Tutoría 1º Parcial

Ing. Luzmila Ruilova

Angel D. Yaguana Hernandez

Ing. Luzmila Ruilova

Lunes 14 de Junio del 2010

Sistemas de Comunicación Satelital

Índice.

1. SATELITES 1.1. Que es satélite 1.2. Tipos de satélites 1.3. Funcionamiento básico 1.4. Autonomía de satelitales artificiales 1.5. Orbitas 1.6. Orbitas Geosíncronas 1.7. Bandas de RF utilizadas 1.8. Que es transponder 1.9. Ángulos vistas, ángulos de elevación, azimut 1.10. Patrones de radiación 1.11. Reutilización de frecuencia 1.12. Estabilización de los satélites 1.13. Pruebas de los satélites 1.14. Interferencia solar 1.15. Ruido

2. ANALISIS EN LOS ENLACES POR SATELITES

2.1. Diafragma de bloques de un sistema global, mostrando las ganancias y pérdidas incurridas

2.2. En las secciones de subida y bajada 2.3. Calculo de enlaces, parámetros de subida y bajada

3. ACCESO MULTIPLE AL SATÉLITE

3.1. Acceso múltiple de frecuencia o FDMA 3.2. Acceso múltiple por división de tiempo o TDMA 3.3. Acceso múltiple por división de canal o CDMA 3.4. Acceso múltiple fijo o FAMA 3.5. Acceso múltiple por demanda o DAMA

4. CONCLUSIONES 5. BIBLIOGRAFÍA

1. Satélites 1.1. Que es satélite

El concepto satélite se puede referir a dos cosas: un satélite natural es un cuerpo celeste que orbita un planeta u otro cuerpo más pequeño, al que se denomina "primario"; no tiene luz propia, tal como los planetas. Por ejemplo la Luna, que es un satélite, gira en torno al planeta Tierra.

La definición antes descrita es para un satélite natural, ya que para los satélites artificiales existe otra. Los satélites artificiales son aquellos objetos puestos en órbita mediante la intervención humana, creados por el hombre; es un vehículo que puede o no contener tripulación, el cual es colocado en órbita alrededor de un astro, con el objetivo de adquirir información de éste y transmitirla.

En cuanto a los satélites naturales, estos son más pequeños que el astro al que rodean, y son atraídos recíprocamente por fuerza de gravedad. Por lo general, aquellos satélites que giran en torno a planetas principales se les denominan lunas, pues se les asocia al satélite de la Tierra, la Luna.

Dentro del Sistema Solar existe una gran cantidad de satélites naturales y todavía no se sabe con exactitud la cantidad. La Tierra posee tan sólo uno, pero existen otros planetas que pueden llegar a tener más de 60 lunas, por ejemplo Júpiter tiene 63. Sin embargo existen planetas como Venus y Mercurio que carecen de satélites, no obstante no sería extraño que esta aseveración cambiara pues hasta estos días se siguen descubriendo más satélites en el Sistema Solar. Se han descubierto aproximadamente 130 satélites, pero lo más probable es que en un futuro próximo se encuentren satélites de mayor tamaño.

Los satélites naturales pueden tener diferentes formas, pese a que la Luna de la Tierra se vea perfectamente redonda. Los planetas no poseen una forma perfecta, son ovalados, siendo más anchos en la zona ecuatorial, esto, además de la fuerza de atracción del sol hace que el movimiento de traslación de los satélites sea más complejo. A este movimiento se le conoce como movimiento perturbado.

Por otro lado los satélites artificiales, al ser creados por el hombre, y a diferencia de los naturales, son colocados arbitrariamente en una órbita para que gire en torno a un astro determinado. Por esta razón, es posible modificar su trayectoria. Los satélites artificiales surgieron en la gran carrera espacial. El primero fue el satélite creado por los rusos, Sputnik, clocado en la órbita terrestre el 4 de octubre de 1957. Desde aquel entonces, los satélites artificiales no han cesado, se han ido creando más, siendo estos cada vez más complejos y específicos.

Los satélites artificiales resultaron ser una coyuntura para la historia de la astronomía. Un aparato que está otorgando constantemente información de un astro en particular sin necesidad de haber una persona en la zona en cuestión.

Si lo pensamos con atención el concepto es una verdadera maravilla y gran logro de la humanidad.

1.2. Tipos de satélites

Se logran distinguir dos grandes categorías:

Satélites de observación. Para la recolección, procesamiento y transmisión de datos de y hacia la Tierra.

Satélites de comunicación. Para la transmisión, distribución y diseminación de la información desde diversas ubicaciones en la Tierra a otras distintas posiciones.

Actualmente existen aproximadamente 4000 satélites en órbita.

1.2.1. Por su órbita:

La visibilidad de un satélite depende de su órbita, y la órbita más simple para considerar es redonda. Una órbita redonda puede caracterizarse declarando la altitud orbital (la altura de la nave espacial sobre la superficie de la Tierra) y la inclinación orbital (el ángulo del avión orbital del satélite al avión ecuatorial de la Tierra). Cuando un satélite se lanza, se pone en la órbita alrededor de la tierra. La gravedad de la tierra sostiene el satélite en un cierto camino, y ese camino se llama una " órbita”. Hay varios tipos de órbitas. Aquí son tres de ellos.

1. Satélites de órbita geoestacionaria 2. Satélites de órbita baja (LEO) 3. Satélites de órbita elíptica excéntrica (Molniya)

1.2.2. Por su finalidad:

1. Satélites de Telecomunicaciones (Radio y Televisión) 2. Satélites Meteorológicos. 3. Satélites de Navegación. 4. Satélites Militares y espías. 5. Satélites de Observación de la tierra. 6. Satélites Científicos y de propósitos experimentales. 7. Satélites de Radioaficionado.

1.3. Funcionamiento básico

Un satélite puede dividirse en dos partes fundamentales para su operación: el conjunto de equipos y antenas que procesan las señales de comunicación de los usuarios como función substancial, denominado carga útil o de comunicaciones, y la estructura de soporte con los elementos de apoyo a dicha función, denominada plataforma.

La carga útil tiene el amplio campo de acción de la cobertura de la huella del satélite y del empleo de las ondas de radio en una extensa gama de frecuencias que constituyen la capacidad de comunicación al servicio de los usuarios, en tanto que la acción de los elementos de la plataforma no se extiende fuera de los límites del propio satélite, salvo en la comunicación con el centro de control.

La estructura de la plataforma sirve de soporte tanto para sus demás elementos como para la carga útil. Debe tener la suficiente resistencia para soportar las fuerzas y vibraciones del lanzamiento y a la vez un peso mínimo conveniente. Está construida con aleaciones metálicas ligeras y con compuestos químicos de alta rigidez y bajo coeficiente de dilatación térmica.

Los sistemas de propulsión pueden incluir un motor de apogeo que permite al satélite llegar a su órbita de destino después de ser liberado por el vehículo de lanzamiento si este no lo hace directamente. Los satélites pueden emplear propulsantes líquidos, gas o iones. En los satélites geoestacionarios típicos los propulsantes químicos requeridos para conservar su posición durante su vida útil representa el 20 o 40% de masa adicional a la de nave sin combustible.

El subsistema de control de orientación está constituido por las partes y componentes que permiten conservar la precisión del apuntamiento de la emisión y recepción de las antenas del satélite dentro de los límites de diseño, corrigiendo no sólo las desviaciones de estas por dilatación térmica e imprecisión de montaje, sino de toda la nave en su conjunto.

El subsistema de energía está constituido generalmente por células solares que alimentan los circuitos eléctricos de la nave, las baterías que aseguran el suministro durante los eclipses y los dispositivos de regulación.

El subsistema de telemetría permite conocer el estado de todos los demás subsistemas. Utiliza un gran número de sensores que detectan o miden estados de circuitos y variaciones de temperatura, presión, voltaje, corriente eléctrica, etc., convierte esa información en datos codificados y los envía en secuencia al centro de control a través de un canal especial de comunicación, se repite esto en intervalos de tiempo iguales.

El sistema de telemando permite enviar órdenes al satélite desde el centro de control a través de un canal de comunicación dedicado que se activa cuando éstas se transmiten. Los comandos pueden tener efecto tanto sobre la carga útil como sobre la plataforma y solo son admitidos por el satélite mediante códigos de seguridad que evitan su acceso ilegítimo.

Para evitar variaciones de temperatura extremas en los componentes del satélite, fuera de las toleradas por el sistema, el subsistema de control térmico emplea conductores de calor y radiadores que lo disipan fuera de la plataforma. También protege contra el frío intenso por medio de calefactores eléctricos y emplea materiales aislantes para lograr el equilibrio térmico requerido dentro de la nave.

1.4. Anatomía de satelitales artificiales

En la ingeniería de los satélites, como en cualquier otra área de la Astronáutica, confluyen múltiples aspectos. No sólo se trata de construir una máquina, sino también de conseguir que, a pesar de sus delicados elementos electrónicos, sea capaz de resistir los rigores y presión de un lanzamiento, las ondas acústicas durante el mismo y, sobre todo, funcionar en el ambiente del espacio, donde las temperaturas fluctúan entre los 200° C bajo cero durante periodos de sombra y 200° C a la luz del Sol.

El diseño de los satélites ha evolucionado desde aquellos años del Sputnik I hasta la actualidad; sin embargo, su razón de ser sigue siendo la misma, así como la de la mayor parte de sus elementos. El paso del tiempo y los logros en las tecnologías han proporcionado instrumentos más precisos, sistemas de provisión de energía eléctrica más potentes y componentes de menor peso, pero todos ellos, en esencia, no han cambiado mucho, hay quienes afirman que la Astronáutica es aún una ciencia demasiado joven.

Los satélites pueden dividirse de manera conveniente en dos elementos principales, la carga útil y la plataforma. La carga útil es la razón de ser del satélite, es aquella parte del satélite que recibe, amplifica y retransmite las señales con información útil; pero para que la carga útil realice su función, la plataforma debe proporcionar ciertos recursos:

La carga útil debe estar orientada en la dirección correcta.

La carga útil debe ser operable y confiable sobre cierto periodo de tiempo especificado.

Los datos y estados de la carga útil y elementos que conforman la plataforma deben ser enviados a la estación terrestre para su análisis y mantenimiento.

La órbita del satélite debe ser controlada en sus parámetros.

La carga útil debe de mantenerse fija a la plataforma en la cual está montada.

Una fuente de energía debe estar disponible, para permitir la realización de las funciones programadas.

Cada uno de estos requerimientos es proporcionado por los siguientes conglomerados de elementos conocidos como subsistemas:

Subsistema de Estructura, misma que puede tener muy distintas formas, pero que siempre se construye con metales muy ligeros que a la vez tienen gran resistencia.

Subsistema de Propulsión, compuesto por múltiples motores o impulsores de bajo empuje, que sirven al satélite para realizar pequeñas correcciones y cambios de velocidad para controlar su orientación en el espacio y proporcionar el control adecuado de los parámetros de la órbita. Últimamente, se están usando en estos motores otros métodos de propulsión como la eléctrica o iónica, cuyo bajo empuje, pero elevado impulso específico, los hace más eficientes y muy económicos en cuanto al consumo de combustible.

Subsistema de control de orientación, que trabaja contra las perturbaciones a las que está sometido el aparato, como el viento solar. Este sistema permite al satélite saber constantemente donde está y hacia donde debe orientarse para emisiones lleguen a la zona deseada, considerando su natural movimiento Norte-Sur y Este-Oeste alrededor de un punto. Además, orienta los paneles solares hacia el Sol, sin importar cómo esté posicionado el satélite. La computadora de a bordo, que lleva una serie de programas capaces de reaccionar ante una variada gama de problemas: si algo grave o inesperado ocurre, desconectará automáticamente todos los sistemas no esenciales, se orientará hacia el Sol para garantizar una adecuada iluminación de las celdas solares e intentará comunicarse con la Tierra o esperar órdenes procedentes de ella. Esta fase se denomina modo seguro y puede salvar la vida a muchos satélites dando tiempo a la intervención humana.

Subsistema de potencia. Como fuente de energía secundaria, las baterías proveen energía suficiente para alimentar a los sistemas e instrumentos cuando la energía proveniente del Sol no puede ser aprovechada, esto ocurre por ejemplo, durante eclipses; éstas son cargadas poco antes del lanzamiento y de ellas depende la vida del satélite. La fuente primaria de energía para el satélite lo constituyen las celdas solares que son colocadas en grupos para conformar lo que se conoce como panel solar Los paneles, por sus grandes dimensiones y su relativa fragilidad, deben permanecer plegados durante el despegue. Su apertura añade otro factor de incertidumbre durante la puesta en órbita del satélite. Una vez en posición y perfectamente orientados, empiezan a proporcionar energía a los sistemas, que hasta entonces han debido usar baterías. Esta energía es administrada por un sistema especial que regula el voltaje y la distribuye de forma adecuada al resto de componentes. Cuanto mayor es el número de celdas agrupadas, más potencia puede generarse. Aunque es verdad que éstas suelen deteriorarse con el paso del tiempo, ahora los constructores de satélites colocan un número suplementario de ellas para garantizar que proporcionarán suficiente electricidad, incluso, durante el último periodo de su vida útil.

Subsistema de telemetría, seguimiento y órdenes es el encargado de hacer contacto con las estaciones terrenas con el fin de recibir órdenes de ellas y darles seguimiento. Esto permite el correcto mantenimiento de los subsistemas del satélite.

El módulo de carga útil es aquel en que están instalados los instrumentos que justifican la misión espacial. Algunos de ellos son muy sofisticados: podemos encontrar desde cámaras hasta telescopios, pasando por detectores sensibles a fenómenos atmosféricos, antenas y amplificadores para comunicaciones, entre otros. Para los satélites de comunicaciones, la carga útil está conformada por los transpondedores.

Un transpondedor está formado por un filtro de entrada que selecciona la frecuencia a amplificar, un controlador de ganancia para el amplificador y su respectiva fuente de alimentación, estos transpondedores reciben la señal desde la Tierra a través de antenas y receptores, la amplifican y la envían a su destinatario; si el satélite no hace esto, la señal llegará tan débil que no se percibirá en las estaciones receptoras.

Aunque el satélite es sometido a pruebas exhaustivas durante su construcción y antes de su lanzamiento, siempre es probable que algo falle y esto, entonces, significa afrontar pérdidas considerables; es por ello que desde hace algunos años los propietarios de los satélites suelen adquirir pólizas de seguro que cubran las principales eventualidades (lanzamiento fallido, menor eficiencia de la prevista en órbita, duración en activo inferior a la prevista, etcétera). Se calcula que el precio actual de un satélite está entre 700 y 2 000 millones de pesos, y si a eso le sumamos el mencionado seguro el precio sube a 3 500 millones de pesos. Afortunadamente, el futuro de la construcción de los satélites implica mayor tiempo en órbita, mismo que fluctúa entre 10 y 15 años.

1.5. Orbitas

1.5.1. Formas de Ondas Satelitales

Órbita circular: una órbita cuya excentricidad es cero y su trayectoria es un círculo.

Órbita elíptica: una órbita cuya excentricidad es mayor que cero pero menor que uno y su trayectoria tiene forma de elipse.

Órbita de transferencia geosíncrona: una órbita elíptica cuyo perigeo es la altitud de una órbita baja terrestre y su apogeo es la de una órbita geosíncrona.

Órbita de transferencia geoestacionaria: una órbita elíptica cuyo perigeo es la altitud de una órbita baja terrestre y su apogeo es la de una órbita geoestacionaria.

Órbita de Molniya: una órbita muy excéntrica con una inclinación de 63,4º y un período orbital igual a la mitad de un día sideral (unas doce horas).

Órbita tundra: una órbita muy excéntrica con una inclinación de 63,4º y un período orbital igual a un día sideral (unas 24 horas).

Órbita hiperbólica: una órbita cuya excentricidad es mayor que uno. En tales órbitas, la nave escapa de la atracción gravitacional y continua su vuelo indefinidamente.

Órbita parabólica: una órbita cuya excentricidad es igual a uno. En estar órbitas, la velocidad es igual a la velocidad de escape.

Órbita de escape: una órbita parabólica de velocidad alta donde el objeto se aleja del planeta.

1.5.2. Distancias de las Orbitas Satelitales a la Tierra.

1.5.2.1. Satélites Geoestacionarios (GEO)

En una órbita circular ecuatorial de altitud 35.786 Km. Centenares de satélites de comunicaciones están situados a 36.000 Km de altura y describen órbitas circulares sobre la línea ecuatorial. A esta distancia el satélite da una vuelta a la Tierra cada 24 horas permaneciendo estático para un observador situado sobre la superficie terrestre. Por tal razón son llamados geoestacionarios.

1.5.2.2. Satélites de Órbita Media (MEO)

Altitud de 9.000 a 14.500 Km. De 10 a 15 satélites son necesarios para abarcar toda la Tierra.

1.5.2.3. Satélites de Órbita Baja (LEO)

Altitud de 725 a 1.450 Km. Son necesarios más de unos 40 satélites para la cobertura total. Los satélites proyectan haces sobre la superficie terrestre que pueden llegar a tener diámetros desde 600 hasta 58.000 Km. Como se observa en la figura, los haces satelitales son divididos en celdas, cuyas frecuencias pueden ser reutilizadas en diferentes celdas no adyacentes, según un patrón conforme al Séanles Hanover.

1.6. Orbitas Geosíncronas.

Una órbita geosíncrona es una órbita geocéntrica que tiene el mismo periodo orbital que el periodo de rotación sideral de la Tierra. Tiene un semieje mayor de 42.164 km en el plano ecuatorial.

Las órbitas síncronas existen alrededor de todas las lunas, planetas, estrellas y agujeros negros, a menos que roten tan lentamente que la órbita estuviera fuera de su esfera de Hill. La mayoría de las lunas interiores de los planetas

tienen rotación síncrona, así que sus órbitas síncronas están, en la práctica, limitadas a sus puntos de Lagrange. Los objetos con rotación caótica (como Hyperion) son también problemáticos, ya que sus órbitas síncronas cambian imprevisiblemente.

Una órbita geosíncrona que es circular y ecuatorial es una órbita geoestacionaria y mantiene su posición relativa respecto a la superficie de la Tierra. Si se pudiera ver el satélite en órbita geoestacionaria parecería flotar en el mismo punto del cielo, es decir, no tendría movimiento diurno mientras que se vería al Sol, la Luna y las estrellas atravesar el cielo detrás de él. Esta órbita tendría un radio aproximado de 42.164 km desde el centro de la Tierra equivalentes a aproximadamente 35.790 km sobre el nivel del mar.

Las órbitas Geosíncronas en el ecuador se conocen como órbitas geoestacionarias. Una órbita geoestacionaria perfecta es una quimera que sólo puede ser aproximada. En la práctica, el satélite se desviaría fuera de su órbita debida perturbaciones como el viento, variaciones en el campo gravitacional de la Tierra, y la gravedad de la Luna y el Sol. Se utilizan cohetes para mantener la órbita en un proceso conocido como mantenimiento de estación.

1.7. Bandas de Radio Frecuencia utilizadas

Se han dispuesto, mundialmente, varias bandas de frecuencia para su uso comercial por satélite. La más común de estas consta de una banda central de 500 MHz centrada en 6 GHz en el enlace hacia arriba (hacia el satélite) y centrada en 4 GHz en el enlace hacia abajo (hacia la Tierra). La banda de 500 MHz, en cada una de las frecuencias, esta normalmente dividida en 12 bandas, servidas por cada transponder, de 36 MHz de ancho de banda cada una, mas 2 MHz a ambos extremos para protección (el espaciamiento entre las bandas es el responsable del ancho de banda en exceso). Cada banda de transponder esta, a su vez, dividida en un cierto número de canales de frecuencia, dependiendo del tipo de aplicación o de la señal que sé este transmitiendo.

Las bandas de frecuencia usadas son:

Por razones prácticas, a las bandas de frecuencias más comunes para el servicio por satélite se les designa por fabricantes de equipos, operadores de satélites y usuarios por medio de letras empleadas originalmente para radar, aunque no son utilizadas oficialmente por la UIT. Las principales bandas para los servicios por satélite son:

Banda Ejemplos de atribución (GHz)* Designación alternativa

L 1.525 - 1.71 Banda de 1.5 GHZ S 1.99 - 2.20

2.5 - 2.69

Banda de 2 GHz

Banda de 2.5 GHz C 3.4 - 4.2, 4.5 - 4.8,

5.15 - 5.25, 5.85 - 7.075

Banda de 4/6 GHz

Banda de 5/7 GHz X 7.2 - 8.4 Banda de 7/8 GHz Ku 10.7 - 13.25, 13.75 - 14.8 Banda de 11/14 GHz Ka 27.0 - 31.0 Banda de 30 GHz V 50 – 51 Banda de 50 GHz

Las bandas inferiores se encuentran superpobladas. No así las bandas superiores. En la banda Ku los satélites pueden espaciarse a i grado. Pero estas ondas tienen un inconveniente, la lluvia, ya que el agua es un gran absorbente de estas microondas tan cortas.

1.8. Que es transponder

Los sistemas satelitales constan de las siguientes partes:

Transponders Estaciones terrenas

El transponder es un dispositivo que realiza la función de recepción y transmisión. Consta de un dispositivo para limitar la banda de entrada (BFP), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un traslador de frecuencia, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida. El del diagrama es un repetidor de RF a RF. Otras configuraciones de transponder son los repetidores de IF, y de banda base, semejantes a los que se usan en los repetidores de microondas. El BFP de entrada limita el ruido total aplicado a la entrada del LNA (diodo túnel). La salida del LNA alimenta a un traslador de frecuencia (un oscilador de desplazamiento y un BFP), que convierte la frecuencia de subida de banda alta a una frecuencia de bajada de banda baja. El amplificador de potencia de bajo nivel, que es comúnmente un tubo de ondas progresivas, amplifica la señal de RF para su transmisión por medio de la bajada a los receptores de la estación terrena. Cada canal de RF del satélite requiere de un transponder por separado.

Las estaciones terrenas controlan la recepción con/desde el satélite, regula la interconexión entre terminales, administra los canales de salida, codifica los datos y controla la velocidad de transferencia. Consta de 3 componentes:

Estación receptora: Recibe toda la información generada en la estación transmisora y retransmitida por el satélite.

Antena: Debe captar la radiación del satélite y concentrarla en un foco donde está ubicado el alimentador.

Estos satélites están equipados con antenas receptoras y con antenas transmisoras. Por medio de ajustes en los patrones de radiación de las antenas pueden generarse cubrimientos globales (Intelsat), cubrimiento a solo un país (satélites domésticos), o conmutar entre una gran variedad de direcciones.

Estación emisora: Esta compuesta por el transmisor y la antena de emisión.

La potencia emitida es alta para que la señal del satélite sea buena. Esta señal debe ser captada por la antena receptora. Para cubrir el trayecto ascendente envía la información al satélite con la modulación y portadora adecuada. Como medio de transmisión físico se utilizan medios no guiados, principalmente el aire. Se utilizan señales de microondas para la transmisión por satélite, estas son unidireccionales, sensibles a la atenuación producida por la lluvia, pueden ser de baja o de alta frecuencia y se ubican en el orden de los 100 MHz hasta los 10 GHz.

1.9. Ángulos de Vista

Para orientar una antena desde una estación terrena hacia un satélite, es necesario conocer el ángulo de elevación y azimut (ver Figura 8). Estos se llaman ángulos de vista.

1.9.1 Angulo de elevación

El ángulo de elevación es el ángulo formado entre la dirección de viaje de una onda radiada desde una antena de estación terrena y la horizontal, o el ángulo de la antena de la estación terrena entre el satélite y la horizontal. Entre más pequeño sea el ángulo de elevación, mayor será la distancia que una onda propagada debe pasar por la atmósfera de la Tierra. Como cualquier onda propagada a través de la atmósfera de la Tierra, sufre absorción y, también, puede contaminarse severamente por el ruido. De esta forma, si el ángulo de elevación es demasiado pequeño y la distancia de la onda que está dentro de la atmósfera de la Tierra es demasiado larga, la onda puede deteriorarse hasta el grado que proporcione una transmisión inadecuada. Generalmente, 5º es considerado como el mínimo ángulo de elevación aceptable.

1.9.2. Azimut

Azimut se define como el ángulo de apuntamiento horizontal de una antena. Se toma como referencia el Norte como cero grados, y si continuamos

Girando en el sentido de las agujas del reloj, hacia el Este, llegaremos a los 900 de Azimut.

Hacia el Sur tendremos los 1800 de Azimut, hacia el Oeste los 2700 y por ultimo llegaremos al punto inicial donde los 3600 coinciden con los 00 del Norte.

El ángulo de elevación y el azimut, dependen ambos, de la latitud de la

Estación terrena, así como el satélite en órbita.

Para un satélite geosincrono, en una órbita ecuatorial, el procedimiento es el siguiente: de un buen mapa se determina la latitud y longitud de la estación terrestre, luego conociendo la longitud del satélite en interés, se calcula la diferencia (D L), entre la longitud del satélite y la longitud de la estación terrena. Entonces, de la Figura 10 determinamos el azimut y ángulo de elevación para la antena (ingresando al gráfico con la diferencia D L, y con la latitud de la estación terrena).

Ejemplo de cálculo de ángulos para satélites en el internet

http://www.abcradiotel.com/wp-content/uploads/2010/03/Calculad.htm

1.10. Patrones de radiación

El área de la Tierra cubierta por un satélite depende de la ubicación del satélite en su órbita geosíncrona, su frecuencia de portadora y la ganancia de sus antenas. Los ingenieros satelitales seleccionan la frecuencia de portadora y la antena para un satélite, en particular, para concentrar la potencia transmitida limitada en un área específica de la superficie de la tierra. La representación geográfica del patrón de radiación de la antena de un satélite se llama huella. Las líneas de contorno representan los límites de la densidad de potencia de igual recepción.

El patrón de radiación de una antena de satélite se puede catalogar como de punto, zonal o tierra. Los patrones de radiación de las antenas de cobertura de Tierra tienen un ancho de haz de casi 17º e incluyen la cobertura de aproximadamente un tercio de la superficie de la tierra. La cobertura zonal incluye un área de menor a un tercio de la superficie de la Tierra. Los haces de puntos concentran la potencia radiada en un área geográfica muy pequeña.

1.10.1. Huellas

El área de la Tierra cubierta por un satélite depende de la ubicación del satélite en su órbita geosíncrona, su frecuencia de portadora y la ganancia de sus antenas. Los ingenieros satelitales seleccionan la frecuencia de la portadora y la antena para un satélite, en particular, para concentrar la potencia transmitida limitada en un área específica de la superficie de la Tierra. La representación geográfica del patrón de radiación de la antena de un satélite se llama una huella (figura 10). Las líneas de contorno representan los límites de la densidad de potencia de igual recepción.

1.11. Reutilización de frecuencia

Cuando se llena una banda de frecuencia asignada, se puede lograr la capacidad adicional para reutilizar el espectro de la frecuencia. Incrementando la ganancia de una antena, el ancho del haz de la antena también se reduce. Por lo tanto, diferentes rayos de la misma frecuencia pueden ser dirigidos a diferentes áreas geográficas de la Tierra. Esto se llama reutilizar la frecuencia. Otro método para reutilizar la frecuencia es usar la polarización dual. Diferentes señales de información se pueden transmitir a diferentes receptores de estaciones terrestres utilizando la misma banda de frecuencias, simplemente orientando sus polarizaciones electromagnéticas de una manera ortogonal (90º fuera de fase).

La polarización dual es menos efectiva debido a que la atmósfera de la Tierra tiene una tendencia a reorientar o repolarizar una onda electromagnética conforme pasa. Reutilizar es, simplemente, otra manera de incrementar la capacidad de un ancho de banda limitado.

1.12. Estabilización de los satélites

El movimiento de un satélite puede resolverse mediante el movimiento de su centro de masas en un sistema coordenado centrado en la Tierra y el movimiento de un cuerpo sobre su propio centro de masas. Este segundo concepto es el que desarrollaremos.

La estabilidad de un satélite se representa respecto a los ejes ya, roll y pitch (Guiñada, Alabeo y Cabeceo, respectivamente) de un sistema de coordenadas local, tal y como indica la figura.

Este sistema de coordenadas está centrado en el centro de masas de un satélite; el eje yaw apunte directamente al centro de la Tierra, el eje roll está en el plano de la órbita perpendicular al primero y en la dirección del vector velocidad; el eje pitch es perpendicular a los dos anteriores y orientado de manera que el sistema de coordenadas sea regular. En una configuración nominal de estabilidad los ejes del sistema de coordenadas fijo del satélite están en principio alineados con los ejes del sistema de coordenadas local. El control de estabilidad está representado por los ángulos de rotación de los ejes de esos dos sistemas coordenados.

Mantener la estabilidad es fundamental para que el satélite pueda desempeñar su función. La fiabilidad y la precisión de este subsistema determinan el rendimiento de la mayoría de los otros subsistemas. Por ejemplo, las antenas de haz estrecho y los paneles solares deben ser adecuadamente orientados.

1.12.1. Funciones

El papel del control de estabilidad generalmente consiste en mantener los ejes metálicos alineados con el sistema de coordenadas local con una precisión definida por la amplitud de la rotación en cada uno de esos ejes. En un satélite geoestacionario son valores típicos ±0.05° para pitch y roll y ±0.2° para yaw.

El mantenimiento de la estabilidad requiere funciones de dos tipos:

Una Función de Dirección que consiste en hacer que una cara del satélite esté orientada hacia la Tierra girando alrededor del eje de pitch para compensar el movimiento aparente de la Tierra respecto del satélite. Para un satélite geoestacionario esta rotación se realiza a la velocidad constante de una revolución por día (0.25°/minuto).

Una Función de Estabilización que incluye la compensación de los efectos de los pares perturbadores. Estos pares son creados por fuerzas gravitacionales, presión de la radiación solar y la interacción entre la electrónica del satélite y el campo magnético de la Tierra. Son pequeños, del orden de 10-4 -10 –5 .

En el pasado se utilizaban controles de estabilidad pasivos. Esto implicaba utilizar los efectos de los pares de fuerzas naturales para mantener la estabilidad requerida, pero la precisión obtenida era incompatible con los requerimientos de los satélites de comunicaciones que usaban antenas directivas, ya que requerían un apuntamiento preciso. Consecuentemente, ahora se utilizan controles de estabilidad activos. El proceso implica:

Medida de la estabilidad del satélite respecto a referencias externas. Determinar la estabilidad respecto a una referencia predefinida. Evaluar la función de los actuadores. Ejecutar las correcciones por medio de los actuadores montados en el

satélite. Seguimiento de la evolución de la estabilidad durante el movimiento del

satélite influido por la acción de los pares perturbadores y de corrección.

El sistema puede operar en bucle cerrado a bordo del satélite, con lo que el control de los actuadores es generado directamente en el propio satélite en función de las salidas de los sensores de estabilidad. Dichas salidas pueden ser también transmitidas a una estación terrena a través de Telemetría para que la estación evalúe las acciones correctivas correspondientes. En la práctica, se utiliza una combinación de estas dos técnicas.

Aunque se realice control de estabilidad activo, también es útil sacar partido de efectos naturales tales como:

Uso de rigidez giroscópica obtenida por la creación de un momento angular a bordo del satélite.

Creación de pares de control usando espiras magnéticas que interactúan con el campo magnético terrestre.

Generación de pares de control aprovechando la presión de la radiación solar.

El uso de los efectos naturales nos ofrece una mayor flexibilidad en el control de la estabilidad y reduce de manera considerable el consumo de combustible.

1.12.2. Sensores

Los sensores miden bien la orientación de los ejes del satélite respecto a referencias externas, o bien la progresión de la orientación con el tiempo (girómetros). Su característica principal es la precisión. Esta depende no solamente del procedimiento usado, sino también del error de alineamiento de los sensores respecto al cuerpo del satélite.

Los sensores más utilizados a bordo de satélites geoestacionarios son los solares, detectores de horizonte terrestre y girómetros. Para ciertas aplicaciones el uso de sensores de estrellas amplía el rango de posibilidades. Finalmente, es posible utilizar un radiofaro o un láser para obtener medidas de estabilidad precisas.

Sensores solares: utilizan elementos foto-voltaicos que generan una corriente cuando son iluminados por el Sol. Miden uno o dos ángulos de la luz incidente respecto al plano de la cara en la que están montados. La precisión obtenida es del orden de 0.005°.

Sensores de Tierra: la Tierra, rodeada por su atmósfera, aparece como un cuerpo esférico negro a una temperatura de 255K cuando la radiación es medida en la banda de absorción infrarroja del dióxido de carbono (14-16mm). La imagen de la Tierra contrasta con respecto al plano de fondo cuya temperatura es de aproximadamente 4K. La medida de la absorción infrarroja, cuya emisión es uniforme aproximadamente sobre la superficie de la Tierra, mediante elementos termosensibles permite detectar el contorno terrestre.

La reflexión de la luz solar sobre la Tierra puede ser también medida. Ésta es detectada mediante células fotoeléctricas o fototransistores.

Se obtienen precisiones del orden de 0.05°

Sensores de estrellas: una imagen de una porción del cielo proporciona un mapa de las estrellas cuya posición relativa es detectada y comparada con un mapa de referencia. La precisión de la medida es muy alta, del orden de 10-4 grados. Como contrapartida tenemos la complejidad del sensor y el peligro de la saturación del mismo por culpa del Sol, la Tierra u otras fuentes de luz.

Unidades inerciales: utilizan medidores de aceleración para detectar el movimiento de traslación del satélite o girómetros para la medida de la velocidad angular sobre un determinado eje. Estos dispositivos están sometidos a errores de deriva. Los dispositivos mecánicos tienen un tiempo de vida límite (alrededor de 10000 horas) que imposibilita su uso continuado para misiones convencionales de unos 10 años.

Sensores de radiofrecuencia: dependen de la medición de las características de las ondas de radio transmitidas hacia el satélite por radiofaros terrestres. Permiten la medida del ángulo existente entre el eje de la antena a bordo y la dirección deseada del radiofaro. La rotación sobre el eje de yaw es difícil de evaluar. Para medir la rotación de una

onda polarizada desde un radiofaro simple debe obtenerse un valor del ángulo de yaw. Desafortunadamente, la orientación de la polarización viene afectada por la rotación Faraday y la precisión del ángulo de yaw es del orden de 0.5°. Sobre los otros ejes podría llegar a ser de 0.01°.

Detector láser: el uso de un haz láser en lugar de un radiofaro se ha considerado para la determinación de la orientación del satélite. La precisión esperada es de 0.006° para ángulos de roll y 0.6° para el de yaw. Uno de los mayores problemas de este método consiste en la atenuación del láser a causa de las nubes.

1.12.3. Actuadores

La modificación de la estabilidad se consigue generando un par de fuerzas que causa una aceleración angular o una velocidad sobre un eje. Los actuadores más utilizados son:

- Dispositivos de momento angular: incluyen volantes de reacción y giroscopios que explotan el principio de conservación del momento angular. Con los volantes de reacción la tasa de variación dw/dt de la velocidad de rotación del volante w, de momento de inercia I, produce una modificación del momento angular H=I·w y se genera una par T alineado con el eje del volante:

Con el giroscopio los volantes rotan a una velocidad constante y es girado sobre uno o dos ejes. Cualquier cambio programado sobre el momento de inercia genera un par T igual a la subsecuente tasa de variación dH/dt del vector del momento angular. El tiempo de vida límite de tales dispositivos de dirección hace que sean poco utilizados para generar pares activos.

Los dispositivos de momento angular son especialmente útiles para el mantenimiento de la estabilidad cuando el satélite está sujeto a pares perturbadores cíclicos. Los pares perturbadores de media no nula (causadas por ejemplo por el efecto de la presión de la radiación solar), o los pares perturbadoras de amplitud excesiva pueden requerir una variación del momento angular que las compense, que exceda los límites de la velocidad de rotación de los volantes o la orientación del giroscopio. Es necesario producir un par de frenado mediante otro actuador (por ejemplo, un propulsor).

Propulsores (thrusters): los propulsores producen fuerzas de reacción en el satélite mediante la quema de combustible a través de conos de escape. La fuerza obtenida es función de la cantidad de material (masa) expulsada por unidad de tiempo dm/dt, y depende del impulso específico Isp del combustible usado:

Donde g es la constante gravitacional terrestre normalizada (g=9.807 m/s2 ) El par obtenido depende de la distancia d del brazo de palanca con respecto al centro de masas del satélite:

El par a aplicar es del orden de 10-4-10-1 N·m. Con un brazo de palanca de un metro el impulso será del orden de 10-4-10-1 N.

Paneles solares: la presión de la radiación solar aplicada a una superficie lo suficientemente grande es capaz de generar pares que, por el propio diseño del satélite, se compensan, ya que la cara que está en dirección al Sol suele ser simétrica respecto del centro de masas. Las superficies más significativas suelen ser las de los paneles solares. Modificando el apuntamiento de éstos, es posible generar pares a lo largo de dos ejes. Este efecto se puede aumentar introduciendo superficies en el extremo de los paneles solares y que sean oblicuas a ellos. Los pares obtenidos serán suficientes para compensar los perturbantes.

1.12.4. Estabilización giroscópica

La estabilización giroscópica se obtiene creando un momento angular a bordo del satélite. Por el principio de conservación del momento angular, la orientación de éste tiende a quedar fija en un espacio inercial. Eligiendo el momento inercial alineado con el eje delpitch, éste se beneficiará de la rigidez giroscópica, que lo mantendrá en una orientación fija en el espacio en vez de seguir el movimiento del satélite en su órbita.

En la figura se muestra el efecto de un par Td. El satélite sin momento angular

empezará a girar alrededor del eje z con una aceleración angular constante dada por:

Donde Iz es el momento de inercia del satélite sobre el eje z.

1.12.5. Estabilización en spin

La estabilización en spin fue usada por los primeros satélites de comunicaciones y todavía es usada (por ejemplo, en Brasilsat, INTELSAT VI, etc...). Se le proporciona al satélite un movimiento de rotación de varias decenas de rpm sobre uno de los ejes principales de inercia. Este es u n proceso simple que aprovecha las propiedades del giroscopio pero que tiene la desventaja de necesitar un compensador de giro para la parte superior donde se encuentran las antenas.

Las oscilaciones del momento angular sobre la dirección del momento angular H (nutación) aparecen cuando el momento de inercia en el eje de rotación no es lo suficientemente grande con respecto a éste en los otros ejes perpendiculares. Esas oscilaciones deben ser minimizadas con la disipación interna de energía cinética, o de forma activa mediante el uso de propulsores en cuyo caso el sistema tiene tendencia a la inestabilidad. Esta situación se da en satélites con una forma bastante alargada, de cual una gran parte (la plataforma de contra-giro) no participa en la creación del momento angular (este es el caso de INTELSAT VI).

1.12.6. Estabilización en tres ejes:

El término 'estabilización en tres ejes' denota a un sistema de control de estabilidad en el cual el cuerpo del satélite mantiene una orientación fija respecto a un sistema de coordenadas local. Esto permite montar antenas de gran tamaño. Además, es más fácil instalar paneles solares desplegables alineados con el eje de pitch, que giran en torno a este eje para poder seguir el movimiento aparente del Sol sobre el satélite.

La rotación diaria del satélite sobre el eje de pitch no proporciona la suficiente rigidez giroscópica para combatir los pares perturbadores, por lo que se hace necesario el uso de sistemas de control de la estabilidad rápidos y dinámicos usando actuadores que permitan la generación flexible y precisa de los pares correctores.

Otra técnica para obtener rigidez giroscópica es montar uno o más volantes de inercia que proporcione al satélite cierto momento angular. Esta técnica es la más usada en los satélites de comunicaciones.

Satélites con un solo volante de inercia:

El satélite de la figura contiene un volante de inercia cuyo eje está alineado con el eje de pitch en una configuración nominal de estabilidad. El momento angular generado en ese eje proporciona la rigidez giroscópica que hace que el eje mecánico del satélite en el que se monta el volante y el eje de pitch coincidan con el sistema de coordenadas local. Además, variando

ligeramente la velocidad del volante de su valor nominal, es fácil generar torques correctores sobre el eje de pitch.

El control de la estabilidad en el modo nominal es como se muestra a continuación: con uno o varios sensores de tierra operando en el infrarrojo se miden los ángulos de pitch y roll. La rigidez giroscópica aplicada por el volante de inercia activa un movimiento limitado en los ángulos de roll y yaw. El control del pitch se realiza variando la tasa de giro del volante. El control de roll se obtiene mediante actuadores que generen un par sobre dicho eje (tal y como propulsores, espirales magnéticas o usando los paneles solares como velas). La rigidez giroscópica evita tener que medir el ángulo de yaw, ya que en el curso de una órbita hay un intercambio entre los ejes de roll y yaw cada seis horas (un cuarto de vuelta), con lo que se puede controlar el yaw usando las medidas de roll obtenidas seis horas antes.

Durante el transcurso de fases de alta perturbación, el control de roll y yaw se deben realizar por separado. Las variaciones del ángulo de yaw se medirán en tal caso con un sensor específico.

La precisión obtenida con este sistema de estabilización es del orden de 0.03° para el ángulo de roll, 0.02° para el de pitch y 0.3° para el de yaw.

Satélites con varios volantes de inercia:

Con un solo volante de inercia, para mantener una orientación fija del satélite durante su órbita, el eje del volante debe coincidir con el de pitch. Pero este tipo de control no deja ningún grado de libertad, requiriendo el uso de combustible para realizar cualquier ajuste en alguno de los otros ejes.

Si usamos dos o más volantes de inercia cuyos ejes estén inclinados con respecto al de pitch lograremos orientar de una manera mucho más fácil el momento angular. La orientación obtenida dependerá de la velocidad de giro relativa de cada volante. Dependiendo del número de volantes usados lograremos uno o dos grados de libertad en el control de la estabilidad.

También podemos introducir otro volante adicional redundante, que nos dará otro grado de libertad que permitirá operar sobre el satélite en una órbita inclinada mientras se mantiene el correcto apuntamiento de las antenas para dar la cobertura deseada.

1.12. Pruebas de los satélites

Calculo de enlace satelital Para medir o cuantificar un buen enlace satelital se debe tomar muy en cuenta la relación Portadora a ruido (C/N, Carrier to Noise) que se genera al hacer unos cálculos con los parámetros del enlace. Primero se debe calcular la relación portadora a ruido del enlace de subida (C/Nup), después se deberá calcular la relación portadora a ruido del enlace de bajada (C/Ndown). La relación portadora total del enlace se determinara por la siguiente ecuación:

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

= (C/Nup)(C/Ndown) / (C/Nup + C/Ndown) dB

G/TSAT=figura de mérito de la antena del satélite (dB) k = constante de Boltzman (228.6 dB) Pel= pérdidas pro espacio libre Pll = pérdidas por lluvia Papun= pérdidas por apuntamiento Patm = pérdidas atmosféricas Ppol = pérdidas por polarización donde C/Ndown = PIRESAT + G/TETR - k - Pel - Pll - Pmisc PIRESAT = PIRE en saturación del satélite (dB) G/TETR= G/T de la estación terrena receptora (dB) Pmisc= pérdidas misceláneas

1.13. Interferencia solar

El Sol se comporta como un emisor de ondas de radio que emite en un amplio margen de frecuencias. En el glosario se puede encontrar una breve descripción de los 4 tipos de emisiones solares de radio.

Las interferencias solares ocurren cuando el sol cruza el plano ecuatorial de la Tierra y queda alineado con el satélite y el haz de la antena de una estación terrena. Esto provoca un incremento importante en la temperatura de la antena que interfiere con la operación normal.

Se trata de un fenómeno predecible que depende de la posición geográfica de la estación terrena y la longitud del satélite. Tiene una duración de algunos minutos y es mayor mientras más pequeño es el diámetro de una antena, ya que tiene un haz con mayor apertura

El Sol se comporta como un emisor de ondas de radio que emite en un amplio margen de frecuencias. En el glosario se puede encontrar una breve descripción de los 4 tipos de emisiones solares de radio.

En este apartado nos limitaremos a comentar los aspectos cualitativos más relevantes de la influencia de la radiación solar en forma de ruido o interferencia.

Los satélites de comunicaciones están sujetos a interferencias procedentes del Sol especialmente en los equinoccios de Marzo y Septiembre; el Sol pasa por el haz principal de la antena de la estación terrena, y el ruido en el receptor se incrementa notablemente, interfiriendo o impidiendo el correcto funcionamiento del enlace, que puede quedar fuera de servicio durante al menos 10 minutos al día varios días al año. O lo que es lo mismo, un 0,02 % del año. Cuanto mayor sea el ancho de haz de la antena, más tiempo durará la interferencia, pues la estación terrena tendrá que recorrer más arco hasta que los rayos solares dejen de entrar por el lóbulo principal del diagrama.

Evidentemente, esta interferencia también afecta a:

los enlaces entre satélites y a los enlaces ascendentes,

Cuando los rayos solares entran por el lóbulo principal de la antena receptora de satélites de cobertura global, que tienen el ancho de haz más grande entre los satélites geoestacionarios.

El nivel de potencia interferente recibida del sol depende de:

La frecuencia:

La radiación solar varía en intensidad con la frecuencia; mientras que para la banda de VHF constituye una interferencia de importancia relativa, para una frecuencia de 4 GHz, la radiación solar supera en 20 dB la potencia típica recibida en la Tierra procedente de un satélite de difusión de televisión.

El ancho de banda del receptor, como es lógico, a mayor AB, mayor potencia de ruido.

El ancho de haz de la antena receptora, pues si ésta es muy directiva, mientras esté apuntando al Sol, prácticamente no recibirá nada más que ruido.

Nivel de actividad solar.

Esta interferencia siempre se produce en horas diurnas cuando la actividad humana es mayor. En la estación receptora no se puede hacer nada, salvo esperar a que el Sol salga del arco que queda dentro del lóbulo principal del diagrama de radiación de la antena receptora.

1.14. Ruido

Por otra parte, los enlaces que incorporan la técnica de Espectro Ensanchado (Spread Spectrum), en muchos casos tienen capacidad de ensanchar el ruido procedente del Sol. Además, este ruido es...

predecible, estacional, y solo afecta a una ciudad al mismo tiempo.

En este sentido hay que tener en cuenta que el Sol se mueve a una velocidad aparente de 15º/h ó 0,25º/min de tiempo, y ocupa tan sólo la 5,4 millonésima parte del ángulo sólido subtendido desde la superficie terrestre.

Existen programas que en función de la posición del satélite en cuestión y la de la estación terrena receptora, con el ancho de haz de su antena, calculan la duración de la interferencia y el momento en que se producirá. La latitud de la estación determinará la época de año. Si el satélite se encuentra al este de la estación terrena, la interferencia solar se producirá por la mañana, y por la tarde si está al oeste.

Otras fuentes de ruido, que se incluyen en la temperatura de ruido antes citada (según los casos), son:

Ruido galáctico. La Luna, que actúa como repetidor de la radiación solar. Ruido de precipitación atmosférica, producido por la lluvia intensa. Ruido de absorción troposférica.

Bosques cercanos, edificios con importante actividad humana y aparatos eléctricos, así como la misma tierra, pueden producir ruidos que entrarían en la antena terrestre por lóbulos laterales o traseros.

Se ha observado que a mayor ángulo de elevación, la temperatura de ruido es menor, y que aumenta con la actividad solar.

2. Análisis en los Enlaces por Satélites

2.1. Diagrama de bloques de un sistema global, mostrando las ganancias y pérdidas incurridas en las secciones de subida y bajada

2.2. Calculo de enlaces, parámetros de subida y bajada

Ejemplo de un enlace satelital y su cálculo respectivo

3. Acceso múltiple al satélite

Múltiple acceso está definido como una técnica donde más de un par de estaciones terrenas puede simultáneamente usar un transponder del satélite.

La mayoría de las aplicaciones de comunicaciones por satélite involucran un número grande de estaciones terrenas comunicándose una con la otra a través de un canal (de voz, datos o video). El concepto de múltiple acceso involucra sistemas que hacen posible que múltiples estaciones terrenas interconecten sus enlaces de comunicaciones a través de un simple transponder.

Estas portadoras pueden ser moduladas por canales simples o múltiples que incluyen señales de voz, datos o video.

Existen muchas implementaciones específicas de sistemas de múltiple acceso, pero existen solo tres tipos de sistemas fundamentales:

FDMA : acceso múltiple por división de frecuencia. TDMA : acceso múltiple por división de tiempo. DAMA : acceso múltiple por división de demanda (versión de TDMA) CDMA : acceso múltiple por división de código

3.1. FDMA

El protocolo FDMA otorga a cada usuario un canal de frecuencia para la comunicación mientras dure. En el caso de los canales satelitales pueden estar permanentemente asignados. Este esquema tiene la ventaja de ser relativamente fácil de implementar y sencillo de administrar cuando el número de usuarios es bajo. Como desventaja, el sistema debe contar con la implementación necesaria para aprovechar al máximo el canal de frecuencias asignado; es poco eficiente cuando el número de usuarios es elevado y no se adapta muy bien a la transmisión de datos, por lo que no es muy usado.

3.2. TDMA

Con el protocolo TDMA, cada usuario tiene asignado un canal durante una ranura de tiempo sobre un rango de frecuencia. Puede que se utilice la banda de frecuencias completa para la transmisión o, simplemente, un rango de frecuencias dentro de la banda. Esta técnica involucra a una señal ruidosa debida a la conmutación para el uso del canal. Además, requiere de una sincronización en la recepción para la recuperación de la información deseada

3.3. DS - CDMA

Cada usuario tiene todo el ancho de banda de frecuencias asignado para la comunicación durante todo el tiempo que ésta dure, pero su comunicación se realiza utilizando un código que es único. Dicha codificación es digital, utilizando con ello, técnicas de radio de espectro amplio (RF). Es por ello que

CDMA es la tecnología digital inalámbrica más utilizada, puesto que la utilización del ancho de banda en la comunicación es altamente eficiente, permitiendo una mejor calidad en voz, llegando a ser muy similar a la transmitida en línea alambica. Además, filtra los ruidos de fondo cruces de llamadas, e interferencia por interrupciones o por flujo de señales de ocupado que congestionan el sistema, mejorando en forma considerable la privacidad y calidad de la llamada generada.

El protocolo CDMA se caracteriza por utilizar un espectro amplio de frecuencia determinado para una o más señales superpuestas ortogonalmente durante todo el tiempo de duración de la comunicación. La ortogonalidad de las señales, generada por un código codificador de la banda base, concede la prácticamente nula posibilidad de colisión entre las señales que comparten el canal; a su vez, la seguridad en la privacidad de la información transmitida capaz de ser reconocida sólo por el receptor del enlace.

Otras características de la tecnología CDMA son las siguientes:

1. Utilización de todo el ancho de banda en el enlace por ensanchamiento de la banda base, superponiendo a los usuarios. Con respecto a un canal analógico, la capacidad aumenta 15 veces en condiciones de máximo flujo.

2. Posibilidad de la creación de nuevos servicios al cliente y evolución del sistema, debido a la versatilidad del código y la señalización digital.

3. Costos inferiores a la tecnología analógica debido al desarrollo de componentes electrónicas digitales.

4. Uso eficiente de las fuentes de poder (baterías) en los aparatos con la tecnología, debido a que la estructura de CDMA se encuentra diseñada para operar en ciertos niveles de potencia. Además, presenta la capacidad de detectar tiempo ocioso en el canal por lo que se disminuye la potencia media de transmisión.

5. Alta relación señal a ruido y baja probabilidad de errores en el código por la utilización de redundancias, debida a la magnitud del ancho de banda utilizado.

Es importante destacar que la tecnología digital CDMA, resulta compatible con otras como AMPS (Advanced Mobile Phone System), que es la base de la mayoría de las redes de teléfonos celulares análogos. También se relaciona con redes de teléfono IS-41 y con redes GSM/MAP, que permiten amplia cobertura y conexión.

Los requerimientos de ancho de banda son muy superiores a otros sistemas, debido a que cada bit transmitido, codificado en forma polar, debe ser multiplicado por una secuencia difusora de chips.

4. CONCLUSION

El primer tema desarrollado en este trabajo son los Modelos de enlace del Sistema Satelital; en cuanto a esto podemos decir que tanto en el Enlace ascendente como en el Enlace descendente las pérdidas que sufren las ondas radiadas, que son proporcionales a la inversa del cuadrado de la distancia, son muy grandes (alrededor de 200 dB en cada trayecto), además en las frecuencias que están por encima de los 10 GHz se añaden las pérdidas provocadas por la lluvia. En el enlace ascendente, es posible colocar en las estaciones terrenas transmisores con mucha potencia, y antenas de gran tamaño para tener una mayor ganancia, todo esto, aunque es posible resulta en un incremento de los costos. Pero la situación se complica mucho más en el Enlace descendente, ya que la potencia del transmisor está limitada por la energía que pueda generar el satélite, la cual no es mucha, también, el tamaño de la antena está limitado por la zona de servicio que deba cubrirse y además por el costo que implicaría transportarla. Esto hace que las señales recibidas de los satélites, en la Tierra, sean extremadamente débiles, es por ello que se le debe dar fundamental importancia a la ganancia de la antena, la eficiencia del transmisor, la figura de ruido del receptor y el tipo de modulación y técnica de acceso.

Cuando se analizo el transponder del satélite vimos que este consistía básicamente de un amplificador de bajo ruido (LNA), un convertidor o traslador de frecuencia y por ultimo un amplificador de potencia. El inconveniente con el transponder surge cuando se utiliza la técnica de Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA), donde es usual que existan numerosas portadoras por transponder, lo cual si bien mejora la conectividad y el acceso múltiple, por otro lado tiene el inconveniente de que genera ruido de intermodulación en el amplificador del transponder, lo que obliga a que este trabaje en condiciones de bajo rendimiento de potencia (debe trabajar en una zona lineal). Con el Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA), en cada instante solo está presente una portadora, por lo que no existen problemas de intermodulación y se puede hacer trabajar al amplificador del transponder en saturación, obteniéndose un máximo de rendimiento. El inconveniente de esta técnica de acceso es que requiere una temporización estricta y una gran capacidad de almacenamiento y procesamiento de la señal.

Los satélites geoestacionarios tienen la ventaja de permanecen fijos con respecto a un punto especifico de la Tierra, por lo tanto para comunicarse con ellos las antenas de las estaciones terrestres estarán estáticas, porque no necesitan seguir al satélite, en consecuencia podrán ser sencillas y económicas.

Otras de las ventajas en el caso de los satélites geoestacionarios de alta altitud es que pueden cubrir un área de la Tierra mucho mayor que sus contrapartes orbitales de baja altitud, sin embargo estas altitudes superiores introducen tiempos de retardo de propagación más largos y además se requieren mayores potencias de transmisión como así también receptores más sensibles.

Cabe destacar que la tendencia en la evolución de los satélites de telecomunicaciones es hacia el uso de terminales de recepción pequeños y de bajo costo para poder permitir el acceso al sistema de una mayor cantidad de usuarios. Estos requerimientos se pueden llevar adelante mediante el uso de Técnicas de Procesamiento de Señales que permitan la codificación y control de errores de los datos enviados por los usuarios, también mediante el empleo de antenas multihaz, con haces spot de gran ganancia.

Estas técnicas son usadas en los sistemas globales de comunicaciones por satélite, tales como el Iridium o el Globalstar, donde se ha preferido la utilización de conjuntos de satélites en órbitas bajas, en lugar de emplear satélites en órbitas geoestacionarias.

5. BIBLIOGRAFIA

5.1. Libros

5.1.1. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.Wayme Tomasi. Segunda Edición.

5.1.2. Rosado, Carlos. Comunicación por satélite. México. Editorial Limusa, México 1999.

5.1.3. Edgar W. Ploman, Satélites de Comunicación. 5.1.4. DOCUMENTO IEEE "Características de una Radio LAN" 1992 LACE

Inc. Chandos A. Rypinski.

5.2. Páginas de Internet.

5.2.1. http://es.wikipedia.org/wiki/Órbita_geosíncrona 5.2.2. http://gabnav.coolinc.info/ 5.2.3. http://www.upv.es/satelite/trabajos/pracGrupo7/eruidint.htm 5.2.4. http://axxon.com.ar/nasa/nasa_10dic_02.htm 5.2.5. http://allman.rhon.itam.mx/~creyes/apuntes/msa4.pdf 5.2.6. http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/peredo_a_s/capitul

o3.pdf

5.3. Apuntes

5.3.1. Sistemas de Comunicación, Ing. Jorge Rosero UCSG