar
los señales a un alto nivel de ganancia , para la entrada de
transmisor de potencia
59
Configuración del segmento espacial
componentes del transpondedor 4
 Multiplexor de entrada & salida
 Determina la entrada y salida de la parte canalizada
del repetidor, haciendo uso del “bandpass filter” de
alta Q’s que imponen el ancho de banda del
transpondedor:
 IMUX divide el ancho de banda total en canales
separados, a través de circuladores y un conjunto de
"bandpass filter".
 OMUX combina los canales después de amplificación
de potencia. Se impongan requisitos apretados sobre
la inserción de la OMUX porque cualquier pérdida de
energía reduce el Pire del satélite y genera calor
60
Configuración del segmento espacial
componentes del transpondedor 5
 Matriz de conmutación
 Con satélite multihaz son necesarios conmutadores
para modificar la interconectividad de la haz.
Conmutadores operados a través de comandos de
tierra permiten plan de interconexión semi-fijos.
Conmutadores rápidos (cambian varias veces en un
milisegundo) implican:


Conmutadores de estado sólido
Control a bordo
61
Configuración del segmento espacial
componentes del transpondedor 5A
 Amplificador de potencia de canal
 Consta de una o varias etapas de amplificación de
potencia (controlador) y la etapa de salida.
 Amplificadores de potencia no son lineales y operación no
lineal genera señales indeseables como los productos de
intermodulación, por ejemplo cuando un amplificador no
lineal es impulsado por dos portadoras de igual potencia,
en frecuencias f1 y f2 los productos de la tercera y quinta
orden son significantes, o 2f2-f1 y 2f1-f2 y también 3f2-2f1
y 3f3-2f1 (diapositiva siguiente)
62
Configuración del segmento espacial
componentes del transpondedor 6
63
Configuración del segmento espacial
componentes transponder 7
 El controlador es un amplificador de banda estrecha que
amplifica las señales a la salida IMUX para el nivel de
potencia requerida para impulsar la etapa de salida,
implementada con tecnología de estado sólido.
 El andar de salida, o HPA, se refiere a la situación de
ganancia de potencia de salida y cambio de fase en términos
de potencia de entrada. Las variaciones de cambio de fase de
la portadora de salida, cuando varia la potencia de entrada, se
traduce en modulación de fase cuando el portadora de
entrado es amplitud modulada o lo que se llama conversión
AM / PM (ver en las siguientes diapositivas, respectivamente
de una y dos portadoras)
64
Configuración del segmento espacial
componientes del transpondedor 8
1 portadora
2 portadoras
2 portadoras +
produtos 3ª O
65
Configuración del segmento espacial
componientes del transpondedor 9
66
Configuración del segmento espacial
componentes del transponder 10
 Actualmente,
los andares de salida se usan
principalmente con tubos de onda progresiva o
“TWT” (ver en la diapositiva siguiente ) , pero los
dispositivos de potencia de estado sólido o “SSPA”
están en progreso, porque son más ligeros en peso
y más lineal, pues ofrecen una mejora significativa
en la linealidad y aumento de la capacidad del
transpondedor, como veremos adelante
67
Configuration of space segment
transponder components 11
1 - Cañon de electrones, 2 - Entrada de RF, 3 - Imanes, 4 - Atenuador
5 - Bobina de Helix, 6 - Salida RF, 7 - Tubo de vacio, 8 - Colector
68
Configuración del segmento espacial
componentes del transpondedor 11A
69
Configuración del segmiento espacial
componentes del transpondedor 12
 El dispositivo es un tubo de vacío alargado con un cátodo que emite
electrones en un extremo. Un campo de contención magnética
concentra los electrones en un haz, que luego pasa por el medio de
un circuito de RF que se extiende desde la entrada a la salida de RF,
y finalmente un colector en el otro extremo……
 El circuito de RF actúa como una línea de retardo, en el que la
señal de RF viaja a cerca de la misma velocidad a lo largo del tubo
como el haz de electrones.
 El campo electromagnético generado por la señal de RF en el
circuito de RF interactúa con el haz de electrones, causando
agrupamiento de los electrones (un efecto llamado modulación de la
velocidad ), y el campo electromagnético generado por la corriente
de haz a continuación, induce de nuevo más corriente en el circuito
de RF (es decir, la corriente electrónica aumenta y así se
amplifica)…
70
Configuración del segmiento espacial
componentes del transpondedor 13
71
Configuración del segmiento espacial
componentes del transpondedor 13
Item
TWTA
Eficiencia de conversión de RF a DC
Mejor
Ancho de banda, grupo de retraso y
ganancia en respuesta de frecuencia
Mejor
Gama de potencia y de bajo nivel de
ruido
Mejor
Utilizables en toda la gama de
frecuencias de banda L y más allá
banda Ka
Si
Tecnología de TWTAs (cátodos y
colectores) es muy madura
Si
Confiabilidad, necessidad altos voltage,
poco linealización
SSPA
Hasta Ka
Mejor
72
Configuración del segmiento espacial
componentes del transpondedor 14
Item para ejemplo
TWTA
SSPA
Rango de funcionamento
3,4-4,2 GHz 3,7-4,2 GHz
Potencia de salida saturada
8,5 W
8,5 W
Ganancia de saturación
58 dB
58 dB
IP 3ª order (C/N)IM
11 dB
15 dB
Conversion AM / PM
4,5º / dB
2º / dB
Peso incluido EPC
2,2 Kg
0,9 Kg
Interrupciones 109 horas
2000
< 500
73
Componentes de Comunicación satélite
(estación terrestre)
74
Componentes de comunicación satélite
Estación terrestre
Modulator
Down
converter
Demodulator
Motor
Low noise
Amplifier (LNA)
Antenna Control
Unit (ACU)
Antenna Systems
RF equipments
Radio Frequency (RF)
Divider
Tracking
Receiver
BB/IF/RF Equipments
Intermediate
frequency(IF)
Connection to terrestrial
Up
converter
Multiplexing / demultiplexing
Feed
Combiner
Power amplifier
(HPA)
Terrestrial
Interface equipt
BaseBand
75
Componentes de comunicación satélite
Estación terrestre
 Sistema de antena
 Sistema de transmisión
 Sistema de recepción
 Receptor de “beacon”
 Sistema de seguimiento
 Sistema auxiliar, a saber




Batería
UPS – sistema alimentación “unbreak”
Generador de energía
Aire acondicionado
76
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - antena 0
77
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - antena 1
78
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - antena 2
79
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - antena 3
80
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - antena 4
81
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - antena 5
82
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - antena 6
83
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - antena 7
84
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - cadena transmisión
85
Componentes de comunicación satélite
Estación terrestre - cadena transmision
DATA
SOURCE
ENCODER/
MUX
MODULATOR
UP
CONVERTER
HPA
TDM…
MODEM
f
BPF
U/C
BPF
f
FDM…
86
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - cadena transmision
 Grandes
estaciones
terrenas
frecuentemente
usan
amplificadores de alta potencia (HPA) con niveles de potencia
de salida hasta 8,5KW.
 La configuración empleada depende el número de portadoras
a transmitirse y si estas son, FDM o TDM. La configuración
más común emplea uno HPA para cada transpondedor.
 En transmisión a 6 GHz con ancho de banda de 40 u 80 MHz
se utilizan HPA, con TWT (refriado por aire) o klistrones
(refriado con agua).
 Los TWTA tienen mas ancho de banda que los klystrons, y
puede cubrir 500 MHz permitiendo sintonizar el TWT para
cualquier banda del transpondedor
87
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - cadena transmisión
 Pequeñas y medianas estaciones terrenas en lugar de
utilizar TWT, utilice SSPA - amplificador de potencia de
estado sólido, que no necesitan voltajes muy altos como
los de TWT(10 - 50KV)
 Cuando se utilizan varios HPA con una antena
es
necesario sumar sus salidas, con una red de combinación.
 Los HPA actúan como interfaz entre la antena (propagación
RF de espacio libre) y el transceptor (IF) y non es nada
más que un estadio para el tratamiento de señales en
banda base agregados a través de módems del canal de
comunicación.
88
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - transmisión TWT
 Cañon de Electrones
 Cátodo
 Calentador
 Eléctrodo de Enfoque
 Ânodo
 Hélice
 Colector
 Enfoque Magnético
 Tensión alimentación de
calentador ( 6 V)
 Alta Tensión  11 KV
89
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre – transmisión SSPA
Con el avance tecnologio en tecnologia
FET (GaAs) muchos TWT han sido
remplazados debido a :
 Mejor distorción de intermodulación
 Menor costo de manteniemento
 Menor costo de repuestos
 Mayor securidad personal
 Menor consumo de energia
 Menor costo de propriedad
90
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - híbrido de transmisión + combinador
Entrada
Perdida
Hib (dB)
Perdida
duplex(dB
Perdida
total (dB)
F1
3
0,8
3,8
F2
6
0,8
6,8
F3
7,8
0,8
8,6
F4
10,8
0,8
11,6
F5
…..
1,8
Baja perdida en el combinador y siendo el
duplexor ajustado para la frecuencia debida
91
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - circulador transmisión
Combinador de bajas perdidas, a pesar de ancho estrecha
92
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - up converter
93
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - modulador psk
94
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - cadena recepción
DECODER/
DEMUX
DATA
COLECTOR
DEMODULATOR
DOWN
CONVERTER
LNA
TDM…
MODEM
f
BPF
D/C
BPF
f
FDM…
95
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - sistema recepción 1
 Grandes estaciones terrenas necesitan amplificadores de muy
bajo nivel de ruido. Se utilizan amplificadores paramétricos
refrigerados con helio líquido en 4ºK para alcanzar
temperaturas de ruido de 20 º c a 40ºK a 4 GHz.
 Estaciones terrenas pequeñas y medianas, utilizan
amplificadores de GaAsFET no refrigerados o refrigerados
electrónicamente. Puede lograrse alcanzar temperaturas de
ruido
. en el rango de 50 a 120ºK a 4 GHz y 120 a 300ºK a 11
GHz.
 El amplificador FET es mucho más simple que el amplificador
paramétrico refrigerado y es especialmente atractivo para
estaciones desatendida especialmente, donde los costos son
importantes.
96
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - sistema recepción 2
 Los LNA's utilizados en estaciones terrenas sólo cubren
la banda de servicio fijo de 500 MHz (banda C) y 750
MHz (banda Ku). En las grandes estaciones se emplean
redundancia 1:1
como indicado en el siguiente
diapositiva.
 Error de LNA, indica una pérdida en la señal piloto en
receptor de salida resultando en cambio inmediato a la
segundo LNA. El repuesto “spare” LNA (no utilizado) a
menudo se mantiene en la prueba con una señal piloto, o
fuente de ruido para que su estado de disponibilidad se
puede continuamente supervisionar
97
Componientes de comunicación por satélite
Estación terrestre - redundancia LNA
98
Componientes de comunicación por satélite
Estación terrestre - LNA SSPA
Un FET de LNA SSPA utiliza normalmente tres etapas de
amplificación, siendo el primer termo-eléctricamente enfriado
a - 40 ° C, produciendo un TS 55 a 80 ° K, para una ganancia
total de 60 dB.
99
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre – “down converter” sencillo
100
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - demodulador psk
101
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - receptor “beacon” 1
 El "beacon" del satélite es una señal muy débil de 1.5 x
10-15 W (1.5 fW) o - 118 dBm - generalmente no
modulado - cuyo propósito es permitir que el control de
"uplink", así como operaciones de telemetría y de
investigación.
 La señal es entonces "desplazada" en unidades de
convertidor y amplificada para poner el "beacon"
centrado en 70 MHz IF en el receptor, que selecciona
uno de los pilotos (cada satélite tiene más de 1) y
proporciona una señal de DC para el control de la unidad
antena.
102
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - receptor “beacon” 2
 ..Esta unidad es responsable de tomar decisiones
para optimizar la señal de búsqueda de la antena
sobre el satélite, y generar comandos adecuados en
azimut y elevación.
 Transductores "Synchros o potentiometers variable"
en cada eje de la antena, proporcionan
retroalimentación de posición en cada momento
para una visualización centralizada en la sala de
control.
103
Componientes de comunicación por satélite
Estación terrena - sistema apuntamiento 1
 Apuntando una antena a uno geosatellite requiere el
conocimiento de acimut y elevación de la antena yla
ubicación geográfica de la estación. Seguimiento
consiste en mantener el eje de haz de la antena en
la dirección del satélite a pesar de lo movimiento de
la estación o el satélite. Apuntamiento depende
 De la anchura del haz de la antena
 Del movimiento del satélite
 Del tipo de la estación, fija o móvil
104
Componientes de comunicación por satélite
Estación terrena - sistema apuntamiento 2
 Como ejemplo la haz de 3dB de una antena de 25 m
funcionando a 4 GHz es suele 10´ de arco, por lo
que la antena debe ser apuntada con una precisión
de +/-1´de arco para evitarse perdida del satélite. Si
un satélite se mueve - el peor en el satélite de órbita
inclinada - se requiere una instalación con programa
de apuntamiento muy precisa.
105
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrena - arco visíble
 Los
satélites geoestacionarios visibles desde una
ubicación de la estación de tierra pueden determinarse
mediante el ángulo de elevación en función de la
diferencia de latitud y longitud de estación terrestre entre
la estación terrestre y satélite
 El centro del gráfico corresponde a la situación en que la
estación terrestre y el satélite tienen la misma longitud.
Para un ángulo de elevación mínima determinada, el
gráfico da las longitudes relativas de los satélites
visibles...
 El imagen siguiente muestra el arco visible para tres
estaciones de tierra ubicadas en 25 ° N, 45 ° N y 65 ° N.
106
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - arco visíble
107
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - apuntamiento órbita inclinada 1
 El
movimiento de las órbitas de los satélites
geoestacionarios coincide con el plano del Ecuador y su
periodo de rotación con de la tierra. Sin embargo, y
debido a los movimientos de atracción de la Luna y el sol
y la fuerza de las influencias de la radiación solar, no
puede mantener el carácter estacionario
 El satélite oscila (deriva) sobre el norte / sur y
este / oeste , siendo el swing más fuertemente en el
norte / sur, llegando a una gama de 0,86 ° por año. En
consecuencia es necesario corregir el rumbo, controlado
por sistemas TTCM o sea aumentar lo consumo
108
Componientes de comunicación satélite
Estación terrestre - apuntamiento órbita inclinada 2
 Sin la corrección lo satélite parquea en órbita circular,
inclinado al plano del Ecuador - e.g el Intelsat serie V
tiene una margen de tolerancia de 0.1°(NS, EW), serie VI
0.06º y los satélite posterior menos tolerancia - pero
asegurando que los satélites en una órbita inclinada
pueden todavía proporcionar servicio y aún siendo
operacionales con variaciones de 3 º - tienen la ventaja
de consumir menos combustible. Como un ejemplo, el
combustible non usado en un mes de ajustes puede
garantizar la continuidad de la vida de un satélite más de
un año, siempre que haya solo correcciones EW.
109
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - apuntamiento órbita inclinada 3
110
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre – sistema de apuntamiento 1
Hay 3 procesos de seguimiento:
 Monopulso ( muy caro ya no se utilizan )
 “Step tracking” ( mas comum)
 Programa memorizado de seguimiento
111
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - sistemas de apuntamiento 2
Feixe duplo
Monopulso
Feixe optimizado
Steptrack
112
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - sistema de apuntamiento 3
Step tracking (o escalada de colina) el haz de la antena se mueve
sobre un modo pre determinado y la amplitud de la señal logrado,
señalado. Señal máxima indica la mejor posición de haz. El haz
se desplazará continuamente para comprobar que está en la
posición correcta. En un sistema "step tracking" la antena apunta
al redor de la posición nominal del satélite (por una fracción de
grado y en varias direcciones). Desde un conocimiento de la
forma de la haz principal se estima la dirección verdadera del
satélite y la antena, a continuación, se apunta en esa dirección

…/…
113
Componentes de comunicación por satélite
Estación terrestre - sistema de apuntamiento 4
114
Principios fundamentales










Nacimiento de las comunicaciones satélite
Desarrollo de las comunicaciones satélite
Componentes de comunicacion satélite
Tipos de órbitas
Posiciones orbitales y interferencias de radio
Tipo de antena y Medidas de rendimiento
Componentes de RF
Medidas en Estaciones Terrestres
Tipos de Servicios
Tendencias y desarrollos tecnológicos
115
Tipos de órbitas
116
Tipos de órbitas
vista superior
117
Tipos de órbitas
forma de orbita
118
Tipos de órbitas 1
Ruta orbital
N
Roll
Plano de órbita
Yaw
Vertical local
S
(payload)
Cuando correctamente en su posición
orbital nominal, un satélite puede
mostrar movimientos acerca de su
Pitch
Normal al plano orbital (sur)
centro de masa (yaw, pitch y roll).
La actitud del satélite es determinada
por los ángulos que el cuerpo de
satélite
hacen
referencia
con
este
eje
de
119
Tipos de órbitas 2
 Sensores de detección de actitud
 Sol
 Horizonte
 Estelares
 Inerciales
 Radiofrecuencia
 Laser
 Actuadores de control de actitud
 Dispositivos de impulso
 Propulsores
 Bobinas magnéticas
 Velas solares
120
Tipos de órbitas 3
 Técnicas de control de actitud
 Estabilización por gradiente gravitatorio (LEO)
 Estabilización per giro simples ( orbita de transferencia )nota
 Estabilización de doble giro (satélite con spot)
 Estabilización par tres ejes
121
Tipos de órbitas 4
 Mantenimiento de la estación
 Determinación de la posición


Medida de ángulo (variando el apuntamiento de la antena y
buscando la ganancia máxima de recepción o utilizando
técnicas de monopulse)
Rango de medición (a través del desplazamiento de fase
entre señales transmitidas y recibidas)
 Mantenimiento de movimiento Norte - Sur (…como la
atracción luni-solar se refleja en un cambio de inclinación, debe
aplicarse el incremento anual de velocidad)
 Mantenimiento de movimiento Este - Oeste (debido a
la asphericidad de la gravedad terrestre)
122
Tipos de orbitas 5
Controlo posición del satélite
Efectos gravitacionales del sol y la Luna, la
presión de la radiación del sol, el campo
magnético de la tierra y otras fuerzas causan
perturbaciones en la órbita de un satélite.
El Satélite debe contener combustible para
corregir estas perturbaciones y, portanto, la vida
de un satélite es determinada por la gestion del
combustible a bordo.
Aproximadamente 20 a 40% de la masa seca
se asigna al combustible, para mantener la
posición de la estación. Normalmente, una area
+/-0,05º norte-sur y oeste-este es mantenida
por el operador de satélites, siendo que la
mayoría de combustible utilizado, es para
correcciones N-S de la estación..
123
Posiciones orbitales & interferencias de radio
 El espacio es ahora dada como un recurso infinito.
Sin embargo el "arco" de la zona en que operan los
satélites - llamado la "órbita de Clark-" es un recurso
finito, con un número de posiciones orbitales
geoestacionarias limitado, haciendo que cada vez
más sea imprescindible disponer de un marco
regulador para los segmentos de gestión orbital.
 Algunas precauciones deben ser seguidas:
 No interferir con servicio de terceros
 Salvaguardia de aumento en capacidad
124
Posiciones orbitales & interferencias de radio
La UIT regula la porción
de las órbitas de geoarc.
Hay 360º y como se
impone una separación
de 2 º sin interferencias
entre
satélites,
se
quedan 180 ventanas
para ser ocupados. Cada
una puede tener 2 o más
satélites
trabajando
simultáneamente,
en
frecuencias diferentes.
125
Posiciones orbitales & interferencias de radio
La UIT regula la porción
de las órbitas de geoarc.
Hay 360º y como se
impone una separación
de 2 º sin interferencias
entre
satélites,
se
quedan 180 ventanas
para ser ocupados. Cada
una puede tener 2 o más
satélites
trabajando
simultáneamente,
en
frecuencias diferentes.
126
Posiciones orbitales & interferencias de radio
Evitar errores de apuntamiento, evita interferencias
entre satélites que trabajan en la misma frecuencia
127
Posiciones orbitales & interferencias de radio
ventana orbital 1
 Creado en 1959 en la ONU, "COPUOS - Committee on the
Peaceful Uses of Outer Space" (64 miembros en la actualidad), ha
desarrollado diversas regulaciones internacionales sobre la
explotación del espacio, a saber:
 Espacio interestelar
 Basura en el espacio
 Promoción de la cooperación internacional
 Fuentes de energía nuclear
 Comunicaciones, concretamente estos




Acuerdo sobre la Intelsat (1971)
Responsabilidad por los daños causados por organismos espaciales (1972)
Convenio de registro de órganos lanzadas al espacio (1975)
Convenio sobre Inmarsat ( 1979)
128
Posiciones orbitales & interferencias de radio
ventana orbital 2
 Con el creciente número de países interesados en lanzar sus
propios satélites es necesario la disciplina de su ocupación y
constituyó la “ITU - Internacional Telecommunications Union”
(17 de mayo de 1865), con más de 189 Estados miembros en
la actualidad y más de 500 organizaciones públicas y
privadas, centrados en:
 ITU – T, regula las telecomunicaciones ( ex - CCITT)
 ITU - R, regula las radiocomunicaciones y asigna
las frecuencias (ex - CCIR)
 ITU – D, asistencia en los países en desarrollo técnico
129