CARTILLA DE ESTUDIO COMUNICACIONES AVANZADAS ...

CARTILLA DE ESTUDIO

COMUNICACIONES AVANZADAS Características de las comunicaciones

Satelitales

Docente Johan Leandro Téllez Garzón

[email protected]

Programa de Ingeniería en Telecomunicaciones

2020

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• Es la parte de un sistema de comunicaciones por satélite que es constituida por las estaciones terrenas utilizadas para transmitir y recibir las señales de tráfico de todo tipo a los satélites

• Es también la interfaz con las redes terrestres

Segmento en tierra

Programa de Telecomunicaciones

Johan Leandro Téllez Garzón

Centro de control de red

• Monitoreo, telemetría y telemando

• O incluso sincronización y asignación de recursos por demanda

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Estación en tierra

Tienen un mismo equipo de comunicaciones que un satélite y generalmente actúan como estaciones de retrasmisión

• Antena Tx/Rx• con diámetros generalmente de 50 cm a 16 metros o incluso superiores

• Algunas tienen mayor robustez y usan equipos de seguimiento automático para apuntar constantemente al satélite.

• Otras antenas mas simples requieren apuntamiento manual

• Sistema de RX• Amplificador de bajo ruido

• Temperaturas de ruido bajas (30 K o menos)

• Sistema de TX• Con potencias de pocos watts a varios Kilo watts (depende el tipo de señal

y trafico)

• Modulación / Demodulación / Unidad de translación de frecuencia

• Unidades de procesamiento de señal

• Unidades de interfaz para la interconexión con redes terrestres o usuarios directamente.

Segmento en tierra



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• Al inicio los sistemas eran intercontinentales (grandes distancias)

• Reducción de costos gracias a los avances en:• la tecnología espacial

• facilidades de financiación operadores

• posibilidad de arrendar toda o parte de la capacidad de un satélite

• seguros de lanzamiento

• Todos estos factores han promovió el desarrollo de aplicaciones regionales e incluso nacionales. Permitiendo implementar redes satelitales en los países y desarrollo de nuevos servicios.

• Desde el punto de vista de cobertura, los sistemas FSS se pueden dividir en dos:

Tipos de sistemas



Sistemas de

cobertura Global

Sistemas de

cobertura Regional

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• Son diseñados para operar sobre todo el planeta

• Lleva trafico internacional pero alternativamente se usan para proporcionar acceso regional

• El principal operador es INTELSAT, pero hay muchos otros: Intersputnik

Tipos de sistemas



Sistemas de

cobertura Global

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• Proporcional comunicación internacional entre grupos de países vecinos

• Ejemplos de sistemas satelitales regionales son:• ARABSAT (Países Árabes)

• EUTELSAT (Unión Europea)

• TELEX-X (Suecia, Noruega y Finlandia)

• PALAPA (Naciones del sudeste asiático)

• HISPASAT-1 (España, Países Hispánicos)

• Un sistema de comunicación satelital es aquel que da acceso a un simple país, son populares porque son competitivos con respecto a los sistemas terrestres.

• En general, los sistemas satelitales son usados para proveer servicios de Telecomunicaciones en zonas grandes, con obstáculos naturales y donde no existe infraestructura adecuada.

Tipos de sistemas



Sistemas de

cobertura Regional

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Características básicas



Cobertura

Acceso Múltiple

Categorías de Acceso Múltiple

Distribución

Reúso de frecuencia y uso de ancho de banda

Retardo

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• Permiten la comunicación entre cualquier punto de la superficie de la Tierra, sin infraestructura intermedia y en condiciones que son independientes de la distancia geográfica entre estos puntos.

• Para un satélite en orbita geo, los puntos que se comunican deben no solo ser visibles por el satélite sino también estar dentro de las áreas geográficas cubiertas por los haces del satélite• Los haces de la antena satelital se pueden "moldear" para formar áreas de

cobertura específicas.

• La alta perdida del enlace satelital (35786 Km, 200 dB @6GHz) debe compensarse en las estaciones terrenas mediante:• Antenas de alta ganancia (diámetro grande, alto rendimiento, bajo ruido)

• Alta sensibilidad del RX (bajo ruido interno)

• TX de alta potencia




Cobertura

9Programa de Telecomunicaciones


Intelsat Coverage Maps

https://www.intelsat.com/global-

network/satellite-network/

https://www.intelsat.com/fleetmaps/

https://www.intelsat.com/global-network/satellite-network/

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• Los requisitos de la estación terrena dependen del transponder satelital

• Así, entre menor sea el área a servir por el satélite, mayor será la directividad de la antena satelital y mejor enfocada será la potencia sobre la estación terrena (esto disminuye los requerimientos y costos de la estación terrena)




Cobertura

es deseable, que el área de cobertura sea solo lo

suficientemente grande para la región que requiere el

servicio

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Cobertura P_tx = 2 watts

P_rx = 1 nW

P_rx = 20 nW

P_tx = 2 watts

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• Es la capacidad de varias estaciones terrenas de transmitir sus respectivas portadoras simultáneamente al mismo transpondedor satelital

• Esto habilita que cualquier estación terrena ubicada en el área de cobertura reciba portadoras originadas por varias estaciones terrenas a través de un solo transpondedor satelital.




Acceso Múltiple

frequency division multiple access

(FDMA)

and time division multiple access

(TDMA)

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Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA)

• Cada estación en tierra tiene una frecuencia (con un ancho de banda especifico) concreta para comunicarse con el satélite

• Cada estación en tierra debe recibir la portadora y extraer los canales específicos para su procesamiento banda base.

• Se asocia con frequency division multiplex (FDM).

• Algunas veces se combina también con time division multiplexing(TDM)

• INTELSAT utiliza este mecanismo.




Acceso Múltiple

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Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA)

• A cada estación se le asigna de forma sincronizada, un canal común pero con periodo de tiempo especifico para su comunicación.

• Se asocia con time division multiplexing (TDM)

• INTELSAT usa este tipo de técnica con varias redes operando a 120 Mbps, • la capacidad del segmento espacial se asigna sobre la base del uso

compartido de tiempo secuencial de la totalidad ancho de banda del transpondedor.

• EUTELSAT y TELECOM fueron diseñados con TDMA




Acceso Múltiple

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Acceso múltiple por división de código (CDMA)

• La señales transmitidas no discriminan entre asignación de frecuencia o tiempo, pero si lo hacen con relación al código de espectro ensanchado

• Todos transmiten al tiempo y en los mismos canales pero con un código pseudoaleatorio diferente.

• Se asocia con spread spectrum multiple access (SSMA)

• Acceso múltiple puede ser una combinación de FDMA and/or TDMA and/or CDMA y esto puede ser modificado por el procesamiento on-board del satellite.




Acceso Múltiple

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pre-assigned multiple access (PAMA)

• Los canales son permanentemente asignados a los usuarios

demand assigned multiple access (DAMA)

• Los canales son asignados a los usuarios solo cuando es necesario durante periodos específicos de tiempo.

• La mayoría de sistemas satelitales usan este mecanismo




Categorías de Acceso Múltiple

Estático

Dinamico

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• Cuando los enlaces son unidireccionales y más precisamente, cuando la señal de información es emitida por una estación terrena específica hacia estaciones que a menudo se asignan solo para recepción (generalmente numerosos y dispersos por el área de cobertura), la capacidad distribución (radiodifusión) del satélite es usada.




Distribución

TV

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• Un satélite constituye un retransmisor de alta capacidad de trafico

• Ejemplo, un satélite intelsat puede tener 50 transpondedores con potencias de 5 a 10 watts

• Los transpondedores comparten el ancho de banda total (500 MHz en 6/4 GHz y 14/11 GHz), así, cada uno puede tener de 40 a 80 MHz.

En la practica hay varias formas de reusar el ancho de banda disponible:

• Reúso de frecuencia por separación de haz

• Reúso de frecuencia por discriminación de polarización




Reúso de frecuencia y uso de ancho de banda

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Reúso de frecuencia por separación de haz

• las mismas bandas de frecuencia son transmitidas por las antenas del satélite usando diferentes transpondedores por medio de haces radiados de forma direccional y separados por espacio




Mismo canal

Direcciones diferentes

Transpondedores diferentes

A B

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Reúso de frecuencia por discriminación de polarización

• las mismas bandas de frecuencia son transmitidas por las antenas del satélite a través de diferentes transpondedores que utilizan dos polarizaciones ortogonales de la onda de radiofrecuencia diferentes




Mismo canal

Direcciones iguales

Transpondedores diferentes

Polarizaciones diferentes

A B

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• Ejemplo de Reúso de frecuencia




left-hand circular polarization (LHCP)

right-hand circular polarization (RHCP)

División del haz por apuntamiento

22Programa de Telecomunicaciones


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• Es una característica importante en un enlace satelital, la orbita geoestacionaria el tiempo de propagación alcanza los 275 ms.

• round-trip propagation time is approximately 550 ms

• ITU-T recommended limit for one-way delay is 400 ms

• Para llamadas telefónicas esto se vuelve relevante

• Algunos servicios no son afectados inclusive cuando se tiene comunicación de múltiples saltos satelitales, ejemplo, radiodifusión o algunos servicios de datos.




Retardo

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• Puede dar lugar a problemas e incluso incompatibilidades en la elección de métodos de señalización

• Se puede reducir considerablemente si se usan orbitas no GSO, específicamente orbitas bajas (LEO)

• Ejemplo, un retardo de 10 ms se consigue entre dos estaciones en tierra con un satélite a 1000 Km




Retardo

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