Capítulo 5: Uplink, Downlink y rendimiento general de un enlace satelital

7/26/2019 Capítulo 5: Uplink, Downlink y rendimiento general de un enlace satelital

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Capítulo 5: Enlace Ascendente, Enlace Descendentey rendimiento general del enlace; Enlaces entreSatélites.Los tipos de enlaces considerados son los uplink estaci!n terrena"satélite#,do$nlink satélite"estaci!n terrestre# y enlaces entre satélites. Los enlacesascendentes y descendentes consisten en portadoras de radio%recuenciamoduladas, con una se&al en 'anda 'ase (ue contiene la in%ormaci!n atransmitir, mientras (ue los enlaces entre satélites pueden ser porradio%recuencia o !pticos. )na medida de rendimiento de un enlace est*dada por el S+ y este de'e cu'rir con ciertas condiciones de calidad deser-icio oS#.

5./ Con0guraci!n de un enlace

Los elementos participantes en un enlace consisten en: un transmisor T x

conectador por un alimentador a una antena con ganancia GT (ue apunta

1acia el receptor. El rendimiento del transmisor es medido por el EIRP= PT GT e2ecti-e isotropic radiated po$er#. De esta manera el canal

su%re perdidas de'ido al camino L. El receptor est* compuesto por una

antena receptora con ganancia G R (ue est* conectada, por medio de un

alimentador, al receptor R x .

La potencia de la portadora en el receptor est* dada por C y todas las%uentes de ruido contri'uyen a la temperatura del ruido del sistema dado

por T . El S+ puede ser calculado como la ra3!n entre la potencia

reci'ida para densidad de potencia de ruido espectral del sistema N 0 . El

rendimiento del e(uipo receptor est* dado porG

T , donde G

representa la ganancia general del e(uipo receptor.

5.4 ar*metros de la Antena5.4./ 6ananciaLa ganancia de una antena es la ra3!n entre la potencia radiada, por unidadde *ngulo s!lido, por la antena en una direcci!n dada para la potenciaradiada, por unidad de *ngulo s!lido, por una antena isotr!pica alimentadacon la misma potencia. La ganancia es m*7ima en la direcci!n de m*7imaradiaci!n y est* dada por:

Gmax=

(

4 π

λ2

) A eff



Donde

λ=C

f Siendo c la -elocidad de la lu3 y % la %recuencia de la onda

electromagnética.

Aeff Es el *rea de apertura e%ecti-a de la antena.

ara una antena con apertura circular o re8ectores de di*metro D y

super0cie geométrica A=π D

2

4 , A eff =ηA donde η es la e0ciencia de

la antena la ecuaci!n anterior nos (ueda como:

Gmax=η( πDf

c )2

Si esta la e7presamos en dBi ganancia relati-a a una antena isotr!pica#:

Gmax=10log (η( πDf

c )2

)=20log (η πDf

c )

La e0ciencia η de una antena es el producto de -arios %actores entre los

cuales est*n la ley de iluminaci!n, perdida por derrame, impedimentos desuper0cie, perdidas por desacoplamiento de impedancias, entre otros

η=ηi∗ηs∗η f ∗η z …

La eficiencia de iluminacion ηi descri'e la ley de iluminaci!n de un re8ector

con respecto a una iluminaci!n uni%orme y se 'usca atenuar la iluminaci!n

en los 'ordes del re8ector. La eficiencia por derrameηs se de0ne como la

ra3!n de energía radiada por la %uente primaria interceptada por el re8ectopara la energía total radiada por la %uente primaria y se 'usca tener una

e0ciencia del 80 . La eficienciade acaadodela superficie toma en cuenta

el e%ecto de las aspere3as de la super0cie en la ganancia de la antena, en lapr*ctica se 'usca e(uili'rar la e%ecti-idad y el costo de %a'ricaci!n. Lasotras perdidas, incluidas las perdidas por desacople de impedancias, son

menos importantes. En total la e0ciencia general -aría entre el 55 y el

75 .

5.4.4 atr!n de adiaci!n y anc1o de 9a3 angularEl patr!n de radiaci!n indica la -ariaci!n de la ganancia con la direcci!n. Ell!'ulo principal la direcci!n en la (ue se da la m*7ima radiaci!n. Se 'usca(ue los l!'ulos laterales se encuentren 'ao un mínimo. El anc1o de 1a3

angular est* de0nido por las direcciones donde desciende una gananciadada con respecto a un -alor m*7imo.



Figura 1 Patrón de Radiación: (a) Representación Polar y (b) Representación Cartesiana

El anc1o de 1a3 de d< corresponde al *ngulo entre las direcciones donde la

ganancia cae a la mitad de su -alor m*7imo y est* relacionado a la ra3!n λ

D .

!3dB=70 ( λ / D ) [Grados ]

En la direcci!n de ! el -alor de ganancia est* dado por:

G (! )dBi=Gmax"dBi−12

(

!

!3dB

)

2

[dBi]

Se puede com'inar las ecuaciones anteriores y o'tener una e7presi!n parala ganancia m*7ima (ue no dependa de la %recuencia:

Gmax=η( πDf

c )2

=η( π 70

!3dB

)2

5.4. olari3aci!nLa onda electromagnética radiada por la antena consiste en componentesde campo eléctrico y magnético, perpendiculares a la direcci!n depropagaci!n de la onda. Estos componentes -arían en %recuencia y la

polari3aci!n est* de0nida por la direcci!n del campo eléctrico E #. En

general de'ido a (ue la direcci!n de E no es 0a durante un periodo, la

proyecci!n con respecto al plano perpendicular a la direcci!n depropagaci!n descri'e una elipse y se dice (ue la polari3aci!n es elíptica.



Figura 2 Caracterización de la Polarización.

La polari3aci!n se puede caracteri3ar por los siguientes par*metros:dirección de rotación con respecto a la direcci!n de propagaci!n. El Axial ratio (AR) es la ra3!n entre los ees mayor y menor de la elipse, seg=n las-ariaciones de A la polari3aci!n puede ser linear o circular. La inclinación

#

de la elipse con respecto a un ee 1ori3ontal.

5. otencia adiada5../ otencia radiada isotr!pica e%ecti-a E>#Es la potencia radiada por unidad de *ngulo solido radiada por una antena

isotr!pica alimentada por una %uente de radio %recuencia de potencia PT ,

en una direcci!n de transmisi!n donde el -alor de ganancia es GT ,

entonces el -alor por unidad de *ngulo solido est* dado por:

GT PT

4 π [ $ / s%eradian]

El producto de GT PT es a lo (ue se llama E> y se e7presa en $ .

5..4 Densidad de 8uo de otencia

Es la potencia (ue reci'e una super0cie de *rea A situada a una

distancia R .

P R=( P

T

GT

4 π )( A R

2

)=& A [ $ ]

La magnitud de & es llamada la densidad de 8uo de potencia.

Figura !ensidad de "u#o de Potencia



5.? otencia de Se&al eci'ida5.?./ otencia capturada por la antena receptora y perdida en elespacio li'reComo se o'ser-a en la siguiente 0gura la potencia en la antena receptoraest* dada por:

P R=& A R eff =( PT GT

4 π R2 ) A Reff [$ ]

Figura $ Potencia recibida por la antena receptora.

El *rea e%ecti-a de la antena receptora se puede representar en %unci!n de

la ganancia G R seg=n:

A Reff =G R λ

2

(4π )2 [m2 ]

Entonces sustituyendo en la e7presi!n de la potencia o'tenemos:

P R=( P T G T

4π R2 )( λ

4 π )2

G R [ $ ]

Donde el termino la perdida en el espacio li're, entre dos antenas

isotr!picas, corresponde a ' ()=( 4 πR

λ )2

.

5.?.4 erdidas adicionales%.$.2.1 Atenuación en la At&os'era

La atenuaci!n en la atmos%era ( ' A ) es de'ido a la presencia de

componentes gaseosos en la tropos%era, agua y la ionos%era. Est* perdida semultiplica a la pérdida del espacio li're.

Figura % Prdidas en los euipos ter&inales.



%.$.2.2 Perdidas en el euipo trans&isor y receptor La potencia radiada est* dada por:

PT = PT*

' (T*

Entonces la e7presi!n para el E> es:

EIRP= PT* GT

' (T*

[$ ]

La potencia en el e(uipo receptor se calcula con:

P R* = P R

' (R*

%.$.2. Prdidas de Apunta&ientoEsta pérdida se presenta cuando las antenas no se encuentran 'ienalineadas y su -alor depender* del *ngulo de desalineaci!n en el transmisor

!T y en el receptor ! R .

Figura * +eo&etr,a del -nlace

'T =12( !T

!3dB )2

[ dB ]

' R=12( ! R

!3dB )2

[dB ]

%.$.2.$ Perdidas debido a la polarización

Se de'e considerar tam'ién las perdidas de'ido al desacople de

polari3aci!n ( ' pol) cuando la antena receptora no est* alineada a la

polari3aci!n de la onda incidente. Se puede dar tam'ién un cam'io depolari3aci!n de'ido a la atmos%era. Considerando todas las pérdidas lapotencia en el receptor se calcula mediante:

P Rx=( PTx GTmax

'T ' (Tx)( 1

' () ' A )( G Rmax

' R ' (Rx ' pol) [ $ ]



5.5 Densidad espectral de potencia de ruido a la entrada delreceptor5.5./ @rigen del uidoEl ruido consiste en todas las contri'uciones de potencia (ue se a&aden a lapotencia de la portadora y reducen la capacidad del receptor para recuperarla in%ormaci!n. El ruido se de'e a %uentes naturales a lo largo del enlace y elruido generado en los componentes receptores.

5.5.4 Caracteri3aci!n del uidoEl ruido da&ino es a(uel (ue se produce en el anc1o de 'anda < ya (ue a(uí se encuentra la in%ormaci!n a transmitir. )no de los m*s populares es el

ruido 'lanco cuya densidad espectral de potencia, N o($ / +z) , es

constante en 'anda de %recuencia in-olucrada. Entonces la potencia delruido capturada por el receptor es

N = N 0 B N ($ )

%.%.2.1 e&peratura de Ruido de una 'uente de ruidoLa temperatura de ruido de una %uente de dos puertos (ue entrega una

densidad espectral de ruido N 0 esta dado por:

T = N

0

, (- . )

Siendo k la constante de <olt3mann.

%.%.2.2 e&peratura de Ruido de entrada e'ecti/aLa 0gura de ruido es la ra3!n de toda la potencia de ruido disponi'le a lasalida del elemento para la potencia generada por una %uente a la entrada

del mismo a una temperatura de re%erencia de T 0=290 . . Asumiendo (ue

el elemento tiene una ganancia 6 y un anc1o de 'anda < la 0gura de ruidoest* dada por:

( =[G, (T e+T 0 ) B ]

[G, T 0 B ] =

T e+T 0

T 0=1+

T e

T 0

%.%.2. e&peratura de Ruido de entrada en un atenuador )n atenuador es un elemento de ? puertos %ormado =nicamente de

elementos pasi-os a una temperatura T ATT . Si ' ATT es la atenuaci!n

causada por el atenuador, la temperatura de ruido est* dada por:

T eATT =( ' ATT −1 ) T ATT

%.%.2.$ e&peratura de Ruido de entrada de ele&entos en cascadaSi se considera una cadena de + elementos de ? puertos en cascada, cada

elemento teniendo una ganancia G / y una temperatura de ruido de



entrada e%ecti-a T e/ , la temperatura de ruido de entrada e%ecti-a general

es:

T e=T e 1+

T e2

G1

+ T e 3

G1 G2

+…+ T ¿

G1G2… G N −1

la temperatura de ruido o'tenida es

( = ( 1+ ( 2−1

G1

+ ( 3−1

G1G2

+…+ ( ( N −1 )

G1G2…G N −1

%.%.2.% e&peratura de Ruido de entrada e'ecti/a de un receptor

Figura 0 rganización de un receptor

La 0gura muestra como est* compuesto un receptor y su temperatura deruido puede ser calculada mediante:

T eRx=T 'NA+ T 0*

G 'NA

+ T I(

G 'NA G 0*

5.5. Bemperatura de uido en una Antena)na antena puede recoger ruido radiado por cuerpos dentro del patr!n deradiaci!n de la antena y el ruido saliente de la antena es en %unci!n de ladirecci!n en la (ue se apunta la antena. Se consideran dos casos: antenassatelitales uplink# y la antena de 'ases terrestres do$nlink#.

%.%..1 e&peratura de ruido de una antena satelitalEl ruido capturado por este tipo de antena es de'ido a la Bierra y al espacioe7terior. ara satélites geoestacionarios la temperatura de ruido depender*

de la %recuencia y la posici!n or'ital del satélite. ara satélites con anc1o de1a3 m*s pe(ue&os el ruido depender* de la %racci!n de *rea de co'ertura yla %recuencia.

%.%..1 e&peratura de ruido de una antena errestreEl ruido capturado por estas antenas pro-iene del cielo y el radiado por la

Bierra. Se tiene dos casos para este tipo de antenas: condiciones de cielodespeado y condiciones de llu-ia.

5.5.././ Condiciones de cielo despeadoA %recuencias mayores a 4 693 el mayor aporte de ruido es de'ido a lasregiones no ioni3adas de la atmos%era, en ausencia de condicionesmeteorol!gicas la contri'uci!n de ruido es solo de'ido a la a'sorci!n delcielo y del terreno circundante.



Figura Condiciones de cielo despe#ado.

Estas pérdidas depender*n tam'ién de -arios par*metros en cuanto a laantena y al terreno. La siguiente gra0ca muestra -alores típicos detemperatura de ruido para di%erentes condiciones.

Figura 3 e&peratura en 'unción del 4ngulo de ele/ación y di'erentes cur/as.

5.5.././ Condiciones de Llu-iaLa temperatura de ruido aumenta en la presencia de %en!menosmeteorol!gicos como las nu'es o la llu-ia y la temperatura de ruido secon-ierte en:

T A= T ).1

A RAIN

+T m(1− 1

A RAIN )+T GR23ND

Donde A RAIN es la atenuaci!n de la llu-ia y T m es la temperatura

termodin*mica de las %ormaciones en cuesti!n.

5.5.? Bemperatura de uido del SistemaCon un sistema como la siguiente 0gura se puede calcular la temperaturade ruido mediante:

T = T A

' (Rx

+T ( (1− 1

' (Rx )+T eRx



Figura 15 6iste&a Receptor.

5. endimiento del enlace indi-idualEl rendimiento del enlace se e-al=a como ra3!n entre la potencia reci'ida y

la densidad espectral de potencia del ruido N 0 .

%.*.1 Potencia de la portadora para la densidad espectral de potencia deruido a la entrada del receptor.

En el receptor la potencia reci'ida es P Rx entonces el rendimiento est*

dado por:

C

N 0=

EIRP

' pa%4

∗G Rmax

T ∗1

,

%.*.2 Rendi&iento de enlace de subida con cielo despe#adoEn condiciones de cielo a'ierto se tienes una geometría de enlace comoindica la 0gura, se asume (ue la estaci!n terrestre se encuentra en el 'ordede la co'ertura de la antena satelital receptora.

Figura 11 +eo&etr,a del -nlace de subida.

%.*. Rendi&iento de enlace de ba#ada con cielo despe#adoAsumiendo condiciones similares al punto anterior se tiene (ue elrendimiento est* dado por:



Figura 12 +eo&etr,a del enlace de ba#ada.

5. >n8uencia de la Atmos%eraEn am'os tipos de enlace la se&al portadora atra-iesa la atmos%era. ara las%recuencias con las (ue se utili3an estos enlaces solo dos regiones de laatmos%era tienen in8uencia en el enlace: la tropos%era y la ionos%era. Lose%ectos predominantes son a(uellos causados por la a'sorci!n ydespolari3aci!n de'ido a la llu-ia y nie-e.

5../ >mpedimentos causados por la llu-iaLa intensidad de las precipitaciones es medida mediante la ra3!n de caídade llu-ia e7presada en mm1. Las precipitaciones temporales soncaracteri3adas mediante distri'uciones pro'a'ilísticas.

El -alor de atenuaci!n pro-ocado por la llu-ia depende de la atenuaci!n

especi0ca 5 R y la longitud e%ecti-a de camino 'e est* dado por

A RAIN =5 R 'e

El -alor de la atenuaci!n especí0ca depende de la %recuencia y la intensidadde llu-ia . Seg=n el modelo de la >B) la atenuaci!n especí0ca se calculamediante:

5 R=, ( R0.01 )6

Donde R0.01 es la intensidad de llu-ia para el F.F/ G de pro'a'ilidad y

, =[, + +, 7 + (, + −, 7 )cos2 E cos2 # ]/2

6 =[, + 6 + +, 7 6 7 +( , + 6 + −, 7 6 7 )cos2

E cos2 # ]/2,

Siendo E el *ngulo de ele-aci!n y # el *ngulo de inclinaci!n de

polari3aci!n con respecto a la 1ori3ontal. Los -alores de , + "6 + se pueden

o'tener de manera %*cil re-isando ta'las de la >B) (ue depender*n de la%recuencia del enlace.

@tro e%ecto (ue pude pro-ocar la llu-ia es la despolari3aci!n de la portadora

al pro-ocar cam'ios de %ase en las componentes eléctrica yelectromagnética de la se&al.



5..4 @tros impedimentosE7iste atenuaci!n de'ido a gases atmos%éricos y esta depender* del -alorde %recuencia, anglo de ele-aci!n, altura de la estaci!n 'ase yconcentraci!n de -apor de agua. Esta atenuaci!n puede ser despreciada a%recuencias menores a /F 693 y no e7cede un -alor de d< 1asta 44693.

E7isten otros tipos de %en!menos como atenuaci!n por tormentas de arena,rotaci!n de Haraday, entre otros y pueden se despreciados.

5.I Jitigaci!n de los impedimentos atmos%éricos5.I./ Jitigaci!n de la despolari3aci!nEsto se consigue corrigiendo la polari3aci!n de la antena transmisora, paraenlaces de su'ida, anticipando la despolari3aci!n (ue suceder* en elcamino. ara enlaces de 'aada se acopla la antena a la polari3aci!n de laonda reci'ida.

5.I.4 Jitigaci!n de la atenuaci!nA(uí lo (ue se 'usca es aumentar el -alor del E> en caso de e7istiratenuaciones grandes y así poder alcan3ar el maen (ue se tiene en elreceptor. ero se de'e tener en cuenta de (ue no se de'e tampocoaumentar la potencia en gran cantidad y por ello se de'e 'uscar otrassoluciones.

5.I. Di-ersidad de Locali3aci!nDe'ido a (ue e7isten ciertas regiones geogr*0cas (ue pro-ocan una mayoratenuaci!n, se de'e 'uscar un sitio en el (ue estos %en!menos no sean tannota'les y se pueda usar un -alor de E> no tan alto.

5.I.? Adapta'ilidadLa adapta'ilidad implica la capacidad del sistema para -ariar ciertos

par*metros con el 0n de mantener la ra3!nC

N 0 . Esto se puede lograr

asignando recursos adicionales como tiempo de transmisi!n, cam'ios de%recuencia, mayor potencia. Bam'ién se puede lograr mediante la reducci!nde capacidad del sistema.

5.K endimiento de enlace general con satélites transparentesSe anali3a el rendimiento de conunto de un enlace de su'ida y de 'aada a

tra-és de satélites transparentes. Los satélites transparentes son a(uellos(ue solo retransmiten la se&al (ue reci'en sin 1a'er demodulado la se&al.

5.K./ Características del canal SatelitalDe'ido a las limitaciones de tecnología el anc1o de 'anda es di-idido en su''andas en donde cada portadora es ampli0cada por un ampli0cador depotencia dedicado y esta cadena de ampli0caci!n es a lo (ue se le llamacanal satelital.



Figura 1 -nlace estacion7estacion general.

5.K.4 E7presi!n para C+F#

%.3.2.1 -xpresión sin inter'erencia de otros siste&asara esta'lecer un enlace entre dos estaciones terrestres locali3ados al

centro del *rea de co'ertura de la antena. Se considera a C D la potencia

de entrada en la antena de la estaci!n terrestre y el ruido en el receptorcorresponde al ruido considerando el sistema en aislamiento y al ruidode'ido al enlace de su'ido retransmitido por el satélite.

( C

N 0 )T

−1

=( C

N 0 )3

−1

+( C

N 0 ) D−1

( C N 0 )3

−1

= IB2( C N 0 )3 sa%uracion

−1

( C

N 0 ) D−1

=2B2( C

N 0 ) Dsa%uracion

−1

Donde ><@ y @<@ son el input y output 'ack o2 del satélite.

%.3.2.1 -xpresión sin inter'erencia de otros siste&as)n enlace puede su%rir inter%erencia por otros satélites o por una 'ase

terrestre operando a la misma %recuencia de'ido a (ue muc1as de las'andas de %recuencias dedicadas a este tipo de telecomunicaciones soncompartidas y de'en ser reguladas. La e7presi!n (ue entonces (uedacomo:

( C

N 0 )T

−1

=( C

N 0 )3

−1

+( C

N 0 ) D−1

+( C

N 0 ) I

−1

Donde el =ltimo termino representa la contri'uci!n del ruido de'ido a lainter%erencia. Bam'ién se puede deducir una e7presi!n para cuando e7iste

intermodulaci!n pero (ue al 0nal tam'ién es un ruido aditi-o.



( C

N 0 )T

−1

=( C

N 0 )3

−1

+( C

N 0 ) D−1

+( C

N 0 ) I

−1

+( C

N 0 ) I 8 08

−1

5.K. endimiento 6eneralara calcular el rendimiento general del enlace se toma en cuenta lascondiciones del camino y tanto el enlace de su'ida como el de 'aada. Sede'e tener en cuenta de (ue las %recuencias pueden ser di%erentes en elenlace de su'ida y el de 'aada y por ello 1a'r* un pat1 loss di%erente encada caso. Al 0nal para medir el rendimiento se calcula

( C

N 0 )T

−1

=( C

N 0 )3

−1

+( C

N 0 ) D−1

5./F endimiento de enlace general con satélites regenerati-osLa di%erencia con el caso anterior es (ue en el satélite regenerador sereali3a un proceso de demodulaci!n de la se&al de entrada y con esta se&alo'tenida modular una nue-a portadora para el enlace de 'aada.

Figura 1$ !iagra&a de un satlite transparente y un regenerati/o.

5./F./ Canal satelital lineal sin inter%erencia%.15.1.1 -nlace con repetidor regenerati/oEl rendimiento del enlace en términos de la pro'a'ilidad de error de 'it<E# est* dado por la pro'a'ilidad de tener un error en el uplink y noerrores en el do$nlink o la pro'a'ilidad de no tener errores en el uplink y unerror en el do$nlink.



Figura 1% -nlace de un repetir regenerador.

BEP=BE P3 (1−BE P D )+BE P D (1−BE P3 )

BEP=BE P3 +BE P D

%.15.1.2 Co&paración con 8-P constante

La pro'a'ilidad de error de 'it est* dado por:

Figura 1* Rendi&iento de 9plin; !o<nlin y rendi&iento general.

• ara satélites transparentes el -alor de ( E/ N 0 ) es determinado por

el <E especí0co para el enlace. Se re(uiere los -alores com'inados

de ( E/ N 0 ) para el uplink y do$nlink y se representan con la cur-a A

de la 0gura / para modulaci!n S y demodulaci!n co1erente.

• ara satélites regenerati-os al com'inar BE P3 9 B E P D se o'tiene la

condici!n general de <E y al deducir los -alores de ( E/ N 0 ) para el

uplink y do$nlink se o'tienen las cur-as < y C.



5./F.4 Canal satelital no lineal sin inter%erenciaEste se apro7ima m*s a un sistema real de'ido a (ue un canal no es linealy adem*s es limitado en 'anda; esta com'inaci!n de no linealidades y0ltrado introduce degradaci!n del rendimiento en el modulador (ueincrementa seg=n los sistemas en cascada. La siguiente 0gura muestra

resultados de simulaciones para el caso en (ue el S+ del enlace su'idasea /4d< mayor al enlace de 'aada.

Figura 10 Rendi&iento general con satelite regenerati/o.

5./F. Canal satelital no lineal con inter%erencia

El -alor de (C / N 0 ) en estos sistemas depender* del mismo -alor para un

sistema sin inter%erencia. Entonces con la siguiente e7presi!n se calcula

( E

N 0 )T

−1

y la siguiente 0gura muestra cur-as de rendimiento para estos

sistemas.

( E

N 0 )T

−1

=( E

N 0 )T sin in%erferencia

−1

+( E

N 0 ) I

−1



Figura 1 =i/el de inter'erencia.

5.// endimiento del enlace con antenas de co'erturaJulti'eam -s Jono'eamSe puede notar de'ido a las secciones anteriores (ue el rendimiento delenlace depende de entro otros de la ganancia de las antenas y (ue est*limitada por su anc1o de 1a3 sin importar a la %recuencia a la (ue est*operando. Antenas con un solo 1a3 de co'ertura pueden pro-eer co'erturaa toda la regi!n de la Bierra (ue es -isi'le desde el satélite y entoncespermitir enlaces de larga distancia y en este caso la ganancia es limitadapor el anc1F de 1a3 de la antena; pero tam'ién puede 1a'er satélites (ue'rindan co'ertura a una secci!n de la *rea -isi'le de'ido a 1aces angostosaumentado su ganancia pero reduciendo la longitud de enlaces en las 'asesterrestres.

Las antenas multi1aces permiten tener co'erturas grandes al usar -arios1aces angostos (ue tendr*n mayor ganancia seg=n mas angosto sea el 1a3.



5.//./ Mentaas de co'ertura multi1a3

Figura 13 Cobertura +lobal y cobertura con >aces angostos.

• Los satélites multi'eam permiten un maneo adecuado del tama&o delos segmentos terrestres y por ello una reducci!n de costo. Bam'iénde'ido a la reducci!n de E> de la estaci!n terrestre implica unareducci!n en el tama&o de la antena. Bam'ién se pude aumentar el

-alor de C / N 0 aumentando la capacidad del sistema.

• Con estas antenas se puedes 1acer aplicar el re=so de %recuencia(ue consiste en usar la misma %recuencia en un di%erente 1a3 y asíaumentar la capacidad del sistema. Se de'e tener cuidado alaumentar la cantidad de %recuencias reusadas ya (ue de no 1a'er laseparaci!n %ísica su0ciente entre cada 1a3 podría darse inter%erenciaco canal.

Figura 25 Re?so de 'recuencias en siste&as &ultibea&.

5.//.4 Des-entaas de co'ertura multi1a3• La inter%erencia entre 1aces o inter%erencia co"canal consiste en (ue

dos se&ales usen la misma portadora en dos di%erentes 1acescausando ruido en el receptor ya (ue las se&ales se solapan.

• La intercone7i!n entre dos *reas de co'ertura implican (ue elsistema sea compleo ya (ue el satélite de'e ser capa3 deinterconectar cada *rea con las dem*s. Esta compleidad, de'ido almaneo de las intercone7iones, se agrega a la compleidad implícitaen un sistema multi'eam.



5./4 endimiento entre enlaces entre satélites.Estos enlaces pueden ser enlaces entre satélites 6E@ a LE@, 6E@ a 6E@ yLE@ a LE@. E7isten tam'ién satélites en otras or'itas pero se generali3a soloconsiderando los sistemas nom'rados anteriormente.

5./4./ <andas de HrecuenciaLa siguiente 0gura muestra las 'andas de %recuencia determinadas por lasregulaciones de las telecomunicaciones. Estas %recuencias corresponden agrandes a'sorciones por la atmos%era y %ueron seleccionadas para e-itar lainter%erencia con los enlaces entre satélites y estaciones terrestres.

Figura 21 8andas de Frecuencias par enlaces entre satlites.

5./4.4 Enlaces de adio%recuenciaSe pueden aplicar las ecuaciones de las secciones 5./ y 5.. Las pérdidaspor propagaci!n se reducen a pérdidas del espacio li're. El error deapuntamiento de la antena puedes ser mantenido alrededor de un décimodel 1a3 de la antena y pro-oca un error de apuntamiento de F.5 d<. Latemperatura de la antena en enlaces 6E@"6E@ se mantiene alrededor de/F y para aplicaciones pr*cticas las dimensiones -arían de / a 4 metros.Estos enlaces nos son complicados de esta'leces tomando en cuenta estascondiciones.

5./4. Enlaces Npticosara esta'leces un enlace se de'e tener en cuenta de (ue se tienepe(ue&os di*metros del telescopio y esto implica (ue los pro'lemas porcongesti!n o por 'lo(ueo de apertura no son tan notorios. Bam'ién se de'etener en cuenta de (ue de'ido a los 1aces muy angostos se de'e tener un

sistema muc1o m*s a-an3ado para el apuntamiento ya (ue se necesita m*sprecisi!n en este proceso.

E7isten '*sicamente %ases en las comunicaciones !pticas: la primeraconsiste en la ad(uisici!n donde el 1a3 de'e ser lo m*s anc1o posi'le y sere(uiere un l*ser transmisor de alta potencia. La siguiente %ase se dadespués de (ue se reci'i! la se&al y consiste en el seguimiento donde sereduce el 1a3 a su anc1o normal y mediante el dispositi-o apuntador se'usca mantener la línea de -ista ya (ue am'os satélites se encuentran enmo-imiento y el *ngulo de ele-aci!n de'e mantenerse. )na -e3 terminadoslos procesos anteriores se produce el intercam'io de in%ormaci!n entre los

satélites.



El l*ser usado determinara la potencia transmitida. uede e7istir unamodulaci!n interna o e7terna. La modulaci!n interna implica la modi0caci!nde la operaci!n del l*ser, mientras (ue la e7terna se da cuando se modi0cael 1a3 de lu3 (ue se emiti!.

Las pérdidas en la transmisi!n como se mencion! se reducen solo a lasperdidas en el espacio li're.

'=( λ

4 πR )2

La ganancia de la antena receptora depender de D R (ue es el di*metro

de la antena y de λ .

G R=

( π D R

λ

)

2

El receptor puede ser de detecci!n directa o detecci!n co1erente. Condetecci!n directa los %otones son con-ertidos a electrones, luego pasan aser ampli0cados e ingresados en un Jatc1ed 0lter. Con la detecci!nco1erente se mescla la se&al reci'ida con un l*ser local y luego secon-ierte a corriente mediante un %oto detector para después serampli0cado. La se&al =til se o'tiene mediante demodulaci!n co1erente odetecci!n de en-ol-ente.

Figura 22 !etección directa y detección co>erente.

5./ Eemplo practicoSe re(uiere esta'leces un enlace satelital entre dos estaciones terrestreslocali3adas al centro de la 3ona de co'ertura del satélite. La %recuencia deluplink es de /? 693, la %recuencia de do$nlink es de /4 693 con un pat1

loss de ' D=206dB 8

ara el satélite SL



&)'=−90dB$ /m2

G Rmax=30dBi

(GT ))'

=3.4dB . −1

2B2 ( dB )= IB2 (dB )+6−6exp ( IB2 (dB )/6 )

EIRP)'=50dB$

GTmax=40dBi

Se consideran las siguientes pérdidas

erdidas por alimentador en la recepci!n y transmisi!n: ' (Rx= ' (Tx=0dB

erdidas por polari3aci!n: ' P2'=0dBi

érdidas de apuntamiento: ' R= 'T =0dB

Higura de mérito de la estaci!n terrestre ( G

T ) E)

=25dB . −1

Calculando primero la ganancia del satélite en saturaci!n se tiene

(G)R ))a% =( Po

1 )sa%

(C 3 )sa%

( Po

1 )sa% = EIR P)'∗ 'T ∗ ' (Tx∗1

GTmax

=50−40=10dB$ =10$

(C 3 )sa% =

&)'∗G Rmax

' (Rx∗ ' R∗ ' P2'∗(4 π / λu2)

(C 3 )sa% =−90+30−44.4=−104.4dB$

(C 3 )sa% =36 p$

(G)R ))a% =114.4dB$

Calculando C / N 0 para medir el rendimiento



( C

N 0 )T sa%

−1

=( C

N 0 )3 sa%

−1

+( C

N 0 ) D sa%

−1

( C N 0 )3 sa%

= (C 3 )sa%

, T 3

=

( C 3 )sa% ∗

(

G

T

))'

( , ∗G Rmax

' R∗ ' (Rx∗ ' P2')

( C

N 0 )3 sa%

=−104.4+3.4−(−228.6 )−30=97.6dB+z

( C

N 0 ) D sa%

= EIR P)'∗(

G

T

) E)

' D∗,

( C

N 0 ) D=50−205+25− (−228.6 )=97.6dB+z

(

C

N 0

) D

=94.6dB+z

A1ora calculando los -alores de input y output 'ack o2 para alcan3ar un

( C

N 0 )T

=80dB+z

( C

N 0 )3

−1

+( C

N 0 ) D

−1

=10−8

+ z−1

Entonces

IB 2−1∗( C

N 0 )3 sa%

−1

+2B 2−1∗( C

N 0 ) D sa%

−1

=10−8

+ z−1

10− IB2 (dB )/10+10−2B2 (dB )/10=10

1.76

Beniendo (ue

2B2 ( dB )= IB2 (dB )+6−6exp ( IB2 (dB )/6 )



esol-iendo este sistema tenemos (ue

IB2=−16.4dB

2B2=−10.8dB

A1ora calculando el rendimiento del enlace de su'ida y de 'aada se tiene(ue

( C

N 0 )3

= IB2( C

N 0 )3 sa%

=75.3dB+z

( C

N 0 ) D=2B2( C

N 0 )3 sa%

=81.1dB+z

D*ndonos un rendimiento general de

( C

N 0 )T

=74.2dB+z

<i'liogra%ía

O/P

6. Jaral, J. <ous(uet y Q. Sun, SABELL>BE C@JJ)+>CAB>@+S SSBEJS,Riley, 4FFK.

Capítulo 5: Uplink, Downlink y rendimiento general de un enlace satelital

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