Universidad de la Sierra

Cálculo del enlace satelital

Para que el sistema satelital funcione correctamente requiere de un análisis previo que proporcione el presupuesto (gasto de potencial teórico del enlace entre dos estaciones terrestres a través del satélite). El calculo del enlace satelital es el procedimiento matemático que nos permite evaluar la calidad de la señal existente en un canal de comunicación vía satélite considerando los niveles de potencia de todo el sistema, las consideraciones físicas relacionadas con el viaje de la señal.

Para ello se divide en:a)    enlace ascendenteb)    enlace descendentec)    evaluación del enlace

Introducción

De enlace ascendente es la trayectoria de la señal desde una estación terrestre a un satélite.

Lo contrario de enlace ascendente es descendente. De bajada es la trayectoria de la señal desde el satélite hacia la tierra.

Las frecuencias de enlace ascendente Banda del satélite y su Frecuencia de

enlace ascendente: Banda C 5,925 a 6,425 GHz, Banda Ku 14 - 14,5 GHz, Banda Ka 27,5 - 31 GHz.

Enlace ascendente

Transpondedor

Es la señal de bajada o la ruta de señal de un satélite a la tierra.

Lo contrario de la de bajada es el enlace ascendente. El enlace ascendente es la trayectoria de la señal desde una estación terrestre hacia el satélite.

Las frecuencias de bajada Banda del satélite y su Frecuencia de

Downlink(Bajada) Banda C 3,7 a 4,2 GHz, Banda Ku 11,7 - 12,7 GHz, Banda Ka 18,3 a 20,2 GHz.

Enlace descendente

Enlaces cruzados

Primero se debe calcular la relación portadora a ruido del enlace de subida, después se deberá calcular la relación portadora a ruido pero ahora del enlace de bajada. La relación portadora total del enlace se determinara por la siguiente ecuación:

Cálculo del enlace satelital

Si C/Nup = 10 dB y C/Ndown = 2 dB Entonces C/Ntotal = (10)(2)/(10+2) = 1.66 dB donde C/Nup = PIREET+ G/TSAT- k - Pel -Pll -Papun -

Patm -Ppol

PIREET = Potencia isotrópita radiada efectiva de la estación terrena transmisora (dB)

G/TSAT=figura de mérito de la antena del satélite (dB) k = constante de Boltzman (228.6 dB) Pel= pérdidas pro espacio libre Pll = pérdidas por lluvia Papun= pérdidas por apuntamiento Patm = pérdidas atmosféricas Ppol = pérdidas por polarización

donde C/Ndown = PIRESAT + G/TETR - k - Pel - Pll - Pmisc

PIRESAT = Potencia isotrópita radiada efectiva en saturación del satélite (dB)

G/TETR= G/T de la estación terrena receptora (dB) k = constante de Boltzman (228.6 dB) Pel= pérdidas pro espacio libre Pll = pérdidas por lluvia Pmisc= pérdidas misceláneas

C/Ntotal = 1 / ( (C/Nup)-1 + (C/Ndown)-1 ) = (C/Nup)(C/Ndown) / (C/Nup + C/Ndown) dB

La orientación de la antena de una estación terrena hacia un satélite geoestacionario se realiza ajustando dos ángulos, en elevación y azimut; los valores de estos ángulos dependen de la posición geográfica de la estación –en latitud y longitud- y de la ubicación en longitud del satélite.

Tomando como referencia al eje de simetría del plato parabólico, que coincide con su eje de máxima radiación, el ángulo de elevación es aquel formado entre el piso y dicho eje de simetría dirigido hacia el satélite como se muestra en la figura.

ANGULO DEELEVACIÓN

APUNTAMIENTOHACIA

EL SATELITE

90

0

15

30

45

6075

El ángulo de azimut es la cantidad en grados que hay que girar la antena en el sentido de las manecillas del reloj –con relación al norte geográfico de la tierra- para que ese mismo eje de simetría –prolongado imaginariamente- pase por la posición en longitud del satélite.

Angulo de elevación de una estación terrena

Dependiendo de la localización de la estación terrena con respecto a la posición del satélite, el ángulo de azimut está dado por:

Caso 1.-Estación en el hemisferio norte• Satélite al Oeste de la Estación Az=180°+A’• Satélite al este de la Estación Az=180°+A’

Caso 2.-Estación en el hemisferio sur• Satélite al Oeste de la Estación

Az = 360 - A’ A • Satélite al Este de la Estación Az = A’

Angulo azimut

Para calcular el ángulo de azimut basándose en lo mencionado anteriormente tenemos:

A’ = Tan-1 { Tan (LONG SAT – LONG E/T) } {SEN (LAT E/T) }

Para calcular la elevación, primero tenemos:A = Tan-1 { HCS – R cos }

{ R sen } Donde:

HCS = Distancia promedio del centro de la Tierra al Satélite = 42164.2 kmR = Radio Promedio de la Tierra = 6378.155 kmCos = { Cos (Latitud E/T) (Cos (Long SAT – Long E/T)) }

Y para el cálculo de elevación tenemos:E = A -

Calcular las coordenadas de azimut y elevación a las que se tiene que poner una antena en Panamá para orientarse al Satélite Satmex V, teniendo en cuenta que las coordenadas de la estación transmisora en Panamá son las siguientes:

Latitud de la Estación Terrena = 8.58 NLongitud de la Estación Terrena = 79.32 WLongitud del Satélite = 116.8 W

Se calcula primero el ángulo el Cos Cos = { Cos (Latitud E/T) (Cos (Long SAT – Long E/T)) } Cos = Cos (8.58) Cos (116.8 – 79.32) = Cos-1 0.7840 = 38.372

Ejemplo

Se calcula el ángulo de azimutA’ = Tan-1 { Tan (LONG SAT – LONG E/T) }

{SEN (LAT E/T) } Sustituyendo:

A = Tan-1 { 42164.2 – (6378.155)(0.7840) } { 6378.155 (Sen 38.372) }A = Tan-1 { 37163.726 } { 3959.33 }A = 83.919

Sustituyendo el ángulo de azimut se obtiene la elevación :E = A - E = 83.919 – 38.372 E = 45.547

Y el azimut, sabiendo que el satélite está al Oeste de la estación:Az = 180 + AAz = 180 + { Tan-1 { Tan (116.8 – 79.32) } } { Sen (8.58) } Az = 180 + { Tan-1 { Tan 37.48 } } { 0.149 } Az = 180 + 79.00 = 259.0

Los métodos más empleados para orientar una antena parabólica en azimut son el solar, el de estrella polar, y el de brújula, para esto es necesario que la antena esté emplazada en un lugar donde no exista ningún obstáculo para recibir la señal del satélite. Tras ser montada la antena, deberá ser montada siempre en dirección hacia el sur.

ESTACIONES TERRENAS

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Estaciones Terrestres

DEFINICION

La antena y el equipo asociado a ésta que se utiliza para transmitir o recibir señales de comunicación vía satélite se le llama estación terrena.

Estación situada en la superficie de la tierra, o en la parte principal de la atmósfera terrestre destinada a establecer comunicación con una o varias estaciones espaciales; o con una o varias estaciones terrenas, mediante el empleo de uno o varios satélites reflectores u otros objetos situados en el espacio. La estación terrena a su vez tiene la capacidad para conectarse con alguna red terrestre de telecomunicaciones privada o pública.

COMPOCICION DE LA ESTACION

Las estaciones terrenas pueden ser usadas en forma general para transmitir y recibir del satélite. A continuación se enumeran cada uno de los subsistemas básicos que toda estación debe tener:

Plato Reflector (antena) Amplificador de Potencia Amplificador de Bajo Ruido (Receptor) Conversor de subida/bajada (Up/down converter) Modem satelital (modulador, demodulador) Multicanalizador

DIAGRAMA DE LA ESTACION

TIPOS DE ESTACIONES

La principal función de la estación terrena es la adecuación de las señales de microondas para su transmisión al satélite, desde donde se realiza la radiodifusión de las mismas.

Dependiendo del tipo de estación, ésta se puede encargar de transmitir y/o recibir información, controlar el estado del satélite y su situación orbital por medio de telemetría que es la parte mas importante de la estación.

Los tipos principales de estaciones son: Pequeñas estaciones receptoras de TV por satélite DBS; estaciones terrenas portátiles (deportes, conferencias); Estaciones o terminales VSAT, Terminales de Abertura Muy Pequeña (redes de difusión, transmisión de datos privados, intercambio de datos, etc); y Grandes estaciones de comunicaciones internacionales.

Su diseño es conceptualmente el mismo que una estación convencional de comunicaciones dado que, en principio, el procesamiento de la señal a transmitir es similar en todos los casos. Por consiguiente, la estación estará formada por el subsistema de antena, subsistema de seguimiento, transmisión/recepción en radiofrecuencia, etapa de conversión de frecuencia, modulación-demodulación, conexión con el Centro de Programas y suministro de energía eléctrica.

INTERIOR DE ESTACION

ESTACION TERRESTRE

ESTACIOAN MARITIMA

ESTACION AEREA

ESTACION MOVIL

ESTACIONES PORTABLES

FUNCIONAMIENTO Los sistemas de satélites sirven para

muchos propósitos y las diferencias superficiales entre los varios tipos de estaciones terrenas son grandes. Hay similitudes mayores entre satélites que son usados para propósitos diferentes. Sin embargo, todas las estaciones terrenas, grandes o pequeñas e independientemente del uso para el que hayan sido diseñadas, tienen una arquitectura básica muy similar.

LA CADENA DE TRANSMISION DE LA ET

Las señales que llegan a una estación terrena tienen varias formas. En su mayoría consisten en un canal de banda estrecha o en un número de esos canales multiplexados juntos, los canales que son diseñados para telefonía pero también pueden ser usados para otro tipo de señales de baja tasa de información. Otras señales son canales de vídeo, señales de televisión completas o canales de datos. Como quiera que sean, estas señales, después de cualquier proceso que necesiten, modulan una portadora, típicamente a 70 MHz y, después de pasar a través del primer amplificador de frecuencia intermedia, entran a un conversor ascendente.

La portadora modulada abandona el conversor con la frecuencia de portadora elevada hasta normalmente 1 GHz. A continuación tenemos un segundo amplificador de IF y un segundo conversor ascendente. La frecuencia del oscilador local de este último es seleccionada para cambiar la frecuencia de la portadora a fu, la frecuencia asignada par el enlace ascendente del satélite. Después de otra amplificación, en el amplificador de alta potencia, la portadora modulada pasa a un puerto de transmisión de la antena de la estación terrena.

Muchas estaciones terrenas transmiten varias portadoras moduladas a un satélite. Estas portadoras, con sus diferentes frecuencias, son combinadas en algún punto, normalmente en la entrada al amplificador de potencia, antes de pasar a la antena

LA CARGA DEL SATELITE La función del satélite en la cadena de transmisión es recibir las

señales moduladas que la estación terrena emite en el enlace ascendente, amplificarlas y retransmitirlas como enlaces descendentes para que las reciban las estaciones terrenas de destino. En el recorrido de este proceso, la portadora de cada emisión es movida a una banda de frecuencia en la cual el satélite no reciba, para que así el enlace descendente no pueda interferir la recepción del enlace ascendente.

A los satélites de los servicios fijos y de difusión se les asignan bandas de frecuencia con un ancho de 500 MHz aproximadamente, para enlaces ascendentes y descendentes. Sin embargo, el ancho de banda de las emisiones que manejan raramente supera los 30 MHz. Por lo tanto es factible subdividir el ancho de banda total en un número de subbandas a través de la carga útil del satélite, cada una de 36 o 72 MHz de ancho, con sus propios amplificadores.

LA CADENA DE RECEPCION DE LA ET Un puerto de recepción de la antena de la estación

terrena proporciona un gran ancho de banda de emisiones, recibidas del satélite, a un filtro de bajo ruido, seguido por un amplificador de radiofrecuencia que opera a la frecuencia del enlace descendente. De todo el conjunto de emisiones, la estación o estaciones terrenas pueden estar interesadas sólo en una de ellas. Si es así, su primer conversor descendente sintoniza a la frecuencia adecuada para seleccionar la portadora requerida, para que ésta pase a un demodulador. Si la estación necesita recibir varias de las portadoras simultáneamente, el divisor que sigue al amplificador de radiofrecuencia proporciona el conjunto de señales recibidas del satélite a otros conversores, receptores y demoduladores, cada uno sintonizado a la portadora de interés.

LA TECNOLOGIA DEL SISTEMA Lo visto hasta aquí muestra que mucha de la

tecnología usada en las comunicaciones por satélite es común a otros tipos de sistemas de radio (UHF, SHF) usados para radiotransmisores terrestres o sistemas móviles.

Sin embargo, existen requerimientos especiales para las antenas de las estaciones terrenas, tales como supresiones restrictivas de los lóbulos laterales. Las etapas del receptor son diseñadas con consideraciones especiales para minimizar el ruido térmico. Los amplificadores de potencia, tanto en la Tierra como en el espacio, son a menudo usados para amplificar varias portadoras simultáneamente, por lo que los problemas debido a no linealidades aumentan.

TECNICAS DE MULTIPLEXACION La señal que es enviada al modulador puede

ser un simple canal telefónico, analógico o digital; esto es típico en servicios móviles y a menudo se usa en servicios fijos en estaciones terrenas con poco tráfico. Pero es usual que las estaciones terrenas de servicios fijos tengan cientos o miles de canales telefónicos que transmitir y recibir. En ese caso se combinarán mediante multiplexación, los canales analógicos en múltiplex por división en frecuencia y los digitales en múltiplex por división en el tiempo.

EJEMPLO

TECNICAS DE MODULACION Las pérdidas de transmisión entre las estaciones

terrenas y los satélites son siempre elevadas y actualmente pocas veces los transmisores en los satélites tienen poca potencia para permitir el uso de métodos de modulación que consigan grandes relaciones de información respecto al ancho de banda. Para permitir señales con buena relación señal a ruido, las señales analógicas son transmitidas usando FM y con una desviación relativamente ancha. Las señales digitales son siempre transmitidas PSK (Phase Shift Keying) o alguna técnica parecida, empleando raras veces más de cuatro símbolos.

ACCESO MULTIPLE Muchas estaciones terrenas pueden hacer uso del

mismo satélite al mismo tiempo. En los servicios de difusión cada estación terrena hace un uso exclusivo de uno o más transpondedores. Sin embargo, aunque ocasionalmente puede ocurrir que una estación de servicio fijo necesite la capacidad total de un transpondedor para manejar sus emisiones, es más usual que varias estaciones terrenas lo compartan, y en los servicios móviles un transpondedor es siempre compartido por una gran cantidad de estaciones terrenas. Las técnicas a través de las cuales un transpondedor puede proporcionar comunicaciones continuas simultáneamente entre varias estaciones se denominan acceso múltiple.

FORMAS DE ACCESO MULTIPLE La forma más sencilla y más usada de

acceso múltiple consiste en asignar diferentes portadoras a cada estación para los enlaces ascendentes dentro de la banda de paso del transpondedor con la suficiente distancia entre portadoras para prevenir que las emisiones se solapen. Esta técnica se conoce como Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA).

www.eveliux.com/mx/via-satelite-antenas-enlace-satelital-metodos-de-acceso.php

materias.fi.uba.ar/6679/apuntes/Enlace_Satelital.pdf

http://es.tech-faq.com

Bibliografía