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RESUMEN Esta memoria analiza la factibilidad de realizar un enlace satelital entre la Gobernación Marítima de Punta Arenas y la Capitanía de Puerto en Puerto Edén. En la primera parte se hace una descripción de la situación actual en que se encuentran las comunicaciones entre los lugares antes indicados y cual es la importancia para la Dirección General del Territorio Marítimo y Marina Mercante de poseer un enlace seguro entre dichos puntos. El trabajo realizado describe el enlace satelital escogido, Intelsat Business Service, IBS, y los equipos que conforman su estación terrena transmisora y receptora. Con el objetivo de asegurar un buen enlace, se estudiaron las variables involucradas y realizaron los cálculos de éste a través del análisis de la estación terrena transmisora y los medios del enlace ascendente, del satélite y de los medios del enlace descendente y la estación terrena receptora. Esta tesis se complementa con conceptos teóricos del sistema de portadoras digitales de baja velocidad, los tipos de modulación, demodulación, Efecto Doppler, codificación y decodificación. Finalmente se proporcionan los valores obtenidos del cálculo real del enlace implementado, así como también la configuración final de los equipos seleccionados.
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RESUMEN
Esta memoria analiza la factibilidad de realizar un enlace satelital entre la
Gobernación Marítima de Punta Arenas y la Capitanía de Puerto en Puerto Edén. En la
primera parte se hace una descripción de la situación actual en que se encuentran las
comunicaciones entre los lugares antes indicados y cual es la importancia para la
Dirección General del Territorio Marítimo y Marina Mercante de poseer un enlace
seguro entre dichos puntos.
El trabajo realizado describe el enlace satelital escogido, Intelsat Business
Service, IBS, y los equipos que conforman su estación terrena transmisora y receptora.
Con el objetivo de asegurar un buen enlace, se estudiaron las variables
involucradas y realizaron los cálculos de éste a través del análisis de la estación terrena
transmisora y los medios del enlace ascendente, del satélite y de los medios del enlace
descendente y la estación terrena receptora.
Esta tesis se complementa con conceptos teóricos del sistema de portadoras
digitales de baja velocidad, los tipos de modulación, demodulación, Efecto Doppler,
codificación y decodificación.
Finalmente se proporcionan los valores obtenidos del cálculo real del enlace
implementado, así como también la configuración final de los equipos seleccionados.
ÍNDICE
CAPITULO I
1.- Introducción.................................................................................................................1
1.1.- Generalidades...........................................................................................................1
1.2.- Descripción del trabajo..............................................................................................1
CAPÍTULO II
2.- Análisis de la situación actual.....................................................................................3
2.1.- Rol de la Gobernación Marítima................................................................................3
2.2.- Centro Zonal de Telecomunicaciones Marítimas......................................................3
2.3.- Antecedentes de la situación actual..........................................................................4
CAPÍTULO III
3.- Descripción del sistema satelital Intelsat Business Service(IBS).................................7
3.1.- Introducción al servicio IBS.......................................................................................7
3.1.1.- Aplicaciones del IBS...............................................................................................7
3.1.2.- Parámetros de transmisión....................................................................................9
3.2.- Funcionamiento de los distintos componentes de una estación terrena...................9
3.2.1.- La antena parabólica............................................................................................10
3.2.1.1.. Apuntamiento de antenas. Orientación en elevación y azimuth........................12
3.2.1.2.- Rastreo del satélite............................................................................................16
3.2.2.- Estación terrena digital DT7000...........................................................................17
3.2.2.1.- Unidad Exterior (ODU)......................................................................................20
3.2.2.2.- Unidad Interior (IDU).........................................................................................24
CAPÍTULO IV
4.- Antecedentes y componentes de los sistemas de comunicaciones satelitales.........37
4.1.- Estación terrena transmisora y los medios del enlace ascendente........................38
4.1.1.- Ganancia de la antena (G)...................................................................................38
4.1.2.- Potencia Isótropa Radiada Equivalente (PIRE)...................................................39
4.1.3.- Pérdidas de transmisión.......................................................................................39
4.1.3.1.- Pérdidas en el espacio libre..............................................................................39
4.1.3.2.- Distancia del satélite a la estación (D)..............................................................41
4.1.3.3.- Otras pérdidas...................................................................................................42
4.1.4.- Factores de ajuste debidos a la ubicación geográfica.........................................44
4.2.- Los medios del enlace descendente y la estación receptora..................................46
4.2.1.- Coeficiente de calidad (G/T).................................................................................46
4.2.2.- Ruido Térmico......................................................................................................46
4.2.3.- Temperatura de ruido de las antenas..................................................................48
4.2.4.- Temperatura del sistema......................................................................................49
4.2.5.- Cálculo del factor de calidad (G/T).......................................................................50
4.2.6.- Relaciones portadora a ruido...............................................................................51
4.2.7.- Otros aportes de ruido..........................................................................................53
4.3.- Relación portadora a temperatura de ruido del sistema para todo el enlace..........54
4.4.- El transpondedor del satélite...................................................................................55
4.4.1.- Punto de funcionamiento del transpondedor........................................................56
4.4.2.- PIRE de funcionamiento del transpondedor.........................................................59
4.4.3.- Densidad de flujo de potencia del satélite en la superficie terrestre....................59
CAPÍTULO V
5.- Cálculos y diseño del enlace satelital recomendado..................................................61
5.1.- Cálculo teórico del enlace satelital recomendado...................................................61
5.2.- Diseño del enlace satelital recomendado................................................................66
5.2.1.- Diagrama del servicio...........................................................................................66
5.2.2.- Cables y conectores utilizados en la interconexión del sistema.........................67
5.2.3.- Programación DT7000.........................................................................................70
5.2.4.- Programación CM601..........................................................................................72
5.2.5.- Puesta en marcha del servicio.............................................................................75
5.2.5.1.- Instalación de la antena satelital.......................................................................75
5.2.5.2.- Prueba del servicio............................................................................................77
CAPÍTULO VI
6.- Conclusiones..............................................................................................................80
Bibliografía.......................................................................................................................82
Anexos.............................................................................................................................85
Anexo I: Modem Satelital PSK Digital CM601.................................................................85
Anexo II: Codificación Fec...............................................................................................97
Anexo III: Fotografías del enlace implementado...........................................................103
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD
"ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA EL ENLACE DATA TELEFÓNICO VÍA SATÉLITE
DE LA CAPITANÍA DE PUERTO EN PUERTO EDÉN CON LA RED CENTRAL DE
COMUNICACIONES DE LA DIRECCIÓN GENERAL DEL TERRITORIO MARÍTIMO Y
MARINA MERCANTE.”
FABIOLA ANDREA KUSCIC VILLOUTA
Año 2005
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CAPÍTULO I
1. 1- Generalidades.
Con el propósito de dar solución a la necesidad existente de unir la Capitanía de
Puerto de Puerto Edén con la Red Central de Comunicaciones de la Dirección General
del Territorio Marítimo y Marina Mercante, surge la idea de evaluar técnicamente las
alternativas existentes que posibiliten establecer un enlace satelital que brinde
seguridad y autonomía a las partes involucradas, para transmitir telefonía y datos entre
ambos puntos, sin dejar de lado el marco teórico, legislativo y experimental.
Dentro de este contexto, se definen equipos e implementos adecuados que
permitan un óptimo enlace del tipo satelital entre los sitios indicados, además de
describirse conceptos y desarrollar cálculos que permitan una mayor eficiencia en la
comunicación.
Se describen conceptos y factores que puedan ser utilizados para desarrollar
cálculos, así como dar a conocer una nueva alternativa para el desarrollo de las
telecomunicaciones entre dos puntos alejados entre sí.
1.2.- Descripción del trabajo.
En el segundo capítulo se realiza un análisis de la situación actual de
comunicaciones entre la Capitanía de Puerto de Puerto Edén y la Gobernación
Marítima de Punta Arenas, que tipo de comunicación utilizan y cual es la solución
propuesta para mejorar esta comunicación.
En el tercer capítulo se describe el sistema satelital propuesto, Intelsat Business
Service (IBS), sus aplicaciones y equipos empleados.
En el capítulo cuarto se entregan los antecedentes y componentes de los
sistemas de comunicaciones satelitales, así como los cálculos de pérdidas y
propagación de los mismos.
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En el capítulo quinto se da a conocer el cálculo y diseño del enlace satelital
recomendado, se hace una comparación entre los resultados teóricos obtenidos a
través del cálculo de parámetros por medio de fórmulas y los resultados prácticos
obtenidos al realizar mediciones del enlace implementado.
Finalmente, en el sexto capítulo se entregan las conclusiones con respecto al
trabajo realizado.
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CAPÍTULO II
2.- Análisis de la situación actual.
2.1.- Rol de la Gobernación Marítima.
Los objetivos que debe cumplir la Gobernación Marítima son: representar y
ejercer el rol de Autoridad Marítima Jurisdiccional y hacer cumplir las leyes y
reglamentos vigentes que regulan las actividades marítimas que se desarrollan en su
área de responsabilidad. También debe ejercer el mando militar, técnico y
administrativo de las Capitanías de Puerto dependientes y Unidades asignadas.
Apoyar logísticamente a Unidades y Reparticiones bajo su mando y a toda otra
unidad del Servicio que opere en su jurisdicción.
Proteger la vida humana en el mar, controlar y combatir la contaminación
acuática, efectuar patrullajes, fiscalizar el sector pesquero artesanal e industrial, faenas
de mantención de la señalización marítima y apoyar a las comunidades de las zonas
aisladas, pesquería, socorro y emergencias marítimas, función a cargo del Centro
Zonal de Telecomunicaciones Marítimas.
2.2.- Centro Zonal de Telecomunicaciones Marítimas.
Su misión es atender eficientemente el servicio de telecomunicaciones marítimas
encomendadas por la Ley de Navegación a la Dirección General del Territorio Marítimo
y de Marina Mercante, con el propósito de contribuir a la seguridad de la navegación y
hacer posible a las autoridades y público en general, la comunicación con las naves
mercantes nacionales o extranjeras, involucradas en el tráfico marítimo nacional e
internacional.
Las funciones que cumple el Centro Zonal de Telecomunicaciones Marítima son:
Proveer las comunicaciones requeridas para el Control Naval del Tráfico Marítimo.
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Proveer las comunicaciones requeridas por el Servicio de Búsqueda y Rescate
Marítimo.
Atender eficientemente al Servicio Móvil Marítimo en lo referente a la seguridad de
la vida humana en el mar, seguridad de la navegación, correspondencia oficial y
correspondencia pública.
Respaldar al Servicio Móvil Naval de Telecomunicaciones, entregando un medio
seguro de enlace alternativo entre buques de la Armada y sus mandos.
Proveer el Sistema de Apoyo Logístico Integral para la operación y mantenimiento
de las Estaciones Marítimas.
Proveer los enlaces y terminales necesarios para la red de mando de la Dirección
General del Territorio Marítimo y de Marina Mercante, suministrando los canales de
comunicaciones destinados a coordinar y controlar las operaciones relacionadas
con las recaladas, zarpes o permanencia de naves en puerto, incluidas las
comunicaciones de socorro, urgencia y seguridad en el área de puerto y
adyacentes.
Difusión de boletines meteorológicos, avisos a los navegantes y de prensa en forma
regular, por horarios establecidos.
2.3.- Antecedentes de la situación actual.
En la actualidad, la Capitanía de Puerto de Puerto Edén se comunica con la
Gobernación Marítima de Punta Arenas a través del espectro de frecuencias marinas,
en la banda de Alta Frecuencia (HF), que es de uso público y comercial, el cual no
brinda privacidad de información. La distancia que separa ambos puntos es de 275
millas náuticas.
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La jurisdicción de la Gobernación Marítima de Punta Arenas comprende desde el
límite Sur de la Gobernación Marítima de Aisén por el Norte, hasta el paralelo 54º 30'
15" S. por el Sur., comprendiendo las siguientes Capitanías de Puerto :
Puerto Edén
Puerto Natales
Punta Delgada
Tierra del Fuego
La capitanía de Puerto de Puerto Edén se ubica geográficamente en la Isla
Wellington. Su jurisdicción comprende el límite Sur de la Gobernación Marítima de
Aisén por el Norte hasta el paralelo 50°33’00’’ S, por el Sur.
Figura 2.1.- Mapa Puerto Edén.
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En cuanto a la Capitanía de Puerto de Punta Arenas, su jurisdicción comprende
desde el límite de la Capitanía de Puerto de Puerto Natales por el Norte hasta la línea
imaginaría que une Punta Harry con Cabo San Vicente, en la Segunda Angostura del
Estrecho de Magallanes; y de allí a Punta Anxious, siguiendo la costa Oeste de isla
Dawson, el Canal Cockburn y senos adyacentes hasta la Península Brecknock y luego
por el paralelo 54º 30' 15" S. hacia el Océano Pacífico.
Figura 2.2.- Mapa Punta Arenas
La Gobernación Marítima de Punta Arenas requiere de un enlace seguro y
autómo, características que sólo puede lograrse a través de un enlace originado y
supervisado por sus propios medios, por lo cual, se propone a través de este Trabajo
de Titulación, el diseño de un enlace satelital del tipo Intelsat Business Service (IBS),
recomendando el equipamiento a utilizar, basado en un análisis teórico del sistema
para luego efectuar la implementación del mismo y posterior puesta en marcha.
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CAPÍTULO III
3.- Descripción del sistema satelital Intelsat Business Service, IBS.
3.1.- Introducción al servicio IBS.
El servicio IBS, introducido en 1983, ofrece una completa cobertura de
comunicaciones empresariales de redes digitales privadas internacionales o
nacionales. Puede usarse con una amplia variedad de estaciones terrenas grandes y
pequeñas desde estaciones de acceso nacional y telepuertos regionales hasta antenas
en los locales de los clientes. Los servicios pueden utilizarse en modalidad simplex o
dúplex, y sus aplicaciones incluyen la transmisión de datos por canal único o
multiplexado, comunicaciones de voz y datos y video digital. No puede interconectarse
la red telefónica pública con conmutación al servicio IBS.
3.1.1.- Aplicaciones del IBS.
Las aplicaciones son muchas, variadas y continuamente en expansión. Entre
ellas figuran las siguientes:
a) Comunicaciones de datos:
- Redes de líneas privadas para uso exclusivo.
- Interconexión con computadores.
- Interconexión con redes de zona local, de zona extensa y/ o metropolitana.
- Intercambio electrónico de datos (EDI).
- Correo electrónico (E-mail).
- Transmisión de datos interconectada a la red pública con conmutación (a 56 y
64 kbits/seg).
- Aplicaciones de ISDN.
- Distribución de documentos, noticias y datos financieros.
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- Actualización de bases de datos.
- Transmisión de facsímil.
b) Comunicaciones telefónicas:
- Telefonía digital.
- Interconexión con centrales automáticas de empresas (PABX) y redes privadas.
- Redes de línea privada de uso exclusivo.
- Distribución de audio o programas radiofónicos de alta calidad.
c) Comunicaciones de video:
- Videoconferencia.
- TV digital .
En resumen, en IBS:
- Ofrece servicios digitales para empresas.
- La capacidad de las portadoras se basa en la velocidad de datos de información,
bits suplementarios y relación FEC (Forward Error Code).
- Pueden usarse portadoras individuales o alquilar capacidad en transpondedores
completos o fraccionarios.
- Puede alquilarse capacidad sobre una base individual y unidireccional.
- Normalmente se suministran ya sea en pares de portadoras o de
transpondedores para el servicio dúplex completo.
Los tipos de modulación que pueden utilizarse son: QPSK/FDMA, TDMA/QPSK/FDMA
o QPSK/TDMA/FDMA.
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3.1.2.- Parámetros de transmisión.
La capacidad de las portadoras se define en incrementos de 64 Kbits/seg. Se
deja un margen del 10 % para los bits suplementarios, pudiendo especificarse una
relación FEC de ½ o de ¾.
Se utiliza la operación de “red cerrada”, que brinda más libertad a los usuarios
que las opciones de “red abierta” para escoger el tipo de equipos de módem y de
alineación de tramas, así como para diseñar enlaces con diferentes calidades de
servicio o velocidades de transmisión de datos.
3.2.-Funcionamiento de los distintos componentes de una estación terrena.
Una estación terrena consiste en una serie de equipos interconectados entre sí,
entre los cuales resalta la antena parabólica.
Por sus características de radiación, las estaciones terrenas que poseen antenas
parabólicas pequeñas no necesitan de un sistema de rastreo.
En la figura 3.1 se muestra un diagrama de bloques generalizado de una
estación terrena.
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Figura 3.1 Diagrama de bloques de una estación terrena.
Por lo general, la misma antena se utiliza para transmitir y recibir información, si
es que su aplicación así lo requiere; para ésto se interconectan simultáneamente los
bloques de transmisión y recepción por medio de un dispositivo de microondas llamado
duplexor.
3.2.1.- Antena parabólica.
El objetivo de toda antena es enviar o recibir cuanta señal de radio sea posible.
Debe interceptar y captar la radiación del satélite apuntado y concentrarla en un foco
donde está ubicado el alimentador.
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La calidad de una antena satelital está determinada por lo bien que dicha antena
logra apuntar hacia un satélite y logra concentrar su señal, y por lo bien que aminora
las interferencias y los ruidos indeseables.
Las antenas deben ser durables y capaces de resistir el viento y otras
fuerzas naturales o artificiales.
Teóricamente, una antena o reflector parabólico solamente dirige con precisión
los rayos incidentes hacia su foco cuando llegan paralelos a su eje principal. En
consecuencia, el reflector debe prepararse de forma que su eje apunte directamente
hacia el satélite. Cualquier señal proveniente de una dirección que no sea la del
satélite al que apunta, no será reflejada hacia este punto focal. Por lo tanto, el reflector
parabólico tiene exactamente las características requeridas, de modo que tiene la
forma perfecta tanto para las antenas transmisoras como para las receptoras de
satélite.
Para determinar el tamaño del reflector, que generalmente se plantea en
términos de lo factible que resulta uno pequeño, se necesita tener conocimiento de la
intensidad de la señal, también del ruido de interferencia para el satélite y la
localización terrestre en particular.
Apuntar el reflector en la dirección correcta exige conocer los ángulos
adecuados de azimuth y elevación para el satélite en particular.
Un reflector se alinea inclinándolo hacia arriba a partir de la horizontal para el
ángulo de elevación, y girándolo a partir de Norte para el azimuth, quedando claro que
la elevación y el azimuth de un satélite dado varían según la ubicación del receptor.
Hay tres variables que intervienen en el cálculo de la elevación y el azimuth, es decir, la
longitud y latitud de la estación receptora y la longitud del satélite (la latitud del satélite
es siempre cero grados).
Las características más importantes de una antena son su ganancia y su patrón
de radiación. La ganancia es la capacidad de la antena para amplificar las señales que
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transmite o recibe en cierta dirección, y se mide en decibeles en relación con la
potencia radiada o recibida por una antena isotrópica. Por lo tanto, siempre se desea
tener la mayor ganancia posible en la dirección en la que vienen las señales que se
requieren recibir, o en la que se va a transmitir, y la mínima en todas aquellas
direcciones que no sean de interés.
3.2.1.1. Apuntamiento de antenas. Orientación en elevación y azimuth.
Existen diversos métodos para el apuntamiento de una antena, éstos dependen
generalmente de la persona encargada de realizar este trabajo y del instrumental
técnico que se posea. Sin embargo, hay parámetros para realizar el apuntamiento que
son fundamentales y que por mas que existan diversas formas de desarrollar este
procedimiento, no pueden ser desconocidos por el ejecutante de las maniobras.
Los parámetros básicos con los que el instalador debe contar son las
coordenadas geográficas (Latitud, Longitud) del lugar en donde se instalará la antena.
Conociendo las coordenadas se podrá conocer el azimuth y la elevación requeridas por
la antena. Estos parámetros están directamente relacionados con otro dato que es muy
importante conocer, que es la ubicación del satélite al que se transmitirá. Tomando
como referencia al eje de simetría de la antena parabólica, 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 (figura 3.2)
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Figura 3.2.Definición del ángulo de elevación de una estación terrena
El ángulo de azimuth 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 (Figura 3.3).
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Figura 3.3. Definición del ángulo de azimut de una estación terrena.
Otra información que puede ser de ayuda, es el tipo de antena utilizado y un
conocimiento básico de las piezas que la componen.
Las herramientas básicas para fijar los parámetros de azimuth y elevación, son
la brújula y el inclinómetro. Además para realizar un buen apuntamiento, lo ideal es
contar con un instrumento llamado Analizador de Espectro (este instrumento permite
visualizar en su pantalla las señales recibidas y transmitidas hacia y desde el satélite),
el que permitirá realizar un correcto apuntamiento hacia el satélite al que se transmitirá,
además se tendrá la certeza de que lo que se está recibiendo es lo que realmente se
busca, ésto se debe a que por lo general se conoce gráficamente (foto, plot, etc) el
lugar del espectro que se ocupará en el satélite.
Una vez instalada la antena en el lugar que corresponde (este lugar debe haber
sido previamente revisado, verificando que exista la visibilidad necesaria para recibir y
transmitir al satélite), se procederá a su apuntamiento, Para ésto, se necesitará de la
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brújula para fijar el azimuth y del inclinómetro para fijar la elevación. En la siguiente
figura se muestra la ubicación en la que se deben situar estos instrumentos en la
antena.
Figura 3.4 Ubicación de instrumentos de medición en antena.
Lo más aconsejable para comenzar el apuntamiento es fijar el azimuth:
• Con la brújula situarse detrás de la antena.
• Tomar como punto de referencia el mostrado en la figura.
• Mover la antena hasta lograr los grados de azimuth deseados.
Una vez fijado este punto se debe fijar la elevación:
• Situar el inclinómetro en la posición mostrada en la figura.
• Mover la antena hasta lograr los grados de elevación deseados.
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Siguiendo los pasos antes indicados, teóricamente la antena debería estar apuntada;
para verificar se ha de utilizar el Analizador de Espectros.
3.2.1.2.- Rastreo del satélite.
Dependiendo de cuánto se mueva el satélite geoestacionario en relación con su
posición designada y del ancho del haz de la antena terrestre que desee comunicarse
con él, se puede requerir o no de un sistema de rastreo. Cuanto más angosto sea el
ancho del haz de la antena y ésta esté más cerca del Ecuador, el apuntamiento se
vuelve más importante, en especial si el satélite está directamente “encima” de la
estación. En cambio, si la estación está en una latitud alejada del Ecuador, la amplitud
de los movimientos del satélite tienen un menor impacto en los ajustes necesarios de la
orientación de la antena para rastrearla. Si el ancho del haz de la antena es mucho
más grande que la ventana del satélite, entonces no se necesita un sistema de rastreo
(figura 3.5), pero la aplicación de la antena es la que dicta finalmente esta necesidad.
Figura 3.5.Ancho del haz más grande que ventana del satélite.
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3.2.2.- Estación terrena digital DT7000.
Los terminales de la estación terrena digital ComStream son totalmente
integrados. Las principales características de la estación DT700 son:
- Posee una tasa variable de operación entre 9,6 Kbps y 2,185 Mbps en
incrementos de 1 bps.
- FI programable en TX/Rx, con 100 Hz de resolución.
- Modulación BPSK y QPSK.
- Decodificadores Secuencial y Convolucional Encoder/Viterbi.
- Tasas de FEC ½, ¾, 7/8.
- Aleatorizador/desaleatorizador V.35 e IDR.
- Codificador/decodificador diferencial, con soporte para operación decodificada
QPSK.
- Microcontroladores integrados de monitoreo y control local y remoto.
- Proceso completamente digital, incluida la sintesis FI y el filtro Banda Base (BB).
- Interfases de datos para RS-449, V.35, DS-1, G.703, RS-232 y otras.
- Verificación de tasa de bit erróneo (BERT).
- Reloj de tiempo real, con reporte de fallas en el tiempo.
- Tasa de Bit Erróneo (BER) de buena calidad versus calidad de Eb/No (relación
entre la Energía Binaria, Eb, y la densidad de ruido del receptor No).
Además de estos parámetros configurables, el DT7000 tiene auto-rango de poder
AC, el que puede acomodarse desde 100 a 240 VAC con frecuencias de 50 a 60 Hz. El
Modulador está configurado para soportar frecuencias de FI de 70 ±18 MHZ o 140 ± 36
MHZ. El Demodulador está configurado para frecuencias de FI de 950 a 1700 MHz
(banda L).
El equipo de control local del DT7000 está provisto de botones para control en el
panel frontal, un display LCD y LEDs indicadores. El equipo de control remoto del
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DT7000 generalmente es un módem digital CM601 ComStream igualmente provisto de
un panel con botones de control y display LCD además de LEDs indicadores. La
interfaz del control remoto puede ser configurada para RS-232, RS-485 y protocolos
basados en paquetes como X.25 y Frame Relay.
Puede accederse a la selección de configuración del DT7000 usando los controles
del panel frontal o a través de comandos desde el control remoto. Todos los campos de
operación pueden ser seleccionados por el usuario.
A continuación se presenta el diagrama de bloques de la estación terrena en
banda C y Ku.
Figura 3.6 Sistema de diagrama de bloques para estación terrena banda C.
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Figura 3.7. Sistema de diagrama de bloques para estación terrena banda Ku
Esta estación consta de tres subsistemas a considerar: la antena, la unidad
electrónica exterior (ODU) y la unidad electrónica interior (IDU).
Las diferencias entre los dos tipos de estación terrena (C y Ku) se encuentran en el
equipamiento RF requerido para soportar las distintas bandas de frecuencias. En
banda C, el equipo opera en sólo una banda de recepción que va de los 3.70 a los 4.20
GHZ, mientras que en banda Ku se tienen tres bandas de frecuencia de recepción que
van de 10.95 a 11.7 GHZ, de 11.7 a 12.2 GHZ y de 12.25 a 12.75 GHZ.
La antena parabólica a utilizar es la del tipo offset con un reflector estándar de 1.8
mts u opcionalmente para zonas extremas o alejadas del Ecuador, con un reflector de
2.4 o 3.8 mts de diámetro. El sistema descrito en esta memoria utiliza una antena de
2.4 mts.
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3.2.2.1.- Unidad Exterior (ODU) en Banda C.
El componente central de la ODU para una estación terrena en banda C es un
módulo de radio frecuencia montado en la parte inferior del frente de la antena. El
transceiver de radiofrecuencia integrado (RF) consiste de un amplificador de potencia
de estado sólido (SSPA), sintetizadores de frecuencia para convertir las frecuencias de
subida y bajada. Externamente se tiene un amplificador/receptor de bajo ruido (LNA)
para traspasar las frecuencias de recepción al transceiver.
Los distintos componentes de la ODU se muestran en la siguiente figura:
Figura 3.8 Unidad Exterior estación terrena en banda C.
El diagrama de bloques de la ODU en Banda C se muestra en la figura 3.6. La ODU
transmite en rangos de 5.925 a 6.425 GHz, sintetizados en pasos de 20 MHz, y una
recepción en un rango de 3.70 a 4.20 GHz. La interfaz de Monitoreo y control (M&C)
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soporta frecuencias y ganancias programadas, así como el monitoreo del sintetizador y
la potencia de transmisión.
Los datos de transmisión son alimentados a la ODU a 790 MHZ ± 11 MHZ a
través de la interfaz de Tx FI. La recepción de datos es enviada a la IDU desde 950 a
1450 MHz a través de la interfaz Rx FI.
A una potencia de salida de 37.0 dBm (5 Watts) el amplificador de radio
experimenta 1 dB de ganancia de compresión.
La ODU banda C consiste de nueve subsistemas:
• Multiplexor
• Sintetizador
• Upconverter (Conversor –Elevador)
• Bloque Downcoverter (Conversor- Reductor)
• Amplificador de Alta Potencia (HPA)
• Fuente de Poder Interna (IPSU)
• Transductor de modo ortográfico (OMT)
• Filtro de Transmisión
• Amplificador de Bajo Ruido (LNA)
Los que se muestran en la siguiente figura:
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Figura 3.9 Configuración ODU banda C
• Multiplexor.
El multiplexor proporciona multiplexación y demultiplexación de las señales de
Tx FI, Rx FI y OOK (On/Off Keying), así como la frecuencia de referencia de 50 MHz.
(OOK se representa como la presencia (on) o ausencia (off) de una portadora de
3,6864 MHz enviada desde el microprocesador hacia el multiplexor). La señal de
control OOK es decodificada y aplicada al sintetizador, al control ALC y al punto de
control de la antena.
El status y el monitoreo de potencia de la ODU son convertidos a OOK,
multiplexados con la señal de referencia y luego enviados a la IDU a través del cable
coaxial IFL (Enlace de Interfacilidad, cable de baja tensión DC). La señal de referencia
de 50 MHz es entregada por el sintetizador.
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• Sintetizador.
El sintetizador convierte la señal de referencia de 50 Mhz en banda RxLo y dos
bandas TxLo. Ellos alimentan a los bloques Conversor- Reductor (Downconverter) y
Conversor- Elevador ( Upconverter). Las bandas TxLo pueden ser programadas en
pasos de 20 MHz bajo el control de la IDU.
• Upconverter (Conversor/Elevador).
El upconverter mezcla las bandas TxLo del sintetizador en dos etapas con la
señal de TxFI y envía la salida al amplificador de alta potencia después de filtrarla. La
salida desde el monitor de potencia se utiliza para controlar la etapa de ganancia
variable del upconverter.
• Bloque Downconverter (Conversor/Reductor).
El bloque downconverter mezcla la señal de entrada RF con la banda Rx de
salida del sintetizador para obtener una señal RxFI filtrada. La potencia DC de +15 V
en el LNA es entregada al conector de entrada Rx.
• Amplificador de Alta Potencia (HPA).
El HPA de la estación terrena entrega una potencia de transmisión sobre los 5
watts de potencia de transmisión. La potencia de salida es ajustada por la variación de
ganancia en el HPA cuando el ALC ( control automático de nivel) es habilitado. La
ganancia del HPA es fijada cuando el ALC es deshabilitado. El circuito de monitoreo
de potencia mide la potencia de salida y la entrega al operador a través de la interfaz
de control remoto o desde el panel frontal de control del equipo.
24
• Unidad de Fuente de Poder Interna (IPSU).
LA IPSU convierte 34 V DC de la IDU en 13 V, 10.5 V, 5 V y –5 V DC,
requeridos por el radio.
• Transductor de Modo Ortográfico (OMT).
El OMT(Orthografic Mode Transducer), aísla la señal de transmisión de la señal de
recepción y provee a la interfaz de sistema la alimentación de la antena.
• Filtro de Rechazo de Transmisión (Transmit Reject Filter).
Proporciona el rechazo en la banda de 5,925 a 6,425 GHz de transmisión, Tx,
para aislar aún más la señal de transmisión de la señal de recepción.
• Amplificador de Bajo Ruido (LNA).
El LNA proporciona 48 ± 3 dB de ganancia con una entrada de ruido de
temperatura típica de menos de 50°K.
3.2.2.2.- Unidad Interior (IDU).
La IDU contiene un modem digital multitasa con modulación BPSK/QPSK, un
procesador de monitoreo y control, un módulo interfaz de radiofrecuencia (RFIM) y la
fuente de poder de la ODU. La IDU está conectada a la ODU a través de un cable
coaxial transmisor/receptor (para banda C), un cable coaxial receptor (para banda KU)
y un cable de baja tensión DC llamado Enlace de Interfacilidad (IFL).
• Arquitectura de la IDU DT7000.
La IDU está constituida por módulos independientes montados en un rack,
interconectados al módulo maestro del DT7000 de monitoreo y control a través de un
25
simple bus o backplane. El backplane proporciona las interconexiones para control,
dato, reloj, frecuencia de referencia y varias otras señales entre módulos. La figura 3.10
muestra un diagrama de bloques mecánico de la IDU del DT7000. En ella se muestran
los módulos para el control del panel frontal, chassis, backplane o bus, fuente de poder
y tarjeta de monitoreo y control, lo cual constituye un ensamble de chassis básico. Se
pueden agregar otros módulos como una tarjeta de Entrada y Salida de datos, tarjetas
de modulador y demodulador y RFIM.
Figura 3.10 Diagrama de bloques mecánico de la IDU en Banda C.
La tarjeta de Entrada/Salida de Datos puede ser RS-449, V.35, RS-232, G.703,
etc. El Modulador puede soportar frecuencias en FI de 70 ±18 MHZ o 140 ± 36 MHZ. El
demodulador soporta Banda- L. La RFIM puede soportar una ODU banda C o banda
Ku.
La figura 3.11 muestra el panel posterior de la IDU del DT7000. Los slots se
numeran de izquierda a derecha y se identifican por una letra seguida por un número.
26
Figura 3.11 Panel trasero IDU DT7000.
El slot 4 siempre contiene el módulo de Monitoreo y Control de la IDU.
Usualmente se instala una interfaz de datos en el slot 2, RFIM de banda C o Ku en el
slot 1, el demodulador en el slot 6 y el modulador en el slot 7. El slot 5 puede ser
utilizado para múltiples interfaces de datos; generalmente este slot no está utilizado.
Los distintos slots son usados para direccionamiento de comandos y control de
mensajes a los módulos del DT7000. Cada tarjeta de circuito posee un
microcontrolador para configurar los distintos módulos, así como acepta comandos
para modificar sus parámetros. Estos comandos pueden ser direccionados a un módulo
específico a través de los controles del panel frontal o desde el puerto de control
remoto.
27
• Teoría de operación del DT7000.
El backplane o bus provee la interconexión interna entre módulos. Interconecta
señales de reloj y datos, conexiones de control, frecuencia de señales de referencia,
conexiones de poder, etc.
El módulo de Monitoreo y Control se utiliza para comandos de interfaz y
actividades de control. En este control de configuración de bus orientado, el módulo de
Monitoreo y Control es llamado “master” y otro módulo es llamado “esclavo”. Los
comandos de control del DT7000 son ejecutados por el master direccionando los
paquetes a lo largo del multi bus a un módulo esclavo en particular. El esclavo
responde al master y el usuario recibe la respuesta desde el master. Si un comando se
ejecuta desde el panel frontal, éste es desplegado en la pantalla de LCD.
Interfaces internas e interconexión de señales.
La conexión de hardware del backplane soporta dos tipos de configuración en
cada uno de los paths de datos de transmisión y recepción. El primero es una conexión
directa entre el modulador y una interfaz de datos seleccionada en la dirección del
transmisor, y del demodulador y una interfaz de datos en la dirección del receptor. Esta
configuración aparece en la figura 3.12 y 3.14. El segundo tipo de configuración tiene
un módulo opcional de procesamiento de datos entre la interfaz de datos y el
modulador o el demodulador, tal y como se muestra en la figura 3.13.
28
Figura 3.12 Conexión del backplane o bus para una estación terrena DT7000 Estándar.
Figura 3.13 Conexión del backplane o bus para una estación terrena DT7000 Estándar
con Buffer Doppler en RX.
29
Figura 3.14 Conexión del backplane o bus para una estación terrena DT7000 Estándar
con Múltiples Módulos para Interfases de Datos.
Operación de Monitoreo y Control (M&C).
El diagrama de bloques del módulo de Monitoreo y Control (M&C), se muestra
en la figura 3.15. Sirve como una entrada de comandos entre el usuario y algún otro
módulo del DT7000. Los puertos de control remoto y control de panel frontal de las
interfaces de usuario están confeccionados para soportar un Microcontrolador Maestro
de M&C.
Además del comando de procesamiento, el módulo de M&C mantiene la
configuración del DT7000 en una batería RAM, que también incluye un reloj de tiempo
real. El reloj de tiempo real permite registrar y almacenar eventos o fallas en una
memoria no volátil, las cuales pueden ser revisadas en cualquier momento.
También se localiza en este módulo un oscilador de 20 MHZ TCXO (Oscilador
de Cristal Controlado por Temperatura), el cual proporciona una frecuencia de
referencia al chassis del DT7000 y a todos los módulos que lo componen. Esta
frecuencia de referencia reduce costos, reduce la interacción de la frecuencia fuente
30
contra el chassis y permite un completo procesamiento del path de datos síncrono
digital.
La señal de reset del sistema es controlado por el Microcontrolador Maestro, el
cual conecta a todos y cada uno de los módulos en el chassis.
Figura 3.15 Diagrama de Bloques de Circuito de Monitoreo y Control (M&C).
Operación del modulador de 140 MHz y 70 MHz.
En la figura 3.16 se muestra un diagrama de bloques del modulador:
Figura 3.16 Diagrama de bloques del modulador de 70 MHZ.
Como muestra la figura, los datos ingresan desde la interfaz de datos y son
registrados por el ST o el TT, dependiendo de la configuración de reloj de la unidad. El
31
orden de proceso de datos consiste de scrambling (V.35 o IDR), codificación diferencial
y codificación convolucional. El modulador posee un FEC codificado de datos con
códigos convolucionales Viterbi con tasas de ½, ¾ y ⅞ y también con códigos
diferenciales de ½ y ¾. El procesamiento de datos luego pasa a través de un filtro
digital, convirtiendo la señal digital en analógica, usando modulación PSK en la
portadora de FI.
Una vez que la señal alcanza su frecuencia FI, pasa a través de un atenuador de
potencia, donde una pequeña cantidad de potencia se dirige al puerto de salida
TxLoopback. Finalmente, hay un switch on-off para habilitar o deshabilitar la portadora
de salida, un filtro FI y un sensor de potencia que facilita el cierre del circuito.
Muchos de estos pasos del proceso de señal son controlados por el
microcontrolador en la tarjeta. Por ejemplo, el control del sensor de potencia que facilita
el cierre del circuito es realizado por el controlador, así como la selección de
modulación (BPSK o QPSK), código tipo y tasa del FEC, tasa de datos, frecuencia del
sintetizador de FI, habilitación/deshabilitación del codificador diferencial, etc. La
configuración de cada una de estas selecciones puede ser hecha utilizando comandos
a través del puerto del control remoto, o usando los botones de selección del panel de
control y el display LCD.
Operación del Demodulador en banda L.
Un diagrama de bloques del demodulador en banda L se muestra en la figura
3.17. El demodulador de Banda L se describe lo mejor posible siguiendo el recorrido de
la señal del path desde la entrada RF panel trasero con un conector F, de todas
maneras el reloj de la banda base y de las señales de datos son proporcionados al
módulo de interfaz de datos a través del backplane (bus).
32
Figura 3.17. Diagrama de bloques Demodulador Banda L.
Como se muestra en la figura, la entrada RF se amplifica y se divide para
proporcionar una versión protegida para el puerto de salida de video. La señal de salida
de video puede ser usada para el funcionamiento de un sistema de diagnóstico, como
ayuda para apuntar la antena, u otras señales que pueden estar disponibles en la
transmisión vía satélite entrante. El recorrido de la señal principal contiene un
atenuador cambiable bajo control del microprocesador que limita la energía presentada
al filtro de rastreo y primer mezclador.
La señal es reducida por un oscilador local a una frecuencia intermedia de
aproximadamente 139 MHz. La FI es entonces transformada en señal de Banda Base
gracias al conversor reductor.
Después la señal se digitaliza, todo el proceso de señal restante se hace en el
dominio digital. El primer bloque digital encontrado después de los convertidores
análogo-digital (A/D)es un filtro digital de la banda base. Este filtro patentado ASIC
(Application Specific Integrated Circuit) es un software programable que realiza una
formas variadas de filtros ecualizados, con una tasa de datos desde 9,6 Kbps a 2,2
Mbps.
33
Las muestras filtradas entonces, pasan al procesador digital ASIC del
demodulador. Este procesador cierra los loops para la portadora FI, y el amplificador
de AGC, todo bajo control digital. La portadora y el reloj de frecuencia que sigue al
loop se controla usando un sintetizador digital ASIC directo en los bloques del
sintetizador del FI y del sintetizador del reloj digital.
El símbolo del canal demodulado es enviado al procesador del demodulador por
un decodificador FEC, ya sea Viterbi o Secuencial, con tasas que pueden ser de ½, ¾,
⅞ o 1/1. Toda la configuración del DT7000 es por software controlado. La configuración
se almacena en una memoria no volátil.
El demodulador se divide en un decodificador Secuencial o Viterbi, luego de
elegido el decodificador, pasa a un decodificador diferencial y termina en una puerta
V.35 sincrónica. El decodificador acepta los símbolos de canal y de reloj desde el
procesador del demodulador, y entrega al usuario data (RD) como salida. Acompaña a
la data de recepción, el reloj de recepción (RT) el cual es entregado por el bloque
Sintetizador de Reloj Digital. Este sintetizador genera un símbolo de reloj para el
procesador del demodulador y un reloj de datos de recepción para acompañar los
datos recibidos. Este reloj está relacionado como una función de modulación tipo y una
tasa de código.
El reloj de recepción y el de datos (RT y RD) son proporcionados desde el
módulo demodulador al módulo de interfaz de datos a través del backplane del
DT7000.
Operación del Módulo de Interfaz de Radiofrecuencia en Banda C (C-
RFIM).
Un diagrama de bloques del RFIM en Banda C se muestra en la figura 3.19. El
RFIM en Banda C proporciona la generación de una señal de referencia, una señal de
34
transmisión conversora elevadora del path, una señal de recepción del path y un enlace
bidireccional de la tarjeta de Monitoreo y Control (M&C) entre la ODU y la IDU.
Figura 3.18 Diagrama de Bloques RFIM Banda C.
La generación de referencia la conforma un OCXO de 10MHZ (Oven Controller
Crystal Oscillator) que es multiplicado por 5 para obtener 50 MHz, ésto para proveer de
una frecuencia de refencia a la ODU. Los 10 MHz son multiplicados a 20 MHZ para
entregar una señal al modem de referencia.
La entrada de transmisión FI (centrada alrededor de 72 MHz) se mezcla con la
señal digitalmente sintetizada de 862 MHz para crear una salida de Transmisión FI
centrada alrededor de 790 MHz.
La entrada de recepción FI (en el rango de 950 a 1450 MHz) es filtrada a la
interface IFL y aplicada al modulador.
Los datos enviados por la tarjeta M&C desde el microprocesador están
representados por la presencia (ON) o ausencia (OFF) de una portadora de 3.6864
MHz. Esta señal se aplica a la interfaz IFL, convirtiéndose en dato digital y enviándose
al microprocesador.
35
La interfaz de modem proporciona una ruta para los datos enviados a y desde el
módem a través de la interfaz de bus de la IDU. El microprocesador se comunica con
el módem a través de la interfaz de bus de la IDU.
• Módulos de interface de datos.
El DT7000 soporta distintas interfases de datos standard con un número de
módulos verticales insertables. Muchos módulos son funcionalmente idénticos, se
diferencian sólo en la interfaz de datos DTE en la parte eléctrica y mecánica. Una vez
que los niveles únicos de la señal se conviertan a los niveles de lógica digital, cada
módulo opera de la misma manera.
Un diagrama de bloques funcional de un módulo de interfaz de datos se
muestra en la figura 3.19. El módulo de interfaz de datos sirve principalmente como un
switch de enrutamiento de datos y reloj. El loopback de datos cercano, el loopback de
datos lejano y los paths de datos son todos seleccionados y controlados por éste
módulo. Señales tales como Request-to-Send y Clear-to-Send, son válidas si el
DT7000 está configurado para responder a las señales de control de datos.
Figura 3.19 Diagrama de bloques del módulo de interfaz de datos.
36
Como se muestra en la figura, todos los módulos de interfaz de datos poseen
una característica incorporada de BERT (Bit-error-rate-tester), probador de tasa de bit
erróneo. Este BERT puede operarse desde el panel de control frontal del DT7000 o
desde la interfaz de control remoto. Funciona apropiándose de la transmisión de datos
del usuario con BERT de datos generados, y monitoreando la recepción de datos para
la medición de bits erróneos, error de bloques, etc.
La tarjeta de interfaz de datos es normalmente operada como full-dúplex, con un
solo cable de datos entre el DT7000 y el DTE del usuario, transmitiendo y recibiendo
datos en ambas direcciones.
El path de transmisión proporciona transmisión de datos, reloj y señales de
control para el modulador y el path de recepción proporciona recepción de datos, reloj y
señales de control desde el demodulador.
• Enlace de interfacilidad (Interfacility link, IFL).
El IFL de banda C está compuesto de dos cables: un cable coaxial blindado y un
cable de energía DC multiconductor. La selección del cable apropiado y la instalación
son muy importantes para obtener un óptimo resultado del funcionamiento del sistema.
La IDU puede estar separada de la ODU un máximo de 120 metros a través del IFL.
El cable coaxial IFL en banda C soporta las interfaces de TX FI y RX FI, un
radio de referencia de 50 MHz y una interfaz OOK de 3.6864 MHz para el radio de
Monitoreo y Control. El espectro del cable IFL se muestra en la figura 3.20.
Figura 3.20. Espectro de cable IFL para Banda C.
37
CAPÍTULO IV
4.- Antecedentes y componentes de los sistemas de comunicaciones satelitales.
El análisis del enlace de un sistema de comunicaciones tiene por objeto lograr
un desempeño específico para una señal que se transmite de un punto a otro. En un
enlace por satélite la transmisión se ve afectada por la potencia del enlace
descendente, los efectos de la propagación atmosférica y el ruido del satélite y el
terminal terrestre. Sin embargo, en casi todos los casos el principal factor limitativo está
dado por los parámetros del enlace descendente del satélite.
Considérese el enlace por satélite ilustrado en la figura 4.1, compuesto por tres
segmentos principales: (i) la estación terrena transmisora y los medios del enlace
ascendente; (ii) el satélite; (iii) los medios del enlace descendente y la estación terrena
receptora.
Figura 4.1 Enlace típico por satélite.
38
4.1.- La estación terrena transmisora y los medios del enlace ascendente.
4.1.1.-Ganancia de la antena (G).
Una antena transmisora concentra la potencia transmitida en dirección al
receptor, en vez de radiar en otras direcciones. De no haberse concentrado así, dicha
potencia se hubiera transmitido en forma pareja en todas las direcciones, lo que
hubiera constituido una radiación isótropa. Sin embargo, como la potencia se
concentra, se produce una ganancia de la señal con respecto a la potencia que se
hubiera recibido si el elemento transmisor hubiera sido un radiador isótropo.
La ganancia de la antena se define con la siguiente fórmula:
GdBi = 10 log η + 20 log f + 20 log d+ 20.4 dB (4.1)
La ganancia de una antena de 1 m2 con una eficiencia del 100 % es igual a:
G(1m2 dBi) = 20 log f + 21.4 dB (4.2)
siendo:
η= eficiencia de la antena
d= diámetros de las antenas (en metros)
f= frecuencia operativa (en GHZ)
20.4 dB = valor constante que surge de la expresión 10log{(1*109*π)/c}
De estas ecuaciones se desprende que la ganancia depende tanto del tamaño
de la antena (a mayor tamaño, mayor ganancia) como de la frecuencia de trabajo. Por
otra parte, en bandas C y Ku el valor de la ganancia de una antena en el enlace
ascendente difiere del valor en el enlace descendente.
39
4.1.2.-Potencia isótropa radiada equivalente (PIRE).
La ganancia de una antena direccional permite hacer un uso más económico de
la potencia de radiofrecuencia suministrada por la fuente. Por lo tanto, la PIRE se
expresa como función de la ganancia de transmisión de la antena (GT) y de la potencia
transmitida (PT) que le llega a la misma.
PIREdBw= 10 log Pt + GTdBi. (4.3)
siendo:
PT = potencia de entrada a la antena (en watts)
GTdBi = ganancia de la antena transmisora (en dBi)
La PIRE debe controlarse con precisión, para que no se produzcan
interferencias en las portadoras adyacentes y cocanal (PIRE elevada) ni se deteriore la
calidad del servicio (PIRE baja).
4.1.3.- Pérdidas de transmisión.
4.1.3.1.- Pérdidas en el espacio libre.
Si una antena isótropa radia una potencia igual a Pt, la potencia del haz se
distribuye uniformemente como una esfera centrada alrededor de la propia antena. La
potencia por unidad de superficie (nivel de iluminación) a una distancia D del punto de
transmisión surge de la siguiente ecuación:
W= Pt/4πD2 (W/m2) (4.4)
40
Conforme la antena transmisora concentra la energía (es decir, tiene una
ganancia), la ecuación pasa a ser:
W= Gt.Pt/4πD2 (W/m2) (4.5)
ó
W dBw/m2= PIREdBw - 20log D - 71dB (4.6)
siendo:
Gt.Pt = PIRE
W = nivel de iluminación
D = distancia en km
71 dB = 10 log (4π*106 )
Una antena receptora capta la señal; la cantidad de señal captada depende del
tamaño de dicha antena. La potencia recibida (Pr) es dada por la expresión:
Pr= W * Ae (vatios) (4.7)
Siendo Ae la apertura efectiva de la antena receptora definida como: Ae = ( λ2/4π)/Gr
Luego,
Pr= [Gt.Pt/4πD2]*[ ( λ2/4π)/Gr] (4.8)
Pr= [Gt.Pt] * [4πD/λ]2 * [1/Gr] (4.9)
La expresión [4πD/λ]2 se conoce como pérdida básica en el espacio libre, o Lo.
Dicha pérdida básica se expresa en decibelios de la siguiente forma:
41
Lo= 20 log D + 20 log f + 92.5 dB (4.10)
Siendo:
D= distancia (en kms) entre el transmisor y el receptor (en este caso, el satélite y
la estación terrena, respectivamente), también conocida como distancia oblicua.
f= frecuencia (en GHz)
92,5 dB es un valor constante que surge de la expresión 20log{(4π*109*103 )/c}
Si la ecuación (5.9) se expresa en decibelios, se obtiene:
PrdBw= PIRE – Lo+ Gr (4.11)
Si en la ecuación (4.11) se considera que Gr es la ganancia de una antena de
1m2 con una eficiencia del 100 %, Pr será el nivel de iluminación por unidad de
superficie (en dBw/m2) y, por lo tanto, el nivel de iluminación de la ecuación (4.6)
también se podrá expresar de la siguiente manera:
W dBw/m2 = PIRE – Lo + G1m2 (4.12)
4.1.3.2.- Distancia del satélite a la estación (D).
La distancia D que media entre un satélite geoestacionario y una estación
terrena se puede calcular como:
D= { r2 + S2 – 2rS(Cos C)}1/2 (4.13)
Siendo r= radio terrestre en el Ecuador (6.378,14 km)
S= radio de geosincronicidad del satélite (42.164,57 km)
C= Cos-1[cos υ1.cos(υs-υe)}
42
υ1= latitud de la estación terrena
υs= longitud del satélite
υe= longitud de la estación terrena
4.1.3.3.- Otras pérdidas.
Además de las pérdidas básicas en el espacio libre (Lo), la onda radioeléctrica
también está expuesta a los fenómenos de absorción atmosférica y pluvial. Tampoco
se deben olvidar las pérdidas debidas a la desalineación de las antenas..
• Pérdidas atmosféricas.
La atmósfera tiene varias “ventanillas” radioléctricas donde la atenuación de las
ondas radioeléctricas es muy pequeña. Dicha pérdida se debe a que esas ondas
absorven gases atmosféricos, como el oxígeno y el vapor de agua. Tal característica
depende de la frecuencia, el ángulo de elevación, la altura sobre el nivel del mar y la
humedad absoluta. A frecuencias inferiores a los 10 GHz, generalmente se la puede
ignorar. Su importancia aumenta con las frecuencias superiores a los 10 GHz,
especialmente para ángulos de elevación bajos. En el cuadro 4.1 se ilustra un ejemplo
del valor medio de las pérdidas atmosféricas para un ángulo de elevación de 10º.
Pérdida Atmosférica Frecuencia (f) en GHz
0,25 2 < f < 5
0,33 5 < f < 10
0,53 10 < f < 13
0,73 13 < f
Tabla 4.1 Ejemplo de atenuación atmosférica.
43
• Efectos de la lluvia:
El efecto atmosférico más grave al que está expuesto un enlace por satélite es el
de la lluvia. Ésta atenúa las ondas radioeléctricas por dispersión y porque absorbe la
energía de las mismas.
La atenuación por lluvia aumenta con la frecuencia, siendo más perjudicial en
banda Ku que en banda C. Para lograr una disponibilidad adecuada del enlace se debe
transmitir suficiente potencia adicional como para contrarrestar la máxima atenuación
adicional causada por la lluvia. Si bien la predicción de dicha atenuación es un proceso
estadístico, se han diseñado numerosos modelos cuyos resultados concuerdan bien
con las observaciones experimentales. Dichos modelos se relacionan con la frecuencia
de funcionamiento, las estadísticas pluviales por ubicación geográfica y la
disponibilidad propuesta para el enlace.
En el cuadro 4.2 se indican valores típicos de márgenes por lluvia. Nótese que
conviene hacer una predicción fiable de la atenuación por lluvia para poder determinar
en forma realista la disponibilidad del enlace y así establecer el margen
correspondiente que resulte adecuado.
Margen por lluvia (dB) Banda Tipo de
enlace
Indisponibilidad
del enlace
BER
Degradada
BER a
cielo
despejado
Enlace
Ascendente
Enlace
Descendente
C IBS Básico 0.04% 10-3 <10-8 3 3
IDR 0.04% 10-3 <10-7 3 3
Ku IBS Básico 1.00% 10-3 <10-8 2.5 3.5
Súper IBS 0.04% 10-3 <10-8 7 13/11
IDR 0.04% 10-3 <10-7 7 13/11
Tabla 4.2 Valores típicos del margen de lluvia en función de la disponibilidad del enlace
44
• Pérdidas debidas a la desalineación de las antenas.
Al establecer un enlace por satélite, lo ideal es que la antena de la estación
terrena esté alineada como para lograr un máximo de ganancia, pero en condiciones
normales existe un pequeño nivel de desalineación debido al cual el valor de la
ganancia disminuye unos pocos décimos de dB. Esa pérdida de ganancia se puede
estimar en base al tamaño de la antena y el tipo y exactitud de seguimiento; esto debe
hacerse al calcular tanto el enlace ascendente como el descendente. En la tabla 4.3 se
indican valores típicos para las antenas en banda C. Para diámetro de antenas
mayores siempre será necesario recurrir al seguimiento, y en esos casos el valor de las
pérdidas por desalineación se puede considerar igual a 0,5 dB tanto para el enlace
ascendente como para el descendente.
Diámetro de
la antena (m2)
G/T
(dB/k)
Ganancia de transmisión 6 GHz (dBi)
Ganancia de recepción
4 GHz (dBi)
Pérdida en el enlace asc.
dB
Pérdida en el enlace des
dB
Seguimiento
1.2
11.6 35.6 32.1 0 0 Fijo
1.8
15.1 39.2 35.6 0 0 Fijo
2.4
17.6 41.7 38.1 0.4 0.2 Fijo
3.6
21.6 45.6 42.1 0.7 0.4 Fijo
7
27 51 47.4 0.9 0.9 Manual
11
31.7 54.9 51.4 0.5 0.5 Escalonado
Tabla 4.3 Características de desempeño de las E/T (banda C-eficiencia de las antenas:
70%)
4.1.4.- Factores de ajuste debidos a la ubicación geográfica.
El diagrama de radiación de las antenas de los satélites tiene un haz de borde
definido ( ver figura 4.2), al cual se refieren los valores de PIRE, el G/T y la densidad de
flujo. En el análisis del enlace se pueden aplicar factores de ajuste para tener en cuenta
la ubicación de una estación terrena dentro del haz del satélite. Dichos factores,
45
conocidos como factores Beta, corrección del ángulo de mira o ventaja del diagrama de
radiación, se aplican a todos los haces del satélite, a excepción de los globales.
El factor Beta se define como la diferencia entre la ganancia en el borde del haz
del satélite y la ganancia en dirección de una estación terrena. Para cada estación se
deben tener en cuenta los factores Beta tanto del enlace ascendente (βu) como del
descendente (βd), porque la cobertura del enlace ascendente difiere de la del haz
descendente incluso para una misma estación (y aún para el mismo haz).
Estos factores pueden calcularse en forma muy elemental a partir de la
cobertura de los haces del satélite, donde las líneas o contornos de la proyección
representan incrementos de 1 dB desde el borde del haz.
Figura 4.2 Ejemplo de ventaja entre dos estaciones terrenas debida al diagrama de
radiación.
46
4.2.- Los medios del enlace descendente y la estación receptora.
4.2.1.- Coeficiente de calidad (G/T).
En todo sistema de transmisión, el ruido es el factor que más afecta a la calidad
de todo el enlace; la expresión matemática G/T dBk se conoce como la medida de la
“bondad” de un sistema de recepción. Intelsat exige un valor de G/T específico para
todos los tipos de estaciones terrenas, lo que significa que si la estación terrena en
cuestión cumple con la especificación de G/T correspondiente, INTELSAT le
suministrará suficiente potencia desde el satélite para satisfacer las características de
todos los servicios.
4.2.2.- Ruido térmico.
El ruido térmico es el voltaje de ruido proveniente del movimiento aleatorio de los
portadores de la carga, que por lo general son los electrones. Tal agitación aleatoria del
nivel atómico es una característica universal de los elementos cuando su temperatura
está por encima del cero absoluto.
Se puede demostrar que el ruido total disponible proveniente de una carga
resistiva adaptada es igual a :
Pn = KTB (Watts) (4.14)
Siendo K= constante de Boltzmann (1,374 X 10-23 Joules/ Kelvin)
T= temperatura de ruido equivalente (en grados Kelvin)
B= anchura de banda del ruido (en Hz).
De esta ecuación se desprende que:
a) Una carga le transmite un máximo de KTB watts de ruido a un receptor adaptado.
47
b) La potencia del ruido disponible guarda una relación directa con la temperatura
absoluta de la fuente de ruido.
c) Si se conoce la temperatura equivalente, también puede conocerse la potencia del
ruido.
Por lo tanto, una antena con una impedancia característica igual a Za le transmite al
receptor adaptado una potencia de ruido igual a KTB watts. Pero, como componente
activo del sistema, el receptor también produce su propio ruido, además del que le
proviene de afuera, por lo cual el ruido total a la salida del receptor será igual a:
Nt = (KTB)G + δN (4.15)
Siendo (KTB)G = ruido de entrada al receptor, multiplicado por la ganancia del
mismo y medido a su salida
ΔN = ruido adicional generado en el receptor y definido como ΔN= KTeB
Te = temperatura de ruido equivalente para el receptor.
La temperatura de ruido equivalente (Te) de una unidad se define como la
temperatura a la que habría que elevar un resistor adaptado ubicado a la entrada de
una unidad idéntica pero sin ruido, para obtener a la salida la misma potencia de ruido
que la de la unidad en cuestión. La relación del ruido de salida adicional, es decir, entre
el ruido interno de una unidad y el ruido de entrada amplificado, si la unidad estuviera
libre de ruido, se conoce como factor de ruido, cuya expresión es la siguiente:
F = 1 + (Te/To) (4.16)
48
Por su parte, la temperatura de ruido equivalente puede averiguarse a partir del
factor de ruido de una unidad mediante la siguiente fórmula:
Te = (F-1)To (4.17)
Siendo F= factor de ruido de una unidad
Te= temperatura equivalente en grados Kelvin.
To= temperatura ambiente: 290 grados Kelvin.
4.2.3.- Temperatura de ruido de las antenas.
La potencia del ruido que ingresa en el receptor ( en este caso el LNA) desde la
antena equivale al producido por un resistor adaptado ubicado en la entrada del LNA
con una temperatura física igual a Tant.
Si un cuerpo puede absorber radiaciones, también puede generar ruido. Por lo
tanto, la atmósfera genera un cierto nivel de ruido, y el mismo razonamiento puede
aplicarse al terreno que rodea a la antena receptora de una estación terrestre. Si se
pudiera hacer que el lóbulo principal de una antena iluminara el terreno, la temperatura
de ruido del sistema aumentaría aproximadamente unos 290ºK. Afortunadamente, los
actuales satélites síncronos requieren ángulos de elevación vertical de 5 o más grados.
Si la directividad de la antena fuera tal que el 5% de su energía radiada iluminara el
terreno y fuera absorbida por éste, la misma antena utilizada para la recepción
aportaría 5/100X290ºK, es decir, 14,5 ºK de ruido.
Toda antena tiene lóbulos laterales, incrementados por el “desbordamiento”
proveniente del borde del reflector parabólico y la dispersión de energía causada por el
excitador de las guías de ondas o por el subreflector y su estructura de soporte. Todos
estos factores afectan a la temperatura de ruido de la antena.
49
La temperatura de ruido de la antena es una función compleja que depende del
diagrama de ganancia de la misma, el ruido de fondo. La temperatura del cielo, la
temperatura de ruido atmosférico equivalente y la temperatura de ruido del sol. La
figura 4.3 es una curva típica de la variación de la temperatura de ruido de la antena en
función del ángulo de elevación. Generalmente, el valor mínimo corresponde al cenit;
para una antena con pocas pérdidas (lóbulos laterales pequeños), ese valor oscila
entre 15 y 20 K, y aumenta abruptamente para ángulos de elevación inferiores a 10º.
Figura 4.3 Temperatura de ruido de una antena en función del ángulo de elevación.
4.2.4.- Temperatura del sistema.
La temperatura de ruido del sistema de una estación terrena es la sumatoria de
las temperaturas de ruido del receptor y la antena (incluidos el alimentador y las guías
de ondas), y del ruido celeste captado por la antena.
50
Tsistema = Tant / L + (1-1/ L) To + Te (4.18)
Siendo:
L = pérdida del alimentador en valor numérico.
Te = temperatura de ruido equivalente del receptor.
To = temperatura normal de 290 ºK.
Tant = temperatura de ruido equivalente de la antena según las indicaciones del
fabricante.
De la ecuación 4.18 se desprende que las pérdidas de las guías de onda tienen
una gran repercusión en la temperatura de ruido del sistema. Por ejemplo, si los
componentes de las guías de ondas producen una atenuación de 0,3 dB entre la
antena y el preamplificador del receptor, ello se traduce en un aporte de unos 19 K a la
temperatura de ruido del sistema. Las pérdidas del alimentador deben ser lo más bajas
posible, porque de lo contrario se pierden los beneficios de las antenas y los
amplificadores de bajo ruido. Es por ello que los LNA se instalan lo más cerca posible
del alimentador de la antena.
4.2.5.- Cálculo del factor de calidad (G/T).
De lo que antecede se desprende que el factor de calidad (G/T) se puede
calcular fácilmente con la siguiente expresión:
G/TdB/K = GananciadBi – 10 log T sistema (4.19)
Dado que la ganancia de la antena depende de la frecuencia, el factor G/T se
debe normalizar a una frecuencia conocida (generalmente, 4 u 11 GHz), restando de la
51
ecuación 4.19 la expresión 20 log (f / fo) (siendo fo igual a 4 u 11), en la cual “f” indica
la frecuencia en GHz.
4.2.6.- Relaciones portadora a ruido.
Uno de los parámetros clave para medir el desempeño de un enlace es la
relación entre la potencia de la portadora receptora y la potencia de ruido total del
receptor (C/N); dicho parámetro se define con la siguiente expresión:
C/N = Pr / Pn (4.20)
Pr y Pn se han definido en las ecuaciones 4.9 y 4.14; ésto conduce a la siguiente
expresión:
C/N = {PIRE.Gr} / {KtsistemaB}.Lo (4.21)
Dicha expresión demuestra la forma en que los parámetros del enlace específico y
las características del receptor afectan a la relación C/N de este último. Esto asume la
siguiente expresión logarítmica:
C/NdB = PIREdB – LodB + G/TdB/k – 10logK* - 10logB (4.22)
Siendo
Lo = pérdidas en el espacio libre.
G/T= factor de calidad del receptor.
K* = constante de Boltzmann ( o expresado en dB=-228,6 dBW/K).
B = anchura de banda ocupada de la portadora.
52
Dado que la anchura de banda del receptor (B) depende a menudo del formato
de modulación, en general se aíslan los parámetros de potencia del enlace
normalizando la dependencia de la anchura de banda. La nueva relación se conoce
con el nombre de relación de portadora a densidad de ruido (C/No)
C/NodBHz = PIREdB – Lo dB + G/TdB/k – 10log K (4.23)
Se puede hallar una expresión aún más simple en términos de la relación de
portadora a temperatura de ruido del sitema.
C/T dB/k = PIREdB – Lo dB + G/TdB/k (4.24)
En términos del nivel de iluminación (factor W de la ecuación 4.6), la expresión
asume la siguiente forma:
C/T dB/k = W dBW/m2+ G/TdB/k - G1m2 dBm2 (4.25)
La relación C/No permite calcular directamente la relación entre la energía
binaria y la densidad de ruido del receptor como:
Eb/No = C/No dBHz – 10log (velocidad digital*) (4.26)
*La expresión “velocidad digital” se utiliza en este caso porque la relación energía por
bitio a densidad de ruido (Eb/No) puede referirse a distintos puntos con diferentes
velocidades dentro del mismo módem.
53
4.2.7.- Otros aportes de ruido.
Para poder calcular la calidad de un enlace es necesario averiguar el ruido total
del mismo, lo que significa que se deben tener en cuenta todos los aportes de ruido
provenientes de distintas fuentes. Estos son:
Ruido de intermodulación en el amplificador de potencia del satélite.
Dicho valor se da en dBW/4KHz; para convertirlo a C/T se debe realizar lo
siguiente:
C/Tsat IM = PIREsat – (valor SATIM) + 10log 4KHz – 228,6 dBW/K (4.27)
Siendo PIREsat = PIRE de la portadora
Valor SATIM = valor de la intermodulación producida en el transpondedor del
satélite.
Ruido de interferencia proveniente de señales polarizadas en forma
ortogonal: Dicho valor se da en dB como relación portadora a interferencia
(C/I); para convertirlo a C/T se debe utilizar la siguiente expresión:
C/T CO= C/ IdB + 10log (ancho de banda ocupado por la portadora) – 228,6 dB (4.28)
en la cual el ancho de banda ocupado de la portadora es la de la portadora para la cual
se está realizando el cálculo.
Ruido de intermodulación en el HPA de la estación terrena : Este valor
sólo se considera si la reducción de potencia del HPA es de menos de 7 dB
funcionando con portadoras múltiples.
54
PIRE IM 4KHz = PIREIM – 10 log (ancho de banda IM/4KHz) (4.29)
C/TIM E/S = PIRE(portadora en ensayo) – (PIRE IM 4 KHz) + 10log 4KHz – 228,6 dB
(4.30)
Siendo
PIREIM la PIRE de intermodulación medida a la salida del HPA y PIREIM 4 KHz la
PIRE de intermodulación convertida a un ancho de banda de 4 KHz.
4.3.- Relación portadora a temperatura de ruido del sistema (C/Tt ) para todo el
enlace.
El valor de la relación C/Tt para toda la portadora se obtiene de las relaciones
precedentes, mediante la siguiente ecuación:
1 / (C / Tt ) = 1/ (C/Tup) + 1/ (C/Tdown) + 1/ (C/THPAIM) + 1/ (C/TsatIM)+ 1/ (C/Tco)
(4.31)
Las relaciones C/T en esta fórmula están en valores numéricos, por lo que la
relación C/T total debe convertirse a una relación logarítmica. Por otra parte, la relación
C/T total, según se indica en la figura 4.4, será más baja que la C/T más reducida.
Por lo tanto, en un enlace por satélite, el enlace ascendente debe mantenerse
estrictamente en un nivel nominal; un nivel bajo de PIRE equivale a una relación c/No
baja, pero una PIRE más elevada no significa necesariamente una relación C/No mejor.
55
Figura 4.4 Variación de la relación (C/No) en función de la potencia de la portadora.
4.4.-El transpondedor del satélite.
Los transpondedores cumplen la misma función que el repetidor de un enlace de
microondas, es decir, que reciben una señal de la Tierra y la retransmiten nuevamente
a la Tierra tras amplificarla y haber convertido su frecuencia. Los recursos de satélite
son compartidos por muchas estaciones terrenas de distintos tipos (A, B, C, D, E y F) y
por lo tanto con distintas demandas de capacidad; dicha demanda puede variar entre
un ancho de banda de 51,2 KHz ( para una portadora de 64 Kbit/Seg con una FEC de
relación ¾ ) y un transpondedor entero.
Además del ancho de banda, los parámetros de un transpondedor son los
siguientes:
a) Densidad de flujo de saturación ( dBW/ m2)
56
b) G/T de recepción (dB/k)
c) PIRE de saturación (dBW)
La densidad de flujo de saturación es la densidad total del flujo de potencia que
llega al satélite desde el segmento terrestre, y que produce la PIRE de saturación
proveniente del satélite.
4.4.1.- Punto de funcionamiento del transpondedor.
Dado que el amplificador de potencia de salida del transpondedor no es
un dispositivo lineal, debe funcionar por debajo del punto de saturación a fin de evitar
las distorsiones no lineales.
Por lo tanto, para lograr ese punto debe recurrirse a la reducción de la potencia
de entrada y de salida ( véase la figura 4.5), lo que, en un TWTA típico, representa un
derroche de la potencia disponible. Existen dos métodos para reducir al mínimo ese
derroche: uno consiste en utilizar los SSPA como amplificadores de la potencia de
salida, mientras que el otro, que se requiere para las aplicaciones de alta potencia, se
basa en el empleo de los TWTA con un linealizador (LTWTA). Ambos métodos mejoran
las características de intermodulación de los tranpondedores.
La reducción de la potencia de entrada (IBO) se define como la relación entre la
densidad del flujo de saturación y la densidad del flujo de operación de una portadora.
La reducción de la potencia de salida (OBO) se define como la relación entre la
PIRE de saturación y la PIRE de funcionamiento de una portadora.
Asimismo, la reducción de la potencia de salida (OBO) también puede definirse
como:
OBO = IBO – X (4.32)
57
Siendo X la relación de la ganancia de compresión entre la reducción de la potencia de
entrada y de salida; dicho valor es distinto en el caso de una sola portadora o de
portadoras múltiples (según se desprende de la figura 4.5).
De dichos cuadros se obtienen los siguiente ejemplos:
X = 5,5 dB para un TWTA en conectividad hemisférica/ hemisférica de un INTELSAT
VI.
X = 1,8 dB para un SSPA en conectividad hemisférica/ de zona de un INTELSAT VII.
X = 1,7 dB para un LTWTA ubicado en un haz pincel en banda Ku de un INTELSAT
VII- A.
58
Figura 4.5 Características de transferencia de los transpondedores y generación de
productos de intermodulación.
59
4.4.2.- PIRE de funcionamiento del transpondedor
La PIRE del satélite surge de la ecuación:
PIREop = PIRE saturación – OBO (4.33)
4.4.3.- Densidad de flujo de potencia del satélite en la superficie terrestre.
Las posibilidades de interferencia proveniente del satélite transmisor se limitan
reduciendo en la superficie terrestre la densidad de flujo de potencia máxima producida
por un satélite; dichos límites varían en función del ángulo de llegada. En la tabla 4.4 se
indican los límites de la densidad del flujo de potencia (PAD) en la superficie terrestre
en función del ángulo de elevación y en relación con un ancho de banda de 4 KHz.
Es posible realizar una evaluación en cada caso aplicando la siguiente
expresión:
PAD 4KHz = W – 10log (B/4KHz) (4.34)
Siendo W el nivel de iluminación definido en la ecuación 4.6 y calculado para el
enlace descendente y B el ancho de banda ocupado de la portadora.
Para cumplir con la especificación, todas las portadoras deben contar con
dispositivos de ensanchamiento del espectro, como los aleatorizadores en las
portadoras digitales.
60
Densidad de flujo de potencia máxima (dBW/m2) Banda de
Frecuencia (GHz)
0<δ<5 5<δ<25 25<δ<90 Anchura de banda de referencia
3.4 – 7.75
-152
-152 + 0.5(δ - 5)
-142
En cualquier
8.025 – 11.7
-150
-150 + 0.5(δ - 5)
-140
banda de
12.2 – 12.75
-148
-148 + 0.5(δ - 5)
-138
4 kHZ
Tabla 4.4 Densidad del flujo de potencia máxima permisible producida por un satélite
en función del ángulo de llegada ( δ)
61
Capítulo V
5.- Cálculos y diseño del enlace satelital recomendado.
5.1.- Cálculo teórico del enlace satelital recomendado.
Para obtener una calidad de enlace satelital óptima, lo primero que se debe de
hacer es calcular los parámetros de PIRE y C/T del enlace completo, tanto de subida
como de bajada. Se realizan estos cálculos por medio de fórmulas entregadas en el
Capítulo 4, además de valores estándar tanto del transponder del satélite como de las
antenas escogidas para el enlace.
Parámetros del Segmento Espacial:
PIRE de saturación del Transponder: 32.3 a 40.9 dBW
Ancho de Banda : 36 MHz
Densidad de flujo de potencia (ganancia elevada): -87 dBW/m2
G/T del sistema de recepción: -9.2 a +1.0 dB/k
Relación de compresión de ganancia del transponder: 1.8 dB
Parámetros
Estaciones
Puerto Edén
Punta Arenas
Latitud Sur 49°80’20’’
53° 09’
Longitud Oeste 74°27’10’’
70°54’
Diámetro de la antena
2,4 metros
11,8 metros
Ganancia de la antena (6 GHz)
41,7 dBi
55,1 dBi
Eficiencia de la antena
70 % 70 %
G/T del sistema 17,6 dB/k
31,7 dB/k
Ángulo de elevación
27.1° 27.4°
Factor β 0,6
1,7
Tabla 5.1.- Parámetros de las Estaciones.
62
Parámetros de la portadora:
Velocidad de la portadora: 128 Kbit/seg
Relación FEC: 1/2
Ancho de banda ocupado: 0,20250 MHz
BER típica en el punto de operación: 10-8
C/T en el punto de funcionamiento: -168,39 dB/k
C/No en el punto de funcionamiento: 60,072 dBHz
C/N en el punto de funcionamiento: 9 dB
Frecuencia de funcionamiento: 6.050 GHz/ 3.825 GHz
Distancia Oblicua:
Con la ecuación (5.13) donde D= { r2 + S2 – 2rS(cos C)} ½
Se obtiene para Punta Arenas:
D={ (6378,14)2 + (42164,57)2 – 2*6378,14*42164.57*(cos 0.45)}1/2
D= 39705,078 Kms
Por lo cual, la distancia de la estación Punta Arenas al satélite es: 39705,078 Kms
Así para Puerto Edén:
D={ (6378,14)2 + (42164,57)2 – 2*6378,14*42164,57*(cos 0.67)}1/2
D= 38185,905 Kms
Por lo tanto, la distancia del satélite a la estación Puerto Edén es: 38185,905 Kms
Pérdida en el espacio libre:
Con la ecuación (4.10) donde Lo = 20 log D + 20 log f + 92,5
Loup = 20 log (39705,078) + 20 log (6,050)+ 92,5
Loup = 200,11 dB para enlace ascendente a 6,050 GHz (Punta Arenas al satélite)
63
Lodown = 20 log (38185,905) + 20 log (3,825) + 92,5
Lodown = 195,79 dB para enlace descendente a 3,825 GHz (satélite a Puerto Edén)
PIRE del satélite:
De la ecuación (4.24) se sabe que C/T = PIRE- Lo + G/T; por lo tanto, se puede
calcular la PIRE del satélite.
PIREsat = C/T – G/T + Lodown – bd + margen
Siendo
Margen = margen por lluvia + margen de seguimiento (3,5 dB para el enlace
descendente)
C/T = C/T prevista en el punto de funcionamiento.
G/T = G/T de la antena receptora (Estación Puerto Edén)
PIREsat = -168,39 – 17,6 + 195,79 – 1,7 + 3,5
PIREsat = 11,6 dBW
La reducción de potencia se calcula con la ecuación (4.32) como:
Reducción de la potencia de salida (OBO):
OBO = PIRESATURACIÓN - PIREFUNCIONAMIENTO
OBO = 40,9 – 11,6
OBO= 29,3 dB
64
Reducción de la potencia de entrada (IBO):
IBO = OBO + X
IBO = 29,3 + 1,8
IBO = 31,1 dB
Densidad de flujo de funcionamiento del satélite (OFD, o nivel de iluminación W):
W = Densidad de flujo de saturación – IBO
W= -87,0 – 31,1
W= -118,1 dBW/m2
PIRE de la estación transmisora:
De la ecuación (5.12): PIRE = W + Loup - G1m2 - βu + margen
Siendo G1m2 = 20 log (6,050) + 21,4
G1m2 = 37,03 m2
Margen = 2,5 dB para la lluvia y el seguimiento ( margen en el enlace
ascendente).
PIRE = -118,1 + 200,11 – 37,03 – 0,6 +2,5
PIRE = 46,88 dBW
La potencia requerida del HPA es igual a: PHPA = PIRE – G + pérdidas de alimentación,
siendo G la ganancia de la antena transmisora.
Partiendo del supuesto de que hay 3,6 dB de pérdidas de alimentación, se obtiene:
PHPA = 46,88 – 55,1 + 3,6
PHPA = -4,62 dBW
65
Calidad de los enlaces:
C/Tup = PIRE – Loup + G/T + βu - margen
C/Tup = 46,87 – 200,11 + (-9,2) + 0,6 – 2,5
C/Tup = -164,34 dB/k
Productos de intermodulación de los satélites
Para la conectividad zona/zona de un satélite INTELSAT VII, el valor máximo de
la PIRE de intermodulación del transpondedor es igual a –37,0 dBW/4 KHz en el borde
del haz. Por lo cual, de la fórmula (5.27) :
C/T IMSAT = PIREsat - IMsat + 10log 4 –228,6
C/T IMSAT = 11,6 – (-37) –192,5
C/T IMSAT = -143,9 dBW/k
Interferencia Cocanal en los satélites
La interferencia cocanal máxima para la serie INTELSAT VII es: C/I = 19,0 dB.
Se puede utilizar la fórmula (4.28) para convertir este valor a C/T:
C/TCO = C/I + 10 log (anchura de banda ocupada) – 228,6
C/TCO = 19 + 10 log(127,9K) –228,6
C/TCO = -158,53 dBW/k
66
C/T de la estación receptora:
C/Tdown = PIREsat – Lodown + G/T + βu - margen
C/Tdown = 11,6 – 195,79 + 17,6+ 1,7 – 3,5
C/Tdown = -168,39 dB/K
De la ecuación 4.31 se obtiene el C/T Total:
1/ (C/T t) = 1/ (C/Tup) + 1/ (C/Tdown) + 1/ (C/T IMSAT) + 1/ (C/TCO)
Pasando a valor logarítmico se tiene:
10log(1/ (C/T t) = 1/ (10-164.34/10) + 1/ (10-168.39/10 ) + 1/ (10-143.9/10) + 1/ (10-158.53/10)
De donde:
C/T t = 14,7 dB
5.2.- Diseño del enlace satelital recomendado.
5.2.1.- Diagrama del servicio.
Se consideró para la puesta en marcha del servicio de telefonía y datos entre la
Capitanía de Puerto de Puerto Edén y la Gobernación Marítima de Punta Arenas el
equipamiento mostrado en la siguiente figura:
67
Figura 5.1.- Diagrama del servicio data telefónico entre Gobernación Marítima Punta
Arenas y Capitanía de Puerto en Puerto Edén.
5.2.2.- Cables y conectores a utilizar en la interconexión del sistema.
Para la interconexión entre la antena y la ODU del DT700, se utiliza el IFL
(Interfacility Link). Los cables IFL son fabricados conforme a los requerimientos del
equipo. El cable debe tener una durabilidad de a lo menos 10 años a la intemperie,
sujeto a soportar ambientes de polución, precipitaciones, humedad, radiación solar,
temperaturas extremas y vapores de agua salada de ambientes marinos. El cable debe
de ser lo suficientemente flexible a –10° C para permitir su instalación. Los cables IFL
son dos, un cable de energía y un cable coaxial, los que se muestran en la figura 3.6.
68
En esta instalación, se utilizaron los siguientes cables:
- Cable de poder DC del tipo multiconductor 16 AWG trenzado, con cubierta
de PVC, con una resistencia DC de 4.0 ohms a 305 metros como máximo.
Éste utiliza los siguientes conectores:
Figura 5.2.- Conector DC Banda C Indoor
- Cable coaxial RG-11, al cual se le instala en ambos extremos un conector
tipo F.
Figura 5.3. - Conectores tipo F macho
Para cualquier tasa de datos, existe también un impacto a la figura eficaz del
ruido del sistema (NF) debido a este cable coaxial. La degradación del sistema NF es
insignificante para cables de hasta 150 mts. En este caso se utilizaron 100 mts.
El coaxial IFL conecta la ODU con la tarjeta RFIM en banda C.
69
En la misma tarjeta RFIM en banda C, se tiene otro conector tipo F en la
posición J25 para la salida RxIF, el cual es utilizado para enviar la señal de recepción
en rangos de 950 a 1450 MHz al modulador de banda L a través de un cable coaxial.
También se tiene un conector BNC para la TxIF de entrada, ésta es la señal de
transmisión de la tarjeta moduladora de 70 MHz, unida también por un cable coaxial.
El módulo de interfaz de datos de entrada/salida RS-449 (RS-232) posee un
conector hembra tipo M de 34 pines, etiquetado como J12: Tx/Rx Data.
Figura 5.4.- Conector M-34.
5.2.3.- Programación DT7000.
Este equipo se instala en las oficinas de la Capitanía de Puerto en Puerto Edén.
El control del panel frontal del DT7000 proporciona al usuario capacidades de
monitoreo y control sin necesidad de utilizar un control remoto.
Los controles del panel frontal proveen de un acceso para varios comandos de
control local de la estación terrena. Utilizando la botonera se puede desplegar en la
pantalla LCD los comandos a utilizar. Algunos de estos comandos sirven para modificar
o simplemente desplegar parámetros de operación.
Los distintos comandos que conforman el menú de configuración se muestran el
la figura 5.5.
70
Figura 5.5 Árbol de Comandos.
La configuración del DT7000 es la siguiente:
Modulador:
Tx Data Rate: 128000 bps
Tx Freq: : 147337.500 KHz
Tx Sym Rate: 128000 sps
Tx Code Rate: Seq ½
Tx Mode Tipe: QPSK
Tx Diff Encoding: On
Tx Filter Type: ComStrm
Tx Pwr Level: -15 dBm
71
Tx Pure Carrier: Off
Tx Clock Source: Loop
Tx Srambling: ComStrm
Demodulador:
Rx Data Rate: 128000 bps
Rx Freq : 147225.000 KHz
Rx Sym Rate: 128000 sps
Rx Code Rate: Seq ½
Rx Mod Type: QPSK
Rx Diff Decoding: On
Rx Filter Type: ComStrm
Acquisition:
Rx Descrambling: ComStrm
M&C:
Baud Rate: 1200
Remote Control: RS-232
Remote Dat/Par: 7/ODD
Protocol: ASCII
Tx Active IO: 2
Rx Active IO: 2
5.2.4.- Programación CM601.
Este modem está ubicado en la Radio Estación Entel de Punta Arenas. Se
configuró a través de los comandos del panel frontal. A continuación se entrega listado
de parámetros de modem ComStream CM601.
72
La programación del modem es la siguiente:
Modem:
Tx Data Rate: 128000 bps
Rx Data Rate: 128000 bps
Tx IF: 147225.00 KHz
Rx IF: 147337.500 KHz
Tx Sym Rate: 64000 sps
Rx Sym Rate: 64000 sps
Tx Code Rate: seq ½
Rx Code Rate: seq ½
Tx Mode Type: QPSK
Rx Mode Type: QPSK
Tx Diff Encoding: On
RX Diff Decoding: On
Acquisition: Normal
Tx Pwr Level: -20.0 dBm
Tx Pure Carrier: Off
Buffer Clk Sel: Int (ST)
Buffer Delay: 128 mseg
Buffer Mode: Bypass
IO Type: V.35
IO Control: Cable
Tx Clock Source: Ext
SCC:
Baud Rate: 1200
Parity: ODD
73
Bits/Char: 7
Stop Bits: 1
Packet Adress: 11
Sat Adress: 11
Tx Inband Rate: 1200
Tx Inband Used: 1200
Rx Inband Rate: 1200
Rx Inband Used: 1200
Tx Sync / Data: Ratio 1/7
Rx Sync / Data: Radio 1/7
Xmit Out: 64000 bps
Rcv Out: 64000
Rcv In: 64000
Bypass: Tx/Rx
Data Mode: Packet
Data Source: RS-232
M&C:
Remote:
Baud Rate: 1200
Remote Control: 15-232
Remote Dat/Par: 7/ODD
Protocol: ASCII
Cabe hacer notar que el servicio llega a la Gobernación Marítima de Punta
Arenas desde la R/E Entel de Punta Arenas a través de línea física (par de cobre).
74
5.2.5.- Puesta en marcha del servicio.
5.2.5.1.- Instalación de Antena Satelital.
Lo primero que se hizo fue buscar el lugar más adecuado para instalar la antena
satelital. El lugar fue seleccionado y preparado por personal de la Capitanía de Puerto
de Puerto Edén en conjunto con personal de ENTEL S.A. La decisión se basó en las
siguientes consideraciones y condiciones locales:
- Clara visibilidad en la dirección del satélite.
- Ausencia de elementos como árboles, construcciones, caminos que permitan
el paso peatonal frente al alimentador, etc., que puedan causar el bloqueo de
la señal.
- El lugar debe estar libre de posibles interferencias de radiofrecuencia.
Después de encontrar el lugar más adecuado, se procedió a construir la base
(fundación) y cementación del lugar donde se montó la antena.
Luego de instalado el mástil de la antena se procedió a ensamblar el reflector. La
antena escogida fue una antena marca Prodelin de 2.4 mts tipo Offset, a la cual se
ensambló la alimentación en Banda C.
Luego, se escogió la polarización de la antena. Si una antena trabaja en
polarización lineal vertical (por ejemplo, perpendicular a la superficie del suelo), en
teoría sólo puede transmitir y recibir ondas verticalmente polarizadas (el campo
eléctrico ha de variar en una dirección perpendicular al suelo). Así, la antena no podrá
recibir una onda polarizada horizontalmente (paralela al suelo) y se dice entonces que
la antena no es capaz de trabajar con ondas de polarización cruzada. Esto mismo se
aplica al resto de polarizaciones. Por ejemplo, una antena que use polarización circular
a derechas no podrá recibir una onda polarizada circularmente a izquierdas. Si dos
antenas no utilizan la misma polarización, sufrirán una pérdida de potencia (desacoplo
de potencia).
75
Se pensó en un principio, trabajar con la antena linealmente polarizadas, lo cual
produjo un desacoplo de potencia porque las antenas de ambas estaciones no se
encuentran paralelas. Se pensó ajustar el sistema de referencia de la antena al del
satélite para alinear ambas antenas, pero se encontró una mejor solución utilizando
polarización circular. Además, aunque se consiguiese la alineación total entre las dos
antenas, la onda linealmente polarizada no llegaría con la misma dirección con la que
fue emitida. Ello es debido a que la dirección de polarización se altera cuando la onda
atraviesa la ionosfera. Sin embargo, el fenómeno no afecta a las ondas circularmente
polarizadas y llegan a su destino con la misma polarización.
Por otra parte, las antenas se suelen compartir entre el transmisor y el receptor.
Y como el enlace utiliza dos polarizaciones ortogonales, una para transmitir y otra para
recibir, el aislamiento entre transmisor y receptor se aumenta de forma considerable,
por lo cual, la polarización circular fue la seleccionada. Cabe hacer notar, como se
muestra en la figura, que al polarizador circular, se le adosó el OMT de polarización
cruzada, así se puede obtener tanto polarización circular derecha como polarización
circular izquierda.
Luego, se procedió al apuntamiento de la antena según el método explicado en
el Capítulo III. Así, se obtienen los siguientes resultados:
Azimuth: 22.7º
Elevación: 27.1º
76
Figura 5.6 Ensamble Polarización Circular y ODU Banda C.
5.2.5.2.- Prueba del servicio.
Como se puede observar en los puntos 5.2.3 y 5.2.4, en la configuración de los
equipos, se tiene la opción Tx Pure Carrier en OFF, ya que sólo se configuraron los
parámetros de los modem, pero no se levantaron las portadoras.
Al colocar la opción Tx Pure Carrier en ON se levantaron las portadoras en la
frecuencia entregada para comenzar a utilizar el enlace.
Al tener ambos modems configurados, y las portadoras de Transmisión y
Recepción levantadas, se procede a buscar en menú la opción Monitor para así revisar
los valores de Eb/No y AGC recibidos. También se puede conectar un analizador de
espectros a la entrada de la señal RF o en el punto monitor. Ahí se observa que la
77
portadora de Puerto Edén recibe un Eb/No de 7.7 dB, algo bajo, por lo cual con ayuda
del analizador de espectros se reorienta la antena un poco en sus ángulos de azimuth y
elevación. Así, al obtener el máximo Eb/No se obtienen los valores mostrados en la
tabla 5.2:
Monitor
Eb/No
Rx Offset
AGC Level
Input Level
Tx Clk
Rx Clk
ComStream DT7000
Puerto Edén
9 dB
1291 Hz
102
-
63.994 KHz
64.000 KHz
ComStream CM601
Punta Arenas
12 dB
1297 Hz
105
-48 dBm
64.000 KHz
63.994 KHz
Tabla 5.2. Valores entregados por el enlace en funcionamiento.
En la figura 5.7 se muestran las portadoras de Tx y Rx, obtenidas a través del
analizador de espectros colocado en el punto monitor de RF.
78
Figura 5.7.- Espectro de Portadoras Satelitales Punta Arenas- Puerto Edén (128 kbps)
Se puede observar que el valor de Eb/No obtenido en forma teórica es
levemente superior al obtenido en forma práctica al instalar el servicio.
El Eb/No obtenido de 12 dB para Punta Arenas y 9 dB para Puerto Edén son
valores óptimos, que garantizan el buen funcionamiento del enlace instalado.
El servicio solicitado se completó instalando un modem Martis SBM384 y un
router Cisco MC3810 en ambos extremos para obtener el enlace data telefónico
requerido.
Luego de instalados los equipos se procede a probar la voz, a través de anexos
directos entre Capitanía de Puerto de Puerto Edén y Gobernación Marítima de Punta
Arenas con excelentes resultados. Posteriormente se prueba llamando a la
Gobernación Marítima de Valparaíso con idénticos resultados, buena calidad de voz y
79
retardo imperceptible. Se prueba también la intranet de DIRECTEMAR, además del
servicio de internet (debe recordarse que existe doble salto satelital para llegar a otras
regiones del país a través del enlace satelital data telefónico, lo cual implica un retardo
de aproximadamente 500 mseg).
80
CAPÍTULO VI
6.- Conclusiones.
Se realizó el proceso previo necesario para la puesta en marcha de un enlace
satelital, ejecutando para ello, una serie de cálculos relacionados con las potencias
de enlace, tanto de subida como de bajada, así como las pérdidas de los mismos
por efecto de las condiciones atmosféricas, espacio libre o debidas a desalineación
de las antenas.
Los conocimientos básicos para lograr el apuntamiento efectivo de una antena
satelital, a través del azimuth y la elevación de la misma, se lograron a través de un
sencillo método que utiliza para este fin instrumentos tales como una brújula, un
inclinómetro y un analizador de espectros para visualizar la portadora en el espacio.
Las variables geográficas como la distancia entre estaciones, altura, latitud y
longitud, son datos poco relevantes al momento de diseñar un enlace satelital.
La distancia entre las estaciones no afecta la calidad del enlace.
Se realizó el diseño para comunicar la Dirección General del Territorio Marítimo y
Marina Mercante (en adelante DIRECTEMAR) con la Capitanía de Puerto de Puerto
Edén a través de otro tipo de enlace satelital antes de implementar el actual. Al
comienzo el diseño incorporó un sistema VSAT (Very Small Aperture Terminal), por
ser un enlace cómodo y sobre todo muy económico. Se diseñó el servicio completo,
se instalaría una antena VSAT en la Capitanía de Puerto de Puerto Edén , la cual
transmitiría y recibiría datos y telefonía desde un nodo o hub central ubicado en el
Telepuerto de Longovilo, cerca de Santiago, ya que en ese lugar existe un
concentrador de señales VSAT. De allí, la interconexión a DIRECTEMAR se haría
81
vía satélite hasta la Radio Estación Entel de Punta Arenas y de ahí vía par de cobre
al cliente en Punta Arenas.
Para la parte de datos el servicio funcionaba de manera aceptable, pero cuando
se probó la voz, ésta se apreció con un retardo impresionante de aproximadamente
5 segundos y con eco, con lo cual la calidad de ésta se tornó insuficiente, o sea,
muy mala. Este problema se suscitó producto de los muchos saltos satelitales que
componían el enlace: de Puerto Edén al satélite ITS 706, de éste a Longovilo, de
Longovilo al satélite ITS 706 nuevamente y de éste a Punta Arenas para llegar
finalmente a la Dirección General del Territorio Marítimo y Marina Mercante.
Es así como para comunicar con un enlace satelital exitoso a DIRECTEMAR
Punta Arenas con la aislada Capitanía de Puerto de Puerto Edén, finalmente se
realizó y ejecutó el diseño de un enlace satelital tipo Intelsat Business Service, IBS,
el cual entregó la solución más adecuada para un enlace seguro y autónomo, con
muy buena calidad de servicio. Así se solucionó en parte el problema del
aislamiento y lejanía de la Capitanía de Puerto de Puerto Edén. El retardo se redujo
considerablemente a 500 mseg, retardo normal para un enlace satelital punto a
punto.
El enlace fue aceptado íntegramente y en conformidad a los requerimientos de la
Gobernación Marítima de Punta Arenas.
82
BIBLIOGRAFÍA
1.- “Interfaces Digitales”
Informe Técnico N° 01.92
Entel Chile S.A.
Versión 1, 1992
2.- “DT7000, Digital Satellite Earth Station, Installation and Operation Guide”
ComStream
2001
3.- “Modem PSK Digital CM601, Installation and Operation Guide”
Radyne ComStream
2001
4.- “Implementación de un Sistema de Monitoreo y Supervisión para un modem satelital
SDM-308 mediante un PC”
Trabajo de Titulación Universidad de Magallanes
Manuel Almonacid y Patricio Barrientos
1996
5.- “Tecnologías Digitales”
Entel Chile S.A.
83
6.- “Curso de Telecomunicaciones Básicas”
Entel Chile S.A.
2003
7.- Apuntes del curso “Sistemas de Multicanalización TDM-PCM y Transmisión Digital”
Francisco Apablaza y Raimundo Villarroel
Escuela de Ingeniería Eléctrica
Universidad Católica de Valparaíso
1985
8.- “Aspectos Generales de los Sistemas de Transmisión Digital; Equipos Terminales”
Tomo III
Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico, CCITT
Ginebra, 1989.
9.- “Manual de Telecomunicaciones por Satélite”
CCIR Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones
UIT Unión Internacional de Telecomunicaciones
Ginebra, Suiza
1993
10.- Página Web www.intelsat.com
11- Página Web: www.igm.cl
12.- Página Web: operaciones.entel.cl
84
13.- Página Web: www.ahciet.net
14.- Página Web: www.upv.es
15.- Página Web: www.eveliux.com
85
ANEXO I
A1.1.- Módem Satelital PSK Digital CM601.
El módem satelital PSK digital CM601 de ComStream se muestra en la figura
A1.1. Es de bajo costo, alto rendimiento y de manipulación simple y altamente
confiable, transmisión de datos de baja velocidad en ambientes de red cerrada.
Figura A1.1 Modem Satelital Digital PSK CM601 .
El CM601 está compuesto de tres tarjetas que incluyen una tarjeta de modem
con interfaz de datos, una tarjeta de Monitoreo y Control (M&C) y una tarjeta opcional
para usos específicos.
El CM601 es un modem de 4.8 a 512 Kbps contenido en un solo rack. Las
tarjetas de modem contienen un modulador, un demodulador, un buffer Doppler y una
puerta interfaz RS-449/442 o V.35. El modem soporta tasas variables en pasos de 1
bps. La tarjeta ofrece operación en modulación BPSK y QPSK con decodificación
Viterbi a tasas de ½ , ¾ y 7/8 o decodificación secuencial con tasas de ½ y ¾. Todas
las características programables del modem pueden ser modificadas a través del panel
frontal o el puerto serial de control remoto.
El CM601 está particularmente bien adaptado para el ancho de banda en
demanda o para soportar aplicaciones que requieren más que una tasa de datos. El
CM601 es utilizado en las siguientes aplicaciones:
• Punto a punto, aplicaciones de clear-channel que conectan computadores o soporta
tráfico de troncales de dato.
86
• Aplicaciones punto a multipunto que soportan telefonía, fax y datos usando
multiplexores de voz/dato.
• Aplicaciones punto a punto que soportan circuitos de voz de troncales telefónicas.
Una aplicación de una sola portadora por canal (SCPC) utilizando el CM601 se
muestra en la figura A1.2.
Figura A1.2 Aplicación SCPC usando el CM601.
El CM601 proporciona calidad, flexibilidad y confiabilidad a través de las
siguientes características:
• Habilidad para comunicarse con cualquier otro módem ComStream de red cerrada.
• Uso en aplicaciones específicas como Circuitos Digitales Integrados (ASICs)
• Leds indicadores en panel frontal.
• Configuración local ajustada a través del panel frontal o a través de un terminal
remoto.
87
• No existen jumpers internos, straps o switchs requeridos para su operación. Puesto
que no hay necesidad de desmontar la unidad, la configuración es más simple con
menos posibilidad de daño de las tarjetas de circuito o de una mala colocación de
cables.
• Parámetros flexibles de operación:
Usa tasas desde 4.8 Kbps a 512 Kbps con una resolución de 1 bps.
Sintetizador de transmisión y recpción de FI programable con 10 Hz de
resolución.
Modulación BPSK y QPSK.
Codificador convolucional, decodificadores Viterbi y secuencial.
FEC de ½, ¾ y 7/8.
Scrambler/Descrambler V.35 e IDR.
Tarjeta integrada de M&C con control local y remoto.
Procesamiento completamente digital, incluyendo sintesis de FI y filtrado Banda
Base.
Interfaz de datos opcional para RS-449, V.35 y RS-232.
Reloj de tiempo real y reporte de fallas con impresión horaria.
BER excepcional versus funcionamiento de Eb/No.
Fuente de poder con autorango.
Capacidad automática de configuración para cualquier modo de funcionamiento
común.
• Diagnóstico extensivo incorporado, incluye sistema de loopback y capacidad de
auto prueba, apuntando a detección de fallas en circuitos internos y en la
comunicación del enlace satelital.
88
A1.2.- Teoría de la operación.
El CM601 consiste en una unidad que contiene los siguientes componentes:
• Chassis
• Fuente de Poder
• Backplane
• Dos tarjetas standard y una tarjeta opcional para uso específico.
A1.2.1.- Chassis:
El chassis del CM601 está construido de láminas de acero con una cubierta
superior no removible. El panel frontal se muestra en la figura 5.3, en ella se aprecian
los controles locales.
Figura A1.3.- Panel Frontal CM601.
• El panel frontal consiste de una pantalla de 2 líneas de 24 caracteres LCD,
en la primera línea aparece la identificación del modem y en la segunda línea
los comandos a utilizar para configurar, monitorear y controlar el CM601, así
como el status, fallas y errores de información.
• Las características de los LEDs indicadores proporcionan información sobre
el estado del modem y alerta sobre fallas:
- Sólo ver ( View Only)
- Modo Test (Test Mode)
- RxSync
- Dos leds de fallas (Faults)
89
- Tx habilitada (Tx Enable)
• Tres botones de comando localizados directamente bajo el display LCD, son
usados para navegar y seleccionar comandos de configuración, monitoreo y
fallas.
El panel trasero es mostrado en la figura A1.4, contiene todas las conexiones
externas, incluyendo: Un conector de poder AC conectado a la interfaz de la fuente de
poder, un Switch On/off, conector de tierra, tarjeta opcional (en slot 1), tarjeta de
modem (en slot 5) y una tarjeta M&C (en slot 4).
Figura A1.4. Panel posterior CM601
A1.2.2.- Fuente de poder.
La fuente de poder AC del CM601 se muestra en el diagrama de bloques de la
figura A1.5, se acomoda en rangos de voltaje de entrada de 90 a 264 VAC y
frecuencias de entrada en un rango de 47 a 63 Hz.
90
Figura A1.5 Diagrama de bloques mecánico CM601.
A1.2.3.- Backplane
El backplane del CM601 se muestra en la figura A1.5, proporciona las
interconexiones para control, data, reloj, frecuencia de referencia y varias otras señales
entre tarjetas. El hardware del backplane soporta tres paths de reloj y datos de
transmisión y tres paths de reloj y datos de recepción. Cada uno de los paths de
transmisión y recepción puede ser accesado por una tarjeta en cualquiera de los slots
disponibles.
A1.3.- Tarjetas Standard.
Todas las tarjetas del CM601 contienen un microcontrolador integrado, una
memoria No Volátil y un único comando para reportes de estado y configuración. Las
dos tarjetas estándar del CM601 son: Tarjeta de modem (slot 5) y tarjeta M&C (slot 4).
La tarjeta de modem puede incorporar la interfaz de datos I/O, buffer Doppler,
modulador, demodulador.
La tarjeta de M&C es el punto focal para todas las actividades del comando y del
control de la interfaz utilizada. Ella soporta retardos de salida de estado así como
retardos de estado de entrada en el sentido de la señal.
91
El módem CM601 y sus tarjetas se pueden configurar, supervisar, y controlar
desde el panel frontal o desde el terminal remoto. El control local del CM601 se
proporciona a través de los botones del panel frontal, del display LCD y de los
indicadores del LED.
A1.3.1.-Tarjeta de modem.
EL CM601 es configurado típicamente para operación full-duplex, transmitiendo
y recibiendo datos desde el satélite. La tarjeta de modem incorpora el modulador,
demodulador, interfaz de I/O de datos y funciones del buffer Doppler.
A1.3.1.1.- Modulador.
El proceso de transmisión está ilustrado en la figura A1.6 del modem CM601:
Figura A1.6. Proceso de transmisión del CM601.
1.- Acepta datos del usuario en la tarjeta de interfaz de datos.
92
2.- Dirige la transmisión o envío de datos (SD) a través del backplane, registrando los
datos por cualquier Tiempo de estación (ST) o Tiempo de transmisión (TT),
dependiendo de la configuración de reloj de la unidad.
3.- Dirige los datos a través de un opcional, tarjeta procesadora de datos de
transmisión (por ejemplo, tarjeta de control de canal de satélite).
4.- Proporciona datos al modulador (tarjeta de modem) por procesamiento; el
procesamiento de datos consiste de:
a. Scrambling (ComStream versión V.35 o IDR)
b. Codificación diferencial
c. Codificación convolucional por decodificación de corrección de errores.
5.- Pasa los datos procesados a través de un filtro emparejado digital.
6.- Convierte los datos de señal digital a señal análoga.
7.- Usa una señal con modulación PSK en una portadora FI. Una vez que la señal
alcance la frecuencia intermedia, la portadora modulada está disponible para la
transmisión.
8. - Pasa la señal de la portadora a través del circuito de control de potencia
El diseño propietario del filtro digital permite una enorme flexibilidad bajo control
del software para crear virtualmente cualquier forma de onda de PSK necesaria para
conformarse con las especificaciones de la red abierta o para optimizar el
funcionamiento del canal.
A1.3.1.2.- Demodulador.
El proceso de recepción se muestra en la figura A1.7:
93
Figura A1.7. Diagrama de Bloques Demodulador Banda-L
1.- La señal de entrada de recepción en FI se produce a través del conector BNC en la
tarjeta de modem, etiquetada RxIF.
2.- La portadora FI es removida por un demodulador QPSK.
3.- La entrada pasa a través de un amplificador AGC. La sección del amplificador AGC
tiene una gama dinámica ancha y es controlada para guardar ests señal de salida en
un nivel óptimo, sin importar el nivel de la señal de entrada.
4. - Se convierten a digital las señales análogas de banda base que resultan. Después
de que se conviertan a digital las señales, todo el proceso de señal restante es digital.
5. - El primer bloque digital encontrado después de los convertidores analógico/digital
es un filtro digital de banda base. Este filtro patentado ASIC es un software
programable que realiza una variedad de formas de filtro ecualizado en tasas de datos
desde 9,6 kbps hasta alrededor de 512 Kbps.
6. - Las muestras filtradas se pasan al procesador digital ASIC del demodulador. Este
procesador cierra los lazos que siguen para la portadora del FI, el reloj de tiempo del
símbolo, y el amplificador de AGC (a través del filtro ASIC), todo bajo control digital.
94
7. - La función del demodulador mezcla la portadora de FI bajo a banda base. Los
símbolos demodulados del canal son entonces:
a. Decodificados por un decodificador Viterbi o Secuencial, dependiendo en qué
tarjeta de modem esté instalado y en qué opción esté ordenado.
b. Decodificación Diferencial
c. Desaleatorización
8. - Los datos se dirigen a través del backplane con cualquier opcional, reciben la
tarjeta de proceso de datos.
9. - Los datos se dirigen de nuevo a la tarjeta del módem donde se convierten a los
niveles eléctricos apropiados y después se pasan al usuario.
10.- El reloj de recepción y datos es proporcionado por la tarjeta del demodulador a la
tarjeta de interfaz de datos a través del backplane del CM601.
A1.3.1.3.- Interfaz de Datos I/O.
La tarjeta de modem proporciona un path de datos V.35 o RS-449 para enviar
datos a y desde el modem. Otros tipos de interfaces son utilizables en el slot de tarjeta
opcional.
A1.3.1.4.- Buffer Doppler.
El Buffer Doppler de ComStream es una característica que es estándar en cada
tarjeta del módem CM601. Protege los datos recibidos del satélite sobre una base del
primero en entrar, primero en salir (FIFO). Los datos se ingresan al buffer utilizando el
reloj de la recepción de la señal del satélite. El Buffer Doppler es de profundidad
programable para asegurarse de que el reloj y los datos de la recepción del satélite
están sincronizados o fijados a otro reloj necesariamente.
95
A1.4.- Tarjeta M&C.
La tarjeta M&C mostrada en la figura A1.8, realiza una administración del tráfico
y retransmite mensajes entre el panel frontal o desde la interfaz de control remoto y la
tarjeta del CM601. En este bus orientado de control de configuración , la tarjeta M&C es
llamada master, y el resto de las tarjetas son llamadas esclavos.
Figura A1.8. Tarjeta M&C
Los comandos de control del CM601 son ingresados a través del panel frontal o
por un terminal remoto. Estos comandos son ejecutados por la tarjeta M&C pasando
los paquetes direccionados del mensaje a lo largo del bus a una tarjeta esclava
particular. El esclavo responde y entonces la tarjeta M&C despliega una respuesta en
el panel frontal, o a través del terminal remoto.
En adición al comando de procesamiento y el manejo de interfaz de usuario, la
tarjeta M&C mantiene la configuración del sistema en una RAM. Un reloj de tiempo real
permite almacenar eventos o fallas en la memoria no volátil para verlas después.
Un oscilador de cristal de temperatura compensado de 20 MHz (TCXO)
proporciona una frecuencia de referencia a todo el chassis del CM601 y a todas las
tarjetas dentro de él.
96
La señal de reset del sistema es controlada por el microcontrolador maestro y el
bus de control interno conecta a través del backplane a cada tarjeta con el chassis.
97
ANEXO II
A2.- Codificación FEC.
A2.1.- Introducción.
Muchas son las causas que alteran las señales transmitidas a través de un
medio físico cualquiera, aún cuando estas sean de naturaleza digital.
El objetivo principal en la comunicación es que en el receptor se pueda
reconocer cada palabra recibida y reconstruir íntegramente la señal que se generó.
Para evitar o atenuar los efectos de las alteraciones se han desarrollado técnicas
de detección de errores y técnicas de corrección de errores. Las dos técnicas se basan
en el concepto de redundancia en el contenido de la información enviada. En la
mayoría de los sistemas de alta capacidad se debe recurrir a la corrección de errores
para asegurar los objetivos de una baja tasa de error.
La codificación para corregir errores FEC (Forward Error Correction) consiste en
el agregado de bits de paridad a la información transmitida en cantidad suficiente para
comprobar cual es el bit afectado.
Los códigos correctores de errores FEC tienen la ventaja de requerir de canal de
retorno, es decir, son correctores hacia delante lo cual justifica su denominación.
Los sistemas de codificación pueden clasificarse en dos categorías: Códigos de
Bloques y Códigos Convolucionales.
A2.1.1.- Códigos de Bloques.
Los códigos por bloques permiten la corrección de errores en los bloques de bits
de información y bits de paridad. El número de errores está limitado por el número de
bits de paridad usados.
98
A2.1.2.- Códigos Convolucionales.
Estos pueden representarse como un diagrama de árbol, donde cada rama del
árbol representa un solo bit de entrada (entrada cero corresponde a la rama superior y
entrada uno a la inferior).
La decodificación consiste en encontrar el camino correcto a través del árbol
aplicando alguna regla de decodificación.
El Algoritmo de Viterbi es una de las formas de decodificación, llamado también
decodificación de máxima probabilidad.
Se pueden nombrar códigos de codificación como REED- SOLOMON, LEE,
HAMMING.
Para decodificación de códigos convolucionales tenemos las formas: secuencial,
decodificación por umbral y el algoritmo de Viterbi.
Finalmente para decodificación de códigos por bloque podemos nombrar tres
métodos: consulta de tablas, técnicas algebraicas y lógica mayoritaria.
Los códigos de REDD-SOLOMON (RS) son un tipo de códigos de bloque que se
pueden concatenar con la FEC existente del sistema IBS ( Codificación Convolucional y
Decodificación Viterbi) para mejorar considerablemente las características de la BER
en condiciones de cielo despejado y la disponibilidad de los enlaces IBS.
El código RS constituye el código externo mientras que el código convolucional
se designa como el código interno.
El uso del código externo RS es optativo y se deberá determinar en virtud de un
acuerdo bilateral entre los usuarios corresponsales.
El objetivo es mejorar la calidad del enlace, con el propósito de minimizar la
degradación en la tasa de error.
Aunque la distribución de los errores causado en un enlace es Gaussiana, la
distribución de los errores no corregidos, después de la decodificación Viterbi, se
99
asemeja bastante a errores en ráfaga y REED-SOLOMON es una clase de código que
corrige estas distribuciones de errores en ráfaga.
El perfomance del BER en el código Viterbi cuando se utiliza concatenado con el
código REED-SOLOMON, se degrada entre 0,2 y 0,4 dB en comparación al utilizar el
código Viterbi en forma normal, pero debido a que la ganancia del código concatenado
es muy superior a esta degradación, esta pequeña pérdida es aceptable.
En la figura A2.1 se muestra un gráfico de lo descrito
Figura A2.1 Códigos concatenados para IBS.
A2.2.- Descripción del codificador FEC.
El código utilizado en portadoras IBS se denomina FEC (Forward Error
Correction) y es del tipo convolucional, es decir, que los datos futuros están basados en
los datos actuales y pasados.
100
Los códigos convolucionales son esencialmente útiles para los sistemas donde
la información que debe ser transmitida llega en serie, es decir, en secuencias largas
en vez de hacerlo en bloques.
Con la codificación se obtiene una ganancia aparente de la intensidad de la
señal en comparación con la potencia de ruido debido a la capacidad de las estructuras
de códigos utilizadas para corregir errores.
Esta ganancia aparente se conoce como Ganancia de Codificación.
A2.3.- Funcionamiento del codificador FEC.
En la figura A2.2 se analiza un codificador simple. En él se definirán tres
conceptos que permitirán entender el proceso de codificación.
a) Longitud Limitativa del Código: Está relacionada con el número de registros de
desplazamiento que tiene el codificador.
b) Polinomios Generadores: Están basados en una operación lógica que es el Or-
Exclusivo; además indican cuales de los bits presentes en los registros de
desplazamiento van a participar en la operación Or-Exclusivo.
c) Relación de Codificación: Es el parámetro que se utiliza para definir la relación entre
los bits que ingresan al codificador y los bitios que salen de él.
101
Figura A2.2. Codificador simplificado.
En la figura A2.2 la longitud limitativa es 3, el símbolo ( + ) representa la
operación lógica Or-Exclusivo y los polinomios generadores son 2. El primero es 111,
ya que cada uno de los registros intervienen en la operación lógica. El segundo
polinomio es 101, ya que el registro número 2 no participa en el Or-Exclusivo.
Finalmente la relación de codificación es ½ ya que por cada bit que ingresa al
codificador con el impulso de reloj se toman 2 muestras a la salida.
El funcionamiento de este codificador se puede describir de la siguiente forma:
1) Xli en la posición conmutada.
2) Se supone que cuando el codificador comienza a trabajar los registros se
encuentran en estado de todos ceros.
102
3) En el primer impulso de reloj se introduce el primer ¡, desplazando los ceros hacia la
derecha.
4) Con 100 en los registros el polinomio G1 (A) será 1+0+0=1.
5) El conmutador pasa a la posición X2i.
6) Seguimos teniendo 100 en el registro de desplazamiento.
7) El polinomio G2 (B) será 1+0=1.
8) Por lo tanto la salida será 11.
Se repite el procedimiento para cada bitio.
103
ANEXO III
Figura A3.1.- Vista Frontal antena satelital (Puerto Edén)
Figura A3.2.- Vista lateral antena satelital (Puerto Edén)
104
A3.3.- Vista trasera antena satelital (Puerto Edén)
A3.4.- Unidad exterior Estación Terrena DT7000 (ODU).
105
A3.5.- Vista frontal Estación Terrena DT7000.
A3.6 Vista posterior Estación Terrena DT7000.
106
A3.7.-Descripción tarjetas RFIM, Datos y M&C Estación Terrena DT7000
A3.8 Descripción tarjetas Modulador y Demodulador ET DT7000.
107
c
A3.9.- Conector de poder ODU Estación Terrena DT7000.
A3.10 Vista frontal CM601 ComStream.
108
A3.11 Vista posterior CM601 ComStream.
