INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS” ZACATENCO

“

DISEÑO DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES DIGITALES VÍA SATÉLITE PARA ENLAZAR LAS ÁREAS ADMINISTRATIVAS Y

OPERATIVAS DE UNA EMPRESA MINERA”

SEMINARIO

PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTAN:

ESTRADA GARCÍA JORGE LUIS HERNÁNDEZ BRITO RENE ALEXIS

VELÁZQUEZ FLORES VIRIDIANA

ASESORES:

ING. HERNÁNDEZ RANGEL FRANCISCO DR. ROJAS LIMA JOSE ERNESTO

CIUDAD DE MÉXICO, ENERO 2020

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Índice

i Diseño de un Sistema de Comunicaciones Digitales vía Satelital para enlazar las áreas

Administrativas y Operativas de una Empresa Minera

Lista de figuras………...ii

Lista de tablas………..iii

Introducción………..iv

Objetivos………...vi

Capítulo I: Satélites Artificiales 1.1 Leyes de Kepler………...1

1.2 Satélites por Misión ………3

1.3 Satélites por Órbita………. 3

1.3.1 Órbitas LEO, MEO y GEO...4

1.3.2 Trayectorias Orbitales………..6

1.4 Estructura de un Satélite Artificial………..7

1.5 Satélites con Cobertura en México………..10

Capítulo II: Conceptos Técnicos 2.- Antenas………14

2.1 Antenas de Microondas………14

2.2 Técnicas de Modulación………...17

2.3 Ruido………...20

2.4 Conversión A/D y D/A………23

2.5 Compresión-Expansión………24

Capítulo III. Infraestructura espacial y terrestre 3.1 Satélite a emplear………..29

3.2 Subsistema de comunicaciones del satélite………..30

3.3 Coberturas del satélite a emplear………30

3.4 Estaciones terrenas satelitales...31

Capítulo IV: Protocolo del dimensionamiento de la red satelital 4.1 Apuntamiento de antenas……….37

4.2 Requerimiento espectral...39

4.3 Enlace ascendente………40

4.4 Enlace descendente………. 46

Capítulo V: Aplicaciones del Diseño 5.1 Topología………49

5.2 Ubicación de sitios a enlazar………50

5.3 Apuntamiento de antena……….. 52

5.4 Servicios………. 53

5.5 Dimensionamiento de la red……….57 Conclusiones

Bibliografía

Glosario de Términos

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Lista de Figuras

ii Diseño de un Sistema de Comunicaciones Digitales vía Satelital para enlazar las áreas

Capítulo I: Satélites Artificiales

1.1 Trayectoria elíptica del Planeta Tierra………...………..1

1.2 Descripción de la órbita de un satélite alrededor de la Tierra ………...…..2

1.3 Representación gráfica de las Trayectorias Orbitales de la Tierra………....6

1.4 Representación gráfica de los Nodos de la Tierra...7

1.5 Representación gráfica del Ángulo de Inclinación de una órbita..….………7

1.6 Estructura de un satélite Artificial (Agencia Espacial Mexicana)…………..8

1.7 Logotipo de Satmex..………11

1.8 Logotipo de QuetzSat………..……….11

1.9 Logotipo de Mexsat………..……….12

1.10 Logotipo de IntelSat………..…………..13

Capítulo II: Conceptos Técnicos 2.1 Patrón de radiación, ancho de haz y lóbulos de una antena parabólica...16

2.2 Tipos de Antenas: Primario, Offset, Cassegrain………17

2.3 Diagrama a bloques de Modulador BPSK y QPSK...18

2.4 Diagrama a bloques de Modulación QAM...19

2.5 Diagrama a bloques del sistema PCM…………...24

2.6 Diagrama General de un compresor de imágenes………25

2.6 Diagrama a bloques del Sistema de Compresión Analógico………...26

2.7 Compresión-Expansión………27

2.8 Diagrama a bloques Compresión-Expansión Digital………28

Capítulo III. Infraestructura espacial y terrestre 3.1 Imagen del Satélite 114.8°W………..……….30

3.2 Imagen de la Cobertura Nacional del Satélite 114.8°W………..……31

3.3 Esquema a bloques de una estación terrena……….32

3.4 Patrón de radiación (lóbulos laterales de bajo nivel)………33

3.5 Bloque de Radiofrecuencia………..34

3.6 Bloque de Comunicaciones……….35

3.7 Bloque de Estación Terrena……….36

Capítulo IV: Protocolo del dimensionamiento de la red satelital 4.1 Representación gráfica del Ángulo de Elevación de una Antena…………37

Capítulo V: Aplicaciones del Diseño 5.1 Topología de la red a enlazar………..……….49

5.2 Representación gráfica de una configuración delta………..……50

5.3 Diagrama de sitios a enlazar y descripción de enlaces ...……….51

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Lista de Tablas

iii Diseño de un Sistema de Comunicaciones Digitales vía Satelital para enlazar las áreas

Capítulo I: Satélites Artificiales

1.1 Bandas de Frecuencias Ascendente y Descendente...…...………..4

1.2 Características de los Satélites Artificiales ……….5

1.3 Ubicación de Satélites Mexicanos………..10

Capítulo III. Infraestructura espacial y terrestre 3.1 Hoja de Datos del Satélite 114.8°W………..……….29

Capítulo V: Aplicaciones del Diseño 5.1 Valores de Acimut, Ángulo de elevación y Rango ...…...……….53

5.2 Servicios requeridos CDMX……….54

5.3 Servicios requeridos Tula……….54

5.4 Servicios requeridos Mina………55

5.5 Cálculo de transferencia de datos por canal………..56

5.6 Sustitución y cálculo del Ancho de Banda (BW)………57

5.7 Valores del Cálculo de Enlace……….68

5.8 Valores del Enlace Ascendente………...69

5.9 Valores de Potencia Nominal Requerida………70

5.10 Valores del Enlace Descendente………..71

5.11 Valores del Factor de Calidad del Enlace Global………72

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Introducción

iv Diseño de un Sistema de Comunicaciones Digitales vía Satelital para enlazar las áreas

La empresa minera está dedicada a la extracción de piedra caliza en minas a cielo abierto alejadas de zonas urbanas, lo que implica que los servicios de comunicación comercial alámbricos e inalámbricos no están disponibles, por lo cual se requiere implementar canales de comunicación entre las oficinas corporativa ubicada en la Cdmx, área operativa mina a cielo abierto ubicadas en el municipio de Atotonilco de Tula Estado de Hidalgo y área administrativa ubicada en Tula de Allende Hidalgo; interconectar estas tres áreas de la empresa minera aportara las herramientas necesarias para la correcta operación de la misma, para lo cual se requiere implementar servicios de voz, datos y video, todos ellos disponibles para cada una de las áreas antes mencionadas a fin de lograr una eficiente y confiable comunicación entre todos los entornos de la empresa y así llevar a cabo las siguientes actividades

Para la correcta operación administrativa se requiere realizar las siguientes actividades:

 Video- Vigilancia las 24 hrs. del día

 Registro de unidades de carga al ingreso de las instalaciones

 Cobranza en ventanilla

 Expedición de remisiones por cada movimiento de cliente

 Emisión de Comprobante Fiscal Digital (Factura) por cada cliente que los solicite y una factura al día por ventas al público en general

 Emisión de reporte de ventas diarias, por cliente, por producto, por fecha y por tipo de venta (contado o crédito) al área contable administrativa en Tula de Allende

 Envío de reportes de producción de la Cdmx y área administrativa en Tula de Allende

 Envío de bitácoras de mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo a la Cdmx y área administrativa en Tula de Allende

 Comunicación de voz (Teléfono) a todas la área de operación de la mina (jefes de producción, jefes de turno, área de bascula, área de almacén general, casetas de vigilancia)

 Envío de correo electrónico automático a clientes informando el estatus de su unidad de tracto-camión

 Monitores de producción y operación desde la Cdmx

 Requisición de materiales para mantenimiento al área de compras ubicada en área administrativa de Tula de Allende Hidalgo

 Recepción de facturas de proveedores

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Introducción

v Diseño de un Sistema de Comunicaciones Digitales vía Satelital para enlazar las áreas

 Monitoreo de recepción de refacciones e insumos en área de almacén general

 Sesiones de videoconferencia entre los responsables de las áreas operativa, administrativa y la Cdmx

Dado que las dificultades geográficas de la mina (área operativa) y la distancia que existe entre las áreas a interconectar son muy marcadas se requiere el diseño e implementación de un sistema de comunicación satelital con tres estaciones terrenas ubicadas en cada una de las áreas en configuración delta con la cual se proveerá de comunicación confiable y disponible de alta calidad y seguridad. Además necesitaremos contratar un servicio de satélite por lo que diseñaremos una red con los servicios requeridos en cada una de las áreas para así hacer el dimensionamiento requerido de la red satelital.

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Objetivos

vi Diseño de un Sistema de Comunicaciones Digitales vía Satelital para enlazar las áreas

Objetivo General

 Estructurar una red satelital para la transmisión de voz, datos y video para una empresa minera.

Objetivos Específicos

 Dimensionar una red satelital digital.

 Contemplar los objetivos de calidad que requiere una red de comunicaciones para voz, datos y video.

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C ^{APÍTULO I} ^| “Satélites

Artificiales”

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

1 Diseño de un Sistema de Comunicaciones Digitales vía Satélite para enlazar las áreas

Un satélite se define como un cuerpo material, natural o artificial que giran alrededor de un cuerpo de mayor masa describiendo en una órbita.

1.1 Leyes de Kepler

Johannes Kepler fue un astrónomo alemán quien descubrió que los planetas giran en torno al sol describiendo una trayectoria elíptica, donde el Sol está situado en uno de los focos de dicha elipse. A esta afirmación se le conoce como Primera Ley de Kepler.

Figura 1.1 Trayectoria elíptica del Planeta Tierra

Donde:

a = semieje mayor.

b = semieje menor.

Rp = Radio de rotación menor (perihelio) distancia mínima entre el sol y la Tierra.

Ra = Radio de rotación mayor (afelio) distancia máxima entre el sol y la Tierra.

Rm = Radio medio (es simplemente la suma de Rp + Ra dividido entre 2 y da el semieje mayor).

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

Figura 1.2 Descripción de la órbita de un satélite alrededor de la Tierra

 La segunda ley de Kepler dice que la línea que une al Sol con un planeta tierra cualquiera del sistema solar hace un barrido de áreas iguales en intervalos de tiempo iguales.

Matemáticamente se representa:

A1 T1 =

A2

T2 (1.1) Donde:

A1 = área barrida por el satélite en un tiempo T1 T1 = tiempo de desplazamiento 1 del satélite A2 = área barrida por el satélite en un tiempo T2 T2 = tiempo de desplazamiento 2 del satélite

 La tercera ley de Kepler indica que el cuadrado del tiempo que tarda un planeta en recorrer su elipse (periodo) dividido entre el cubo de su distancia promedio al Sol es igual para todos los planetas.

T Rm³

2

= T1 Rm1³

2

= T2 Rm2³

2

= ⋯

(1.2) Donde:

T es el periodo de un planeta.

Rm es la distancia media del planeta referido alrededor del sol.

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

Existen diferentes tipos de Satélites como el Natural; la mayoría de los planetas de nuestro sistema solar cuentan con satélites naturales un ejemplo seria la luna que gira alrededor de nuestro planeta tierra y de tipo Artificial.

1.2 Satélites por Misión

Los satélites artificiales es un elemento físico capaz de recibir y transmitir señales de manera analógica o digital, se pueden clasificar por misión:

 Satélites para Comunicaciones: Son utilizados para las telecomunicaciones, algunos se encuentran ubicados en la órbita geoestacionaria.

 Satélites Experimentales: se ubican a 300 km a 1000 km de distancia de la tierra.

 Satélites Meteorológicos: Son utilizados para registrar el tiempo atmosférico y el clima en la tierra en tiempo real se encuentran ubicados en la órbita geoestacionaria.

 Satélites Biológicos: Son utilizados para llevar organismos vivos para experimentos científicos.

 Satélites de Observación Terrestre: Son utilizados para la observación del medio ambiente, cartografía sin fines militares.

 Satélites Militares: Son utilizados para uso exclusivo militar, para recolección de inteligencia y como armas de una manera demasiado segura.

1.3 Satélites por Órbita

Algunos satélites artificiales utilizados para las comunicaciones son asíncronos lo que quiere decir que describen una órbita elíptica o circular alrededor de la tierra.

Esto quiere decir que este tipo de satélites artificiales cabían su posición con respecto al punto fijo de la tierra de manera muy constante, por lo que es necesario un sistema de rastreo para poder localizar al satélite cuando pase por la zona de avistamiento en su órbita correspondiente.

 Elevación de satélites

Los satélites se clasifican de acuerdo a su órbita con respecto a la tierra, las cuales son la órbita terrestre baja (LEO), órbita terrestre intermedia (MEO) o una órbita terrestre geoestacionaria (GEO).

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

1.3.1 Orbitas LEO, MEO y GEO

 Satélites de órbita terrestre baja LEO (Low Earth Orbit)

Los satélites de órbita terrestre baja (LEO) trabajan en el intervalo de frecuencias de 1.0 a 2.5 GHz. Este tipo de satélites artificiales se encuentran en un rango de distancia de 750 a 1,000 km de la tierra. Algunas de las principales ventajas de este tipo de satélites son que su órbita es menos susceptible a pérdidas de trayectoria entre el satélite y la estación terrena lo que se traduce como menor potencia para trasmitir la señal a la estación terrena y lo que deriva a la utilización de antenas más pequeñas y a su vez reduciendo el peso total del satélite.

 Satélites de órbita terrestre intermedia MEO (Medium Earth Orbit) Este tipo de satélites se encuentran a una distancia de entre 10,000 y 20,000 km de la superficie de la tierra, este tipo de satélites describen una órbita geo síncrona.

 Satélites de órbita geoestacionaria GEO (Geoestationary Orbit) Los satélites geoestacionarios describen una órbita entorno al ecuador de la tierra por lo que aparentan estar fijos con respecto a la superficie de la tierra por este motivo no es necesario utilizar un sistema de rastreo para conocer la ubicación del satélite geoestacionario. La órbita de este tipo de satélites se encuentra a 35,786 km sobre la superficie del ecuador terrestre.

La entidad internacional que asigna las posiciones orbitales es la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) también se encarga de asignar las frecuencias de operación de los satélites, para que no halla interferencia entre ellos.

Las posiciones orbitales están definidas por cubos de 70 Km de lado que se encuentran en la zona geoestacionaria.

Los satélites comerciales funcionan en tres bandas de frecuencias, que son: C, Ku y Ka.

Tabla 1.1 Bandas de Frecuencias Ascendente y Descendente

Banda Frecuencia

Ascendente

Frecuencia Descendente

Problemas que presentan C 5,925 GHz – 6,425

GHz

3,7 GHz – 4,2 GHz Interferencia Terrestre Ku 14 GHz – 14,5

GHz

11,7 GHz – 12,2 GHz

Lluvia Ka 27,5 GHz – 30,5

GHz

17,7 GHz – 21,7 GHz

Lluvia

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

La banda C opera con una frecuencia de 3,4 a 7 GHz y cuenta con servicios de telefonía fija y ciertas aplicaciones de difusión de radio/TV y redes de negocios.

La banda Ku opera con una frecuencia de 10,7 a 18,1 GHz y cuenta con transmisión de señales de datos: televisión, videoconferencias, transferencia de redes de negocios.

La banda Ka opera con una frecuencia de 18,1 a 31 GHz y cuenta con transmisión de señales de elevado caudal de datos: televisión, videoconferencias, transferencia de redes de negocios.

A cada usuario se le asigna una parte específica de frecuencia conocida como intervalo espectral. Las bandas de frecuencia se asignan por estándares fijados por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), dependiendo del servicio que se vaya a prestar, y los operadores deben mantenerse coordinados entre sí para evitar interferencia alguna entre satélites.

Las bandas C, Ku y Ka se divide en canales donde los satélites cuentan con un repetidor, llamado transponder o transpondedor, que es el encargado de recibir la señal ascendente y la retransmite a la tierra.

Los canales tienen un ancho de banda de 27 a 72 MHz y son utilizados para enviar señales analógicas (vídeo y audio) y señales digitales que son utilizadas para la televisión de alta definición.

TIPOS DE SISTEMAS DE SATÉLITES SEGÚN SU ÓRBITA Características

Geoestaciona-

rios No geoestacionarios

GEO LEO MEO

Distancia a la tierra (Km) 35,786 750 a 1,000

10,000 a 20,000 Numero de satélites para dar

cobertura global 3 Más de

20 De 8 a 16

Coste por satélite Muy alto Bajo Medio

Coste del sistema Económico Alto Medio

Uso de terminales portátiles Muy difícil Posible Posible Retardo de propagación (ms) 270 De 5 a 20 De 20 a 270

Pérdidas de propagación Altas Bajas Medias Complejidad de la red Sencilla Compleja Media

Período de desarrollo Largo Largo Corto

Vida del satélite (años) De 10 a 15 De 3 a 7 De 10 a 15 Visibilidad del satélite Siempre Corta Media

Tabla 1.2 Características de los Satélites Artificiales

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

Figura 1.3 Representación gráfica de las Trayectorias Orbitales de la Tierra

1.3.2 Trayectorias Orbitales

Existen infinidad de trayectorias orbitales de los satélites, pero únicamente tres son útiles para las comunicaciones en el planeta Tierra estas son Trayectoria inclinada, Trayectoria Ecuatorial y Trayectoria Polar.

La Trayectoria inclinada es la que siguen los satélites formando un ángulo de inclinación con respecto a la trayectoria ecuatorial, esta inclinación es medida en sentido de las manecillas del reloj; en el punto donde se intercepta con el plano ecuatorial viniendo de Sur a Norte se le conoce como nodo ascendente y al punto donde se encuentran la trayectoria del satélite con la trayectoria ecuatorial cuando viene de Norte a Sur se le denomina nodo descendente, a la línea que une los nodos ascendente y descendente se le llama línea de Nodos (Véase en Figura 1.4).

Una Trayectoria Ecuatorial es cuando él satélite gira en órbita directamente arriba del ecuador, en este tipo de trayectoria no existen nodos ascendente ni descendente ya que no existe un ángulo de inclinación por lo regular todos los satélites geoestacionarios se ocupan en esta trayectoria.

La Trayectoria Polar se presenta cuando un satélite se presenta en una órbita que lo hace pasar por encima del polo norte y el polo sur y esta es perpendicular al ecuador.

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

1.4 Estructura de un Satélite Artificial

Los satélites artificiales se conforman de distintos componentes que se engloban en dos módulos principales como es la plataforma y la carga útil. El primer módulo de los satélites artificiales está encargado de realizar las tareas necesarias para el correcto funcionamiento del satélite artificial y a su vez poder mantenerlo en su órbita. En el segundo módulo encontramos todos los elementos necesarios que necesita el satélite artificial para poder comunicarse con la tierra.

Figura 1.4 Representación gráfica de Nodos de la Tierra

Figura 1.5 Representación gráfica del Ángulo de Inclinación de una órbita

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

A continuación, se enlistan los componentes de los módulos:

 Plataforma

 Estructura

 Propulsión

 Control de orientación

 Energía

 Telemetría

 Control térmico

Figura 1.6 Estructura de un satélite artificial. (Agencia Espacial Mexicana)

 La plataforma

En este sistema del satélite artificial podemos encontrar los distintos subsistemas que en conjunto mantienen al satélite en órbita y operativo.

 Estructura

Este subsistema es el soporte de todos los demás subsistemas que conforman el satélite artificial, dado la función que realiza esta estructura debe de tener la suficiente resistencia para mantener todos los componentes en su sitio a la hora del lanzamiento y una vez que estando en el espacio, por este motivo está construido por aleaciones metálicas ligeras y compuestos químicos que lo hacen resistente y ligero.

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

 Propulsión

Se encarga de proveer al satélite artificial un medio por el cual pueda moverse en el espacio con el fin de que puedan modificar su posición para que puedan situarse en la órbita destinada después del lanzamiento.

 Control de la orientación

Es el encargado de mantener al satélite artificial en la órbita y la posición correcta para qué pueda transmitir correctamente las señales hacia la tierra, esto lo logra a través de un sistema de referencia centrado en la nave y que apunta a la tierra.

 Energía

Este subsistema se encarga de proporcionar la energía necesaria a todos los demás subsistemas del satélite artificial, este subsistema consiste en transportar una determinada potencia eléctrica a través de una fuente de tensión regulada a todos los subsistemas que conforman el satélite artificial.

 Telemetría

Se encarga de proporcionar una interfaz que permite la comunicación entre el satélite artificial y el centro de control en tierra, que permite saber sobre el estado, la configuración y la salud de todos subsistemas del satélite artificial, estos datos los envía a través de antenas de radiofrecuencia que se encuentran en la carga útil del satélite artificial. Esta interfaz de telemetría funciona determinando el retraso de frecuencias el cual permite saber a cuanta distancia se encuentra el satélite artificial de la estación terrena.

 Control térmico

La función de este subsistema es la de mantener la temperatura adecuada para el correcto funcionamiento de cada uno de los componentes del satélite artificial, esta protección térmica se requiere en el intervalo del viaje desde la tierra hacia el espacio del satélite artificial, pero también cuando el satélite alcance su posición en el espacio y sus componentes entren en operación, pero también cuando no estén en funcionamiento.

 Carga útil

Es el conjunto de antenas y traspondedores que están relacionados directamente en la transmisión de las señales radioeléctricas entre el satélite y la estación terrena.

El transpondedor se encarga de procesar las señales radioeléctricas que llegan al satélite artificial desde la estación terrena.

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

1.5 Satélites en existencia con Cobertura en México

Tabla 1.3 Ubicación de Satélites Mexicanos

 Satmex

Es un satélite mexicano por eso su nombre Satmex (Satélites Mexicanos, S.A. de C.V.) fue una compañía en México que operó satélites espaciales que dan servicios alrededor del continente americano. Satmex fue adquirida por Eutelsat Communications.

Hay dos diferentes tipos de Centros de Control que son responsables de la operación de satélites Satmex, se encuentran en la alcaldía de Iztapalapa en CDMX y en Hermosillo, Sonora.

Los Centros de Control de Comunicaciones (CCC) vigilan las señales enviadas a través de los satélites de Eutelsat mediante varios dispositivos, que monitorean las actividades de los satélites, ubicación, operación y verifican que los usuarios operen en los parámetros asignados. Eutelsat tiene Centros de control de comunicaciones en sus oficinas corporativas y en los dos Centros de Control de Satélites.

Satélite Año de Lanzamiento

Ubicación

Satmex 6 2006 Space Systems Loral (SSL) LS-1300X con órbita 113.0º W.En operaciones.

QuetzSat 1 2011 Space Systems Loral (SSL) LS-1300 con órbita 77º W. En operaciones.

Mexsat 3 (Bicentenario)

2012 Orbital Sciences Corporation (OSC) Star-2.4 Bus. Con órbita 114.9° W.

INTELSAT 2014 Space Systems Loral (SSL) LS-1300X con órbita de 95 grados de longitud oeste Mexsat 2

(Morelos III)

2015 Con Órbita 113.5ºW. En operaciones.

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

Figura 1.7 Logotipo de Satmex

 QuetzSat

Es un satélite de comunicaciones de alta potencia propiedad de la empresa mexicana QuetzSat (conformada por Grupo MedCom y SES S.A.). Proporciona cobertura en México, América Central y Estados Unidos.

QuetzSat forma parte de la flota de satélites de SES S.A., se ubica en la posición 77º Oeste, lugar que el gobierno mexicano ha concedido los derechos de frecuencia de DTH a la empresa QuetzSat.

Es utilizado por la empresa Dish México, una empresa joint-venture que se conforma por la empresa mexicana MVS Comunicaciones y EchoStar para servicios de televisión por satélite en México.

Figura 1.8 Logotipo de QuetzSat

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

Figura 1.9 Logotipo de Mexsat

 Mexsat

Es una empresa en donde el gobierno mexicano y la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, decide comprar tres nuevos satélites con fines de seguridad del Estado mexicano, los cuales fueron identificados principalmente como Mexsat 1, 2 y 3, luego el gobierno mexicano los nombró como Centenario, Morelos III y Bicentenario.

Los satélites Mexsat 1 (Centenario) y Mexsat 2 (Morelos III) serían dos aparatos gemelos para comunicaciones móviles, uno respaldo del otro, para operar en las bandas L y Ku; pero el Mexsat 1 (Centenario) sufrió fallas a la hora del despegue desintegrándose y no poder cumplir su objetivo. El Mexsat 3 (Bicentenario) es para comunicaciones fijas que operará en las bandas C y Ku extendidas. Los satélites conformarán el nuevo Sistema Satelital Mexicano (MEXSAT), operados a través de Telecomunicaciones de México (Telecomm-Telégrafos).

Sus centros de Control se encuentran en la alcaldía Iztapalapa, CDMX y en Hermosillo, Sonora.

Mexsat 2 (Morelos III) Es un servicio de comunicaciones satelitales óptimos, Las operaciones del satélite se dan cuando ya está en órbita desplegando su antena, una vez llevado a cabo esto se puede iniciar el control y el correcto funcionamiento del satélite.

MexSat está apto para manejar terminales marítimas, vehiculares terrestres o semi fijos, para transmitir en tiempo real voz, datos y video.

El Morelos 3 pesa 5.3 toneladas y opera en la banda de frecuencias “Banda L”, la cual tiene condiciones óptimas para comunicaciones móviles entre personas, transportes terrestres, marítimos y aéreos, a través de dispositivos o terminales de uso satelital, aunque el clima este extremo.

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Capítulo 1: Satélites Artificiales

 IntelSat

IntelSat es un proveedor de satélites de comunicaciones. Originalmente se formó como la Organización Internacional de Satélites de Telecomunicaciones (en inglés:

International Telecommunications Satellite Organization, INTELSAT).

IntelSat fue fundada en 1964 como un grupo de agencias oficiales norteamericanas, incluyendo la NASA. Ha establecido el estándar en el diseño de satélites, el lanzamiento y las operaciones en vuelo durante más de 45 años.

Los operadores de satélites han llegado a depender de los equipos técnicos altamente calificados de IntelSat y los servicios relacionados con el satélite para apoyar las múltiples facetas de sus programas por satélite.

Su flotilla cuenta con más de 50 satélites que proporcionan servicios de comunicaciones al 99% de las regiones pobladas del mundo, ofreciendo videos, datos y voz en todo el mundo y cuenta con una gama Mundial más extensa de satélites fijos y cuenta con un telepuerto de infraestructura de redes de fibra óptica.

Figura 1.10 Logotipo de IntelSat

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C APÍTULO II | “Conceptos

Técnicos ”

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Capítulo 2: Conceptos Técnicos

2.- Antenas

Una antena es un dispositivo que se utiliza para radiar y recibir ondas electromagnéticas por medio de líneas de transmisión por medio de combinar la energía de un transmisor o de un receptor con una antena, que a su vez acopla la energía con la atmósfera terrestre, y de la atmósfera terrestre a una línea de transmisión.

En la transmisión de un sistema de radiocomunicaciones en el espacio libre, las antenas convierten la energía eléctrica que viaja por una línea de transmisión en ondas electromagnéticas que se transmiten al espacio. En el receptor, una antena convierte las ondas electromagnéticas en el espacio en energía eléctrica en una línea de transmisión.

2.1 Antenas de Microondas

Las antenas sirven para convertir energía eléctrica generada en el transmisor de un sistema de radio en una señal electromagnética que debe estar direccionada. Las antenas se comportan de manera igualitaria en los casos de transmisión y recepción, esta es una característica que se le conoce como reciprocidad.

Una antena es básicamente un elemento radiante que convierte la energía eléctrica en forma de corriente en un frente de onda electromagnética. El flujo de corriente en un conductor creara un campo magnético. El flujo de corriente variable generará un campo magnético variable que creará un campo eléctrico. Habrá una interacción entre los campos eléctricos y magnéticos que dará como resultado la propagación electromagnética.

Los componentes de campo que no están radiados componen las partes capacitivas e inductivas de la antena, lo que hace que la antena muestre una impedancia compleja en lugar de solo resistiva.

Características de las Antenas

 Ganancia

 Polarización

 Patrón de Radiación

 Ancho de Haz

 Lóbulos Laterales

 Relación Frente-atrás

 Temperatura de ruido

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Capítulo 2: Conceptos Técnicos

 Ganancia

Una antena es un dispositivo pasivo y no puede amplificar la señal; pero si redirige la señal para que sea más fuerte en una dirección que en otra. La ganancia es la concentración de la señal para llegar a mayor distancia.

La cantidad por la cual la antena da forma a la señal en una dirección particular se describe en términos de su ganancia con respecto a otra formada como referencia.

La ganancia se expresa en una escala logarítmica en decibeles con respecto a una antena de dipolo o a una antena isotrópica. La ganancia de las antenas de microondas del tipo parabólico generalmente se especifica en dBi y se pueden expresar por la siguiente ecuación:

[𝐺]𝑑𝐵𝑖 = 10 𝑙𝑜𝑔 [𝑛 (𝜋𝐷 𝜆 )

2]

(2.1) Donde:

[𝐺]𝑑𝐵𝑖: Ganancia de la antena con respecto a una antena isotrópica 𝑛: Eficiencia (va desde 0.6 a 0.8 según la Norma Oficial Mexicana) 𝜆: Longitud de Onda

𝐷: Diámetro de la antena

 Polarización

La polarización de la señal es determina por su alimentador o feeder (Horn feed).

Los radioenlaces deben transmitir y recibir en la misma cantidad de polarización. Se suele usar antenas con doble polarización para incrementar la capacidad del sistema, para lograr esto se hace uso de alimentadores con polarización ortogonal.

La polarización de una onda electromagnética se describe como el comportamiento del vector intensidad de campo eléctrico al viajar una onda electromagnética.

 Patrón de radiación

El patrón configurado por una antena tiene un aspecto tridimensional. Para las antenas de microondas, la gráfica se aplana en una gráfica de envolturas de patrón de radiación (RPE), que indica la envolvente de los lóbulos de -180 grados a +180 grados sobre una base lineal.

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Capítulo 2: Conceptos Técnicos

 Ancho del haz

El ancho del haz es una indicación de que tan angosto es el lóbulo principal. El ancho de haz a media potencia es el ancho del lóbulo principal en la mitad de la intensidad de la potencia.

El ancho de haz de la antena generalmente disminuye al aumentar el tamaño del reflector. Las antenas de alta ganancia no solo mejoran el margen de desvanecimiento de un enlace de radio, también ayuda a reducir la interferencia de las señales fuera de la vista.

 Lóbulos laterales

Las antenas de microondas son diseñadas para ser directivas. La energía se propaga a los lados y detrás de la antena. El lóbulo principal es el que se encuentra al centro y de frente de la antena. Los lóbulos secundarios son de menor amplitud y se encuentran alrededor de la antena.

 Relación (Frente-atras)

Se define como la relación de la ganancia en la dirección deseada entre la ganancia en la dirección opuesta detrás de la antena.

Figura 2.1 Patrón de radiación, ancho de haz y lóbulos de una antena parabólica

(28)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

 Antenas parabólicas

Las antenas parabólicas son antenas utilizadas especialmente en las comunicaciones por vía satelital, son utilizadas en terrazas y tejados de nuestras ciudades. Tienen forma de parábola y tienen la facilidad para que las señales que llegan a su superficie puedan emplearen los Rx.

Existen antenas parabólicas de foco primario. Es importante que la antena esté correctamente orientada hacia el satélite, de forma que las señales lleguen paralelas al eje de la antena. En algunos casos son utilizadas como antenas de instalaciones colectivas.

Un tipo de antena parabólica es la antena offset; este tipo de antena tiene un tamaño más reducido, y obtiene muy buen rendimiento. Su forma parabólica le ayuda a que cuando las señales se reflejan hacen que se concentren en un punto que se encuentra por debajo del foco de la parábola, de su tamaño reducido se utilizan en instalaciones individuales de recepción de señales de TV y datos vía satélite.

Otro tipo de antena es la Cassegrain, que aumenta la eficacia y el rendimiento porque cuenta con dos reflectores: el primario o parábola más grande, donde inciden los haces de señales es un primer contacto, y cuenta con un reflector secundario (subreflector).

Figura 2.2 Tipos de Antenas: Primario, Offset, Cassegrain.

2.2 Técnicas de Modulación

La mayoría de los sistemas satelitales modernos usan transmisión por desplazamiento de fase PSK, o modulación de amplitud en cuadratura QAM. Con la modulación PSK o QAM, la banda base de entrada generalmente es una señal PCM codificada con multicanalización por división de tiempo, la cual es digital.

Además, con PSK o QAM, se pueden codificar varios bits en un solo elemento de señalización de transmisión.

(29)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

 Modulación PSK

Es una modulación de fase donde la señal moduladora (datos) es digital.

Existen dos alternativas de modulación PSK: PSK convencional, donde se tienen en cuenta los desplazamientos de fase y PSK diferencial, en la cual se consideran las transiciones.

En el sistema PSK convencional se debe contar con una señal portadora en el receptor para sincronización, o usar un código autosincronizante, por esta razón surge la necesidad de un sistema PSK diferencial. Se le llama PSK diferencial ya que la información no está contenida en la fase absoluta, sino en las transiciones.

La referencia de fase se toma del intervalo inmediato anterior, con lo que el detector decodifica la información digital basándose en diferencias relativas de fase.

Al sistema modulador de 2PSK se le compara con una llave electrónica controlada por la señal moduladora, la cual conmuta entre la señal portadora y su versión desfasada 180º.

Figura 2.3 Diagrama a bloques de Modulador BPSK y QPSK

 Modulación QAM

Modulación de amplitud en cuadratura QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Consiste en modular por desplazamiento en amplitud (ASK) de forma independiente, dos señales portadoras que tienen la misma frecuencia pero que están desfasadas entre sí 90º.

La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras al tener tal desfase, se dice que están en cuadratura. Estas dos ondas generalmente son señales sinusoidales en la cual una onda es la portadora y la otra es la señal de datos.

(30)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

Figura 2.4 Diagrama a bloques de Modulación QAM

Un parámetro importante es que la potencia de la portadora es la energía por bit Eb;

Eb matemáticamente es:

𝐸𝑏 = 𝑃𝑟 𝑇𝑏

(2.2) Donde:

Eb = energía de un bit sencillo Pr= potencia de recepción

Tb= tiempo de duración de un bit sencillo

 Potencia isotrópica radiada efectiva

La potencia isotrópica radiada efectiva (PIRE), se define como una potencia de transmisión equivalente y se expresa matemáticamente:

𝑃𝐼𝑅𝐸 = 𝑃_𝑇 ∗ 𝐴𝑡

(2.3) Donde:

PIRE= potencia isotrópica radiada efectiva (watts) 𝑃_𝑇=potencia total radiada de una antena (watts)

At= ganancia de la antena transmisora (sin unidades).

(31)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

2.3 Ruido

El ruido son aquellas señales no deseadas que están presentes en un sistema de comunicaciones. El ruido siempre estará presente en todos los sistemas de comunicaciones y este a su vez influye en el deterioro de la señal que nosotros transmitimos.

 Relación señal/ruido

La relación señal a ruido está definida como el cociente de la potencia de la señal de recepción entre la potencia de ruido en un punto dado de un sistema, su ecuación es:

𝑆⁄ =𝑁 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑐𝑖ó𝑛 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑖𝑑𝑜

(2.4) Donde:

S = Potencia de la señal de recepción N = Potencia de ruido

En decibeles está dada por:

(𝑆 𝑁⁄ )_𝑑𝐵 = 10𝑙𝑜𝑔₁₀ (𝑆 𝑁⁄ )

(2.5) Esta relación nos indica la calidad de la señal en un sistema de comunicaciones y depende, tanto del nivel de señal recibida como del ruido total, es decir, la suma del ruido procedente de fuentes externas y el ruido inherente al sistema.

 Ruido térmico

El ruido térmico está presente en todos los dispositivos resistivos debido al movimiento de las moléculas del dispositivo, el ruido térmico en un cuerpo es el valor RMS de la velocidad del movimiento de las partículas del cuerpo, a este tipo de ruido se le conoce como “ruido blanco” debido a que el movimiento de las partículas que lo generan lo hacen de manera aleatoria.

Según la teoría cinética, el movimiento de estas partículas cesa en cero absolutos de temperatura, es decir, cero grados Kelvin. Por lo tanto, la potencia de ruido generada en una resistencia o en el componente resistivo es directamente proporcional a su temperatura absoluta además del ancho de banda sobre el cual se mide. Matemáticamente esto se define:

(32)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

𝑁 = 𝐾𝑇₀𝐵

(2.6) Donde:

𝑇0= Temperatura absoluta (290° K) B=Ancho de banda

K=Constante de Boltzmann= -228.6 dB N = Salida de ruido térmico acoplado

Otro término que generalmente se define en este contexto es la densidad de potencia de ruido que está dada por:

No = 𝐾𝑇0𝐵

(2.7) Donde el ancho de banda (B) es igual a 1 Hz, entonces la ecuación se expresa de la siguiente forma:

No = 𝐾𝑇₀

(2.8) Donde:

𝑇0= Temperatura absoluta (290° K) K=Constante de Boltzmann = -228.6 dB No=Densidad de potencia de ruido

Esto implica que la densidad de potencia de ruido aumenta con la temperatura física del dispositivo. Además, el ruido térmico generado en un dispositivo se puede reducir reduciendo su temperatura o el ancho de banda sobre el cual se mide el ruido o ambos.

 Temperatura de ruido

Esta se define como la temperatura de una resistencia ficticia a la entrada del circuito ideal, libre de ruido, que generaría la misma potencia de ruido que el circuito real, conectado a una carga libre de ruido.

La temperatura de ruido está dada por la siguiente expresión:

𝐹 = 𝐾𝑇0𝐵𝐺 + 𝐾𝑇𝑟𝐵𝐺 𝐺𝐾𝑇0𝐵

(2.9)

(33)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

Donde:

F = Factor de ruido.

𝑇₀ = Temperatura absoluta de referencia (290° K) Tr = Temperatura de ruido.

K=Constante de Boltzmann = −228.6 𝑑𝐵 B=Ancho de banda

G = Potencia de la ganancia del ancho de banda

Que puede expresarse de la manera siguiente:

𝐹 = 1 + 𝑇_𝑟 𝑇₀

(2.10) Donde:

F = Factor de ruido

𝑇₀ = Temperatura absoluta de referencia (290° K) Tr = Temperatura de ruido

 Figura de ruido

La figura de ruido F de un dispositivo se puede definir como la relación de su potencia de señal a ruido en la entrada a la potencia de señal a ruido en la salida;

es decir:

𝐹 = 𝑆_𝑖

𝑁_𝑖

⁄ 𝑆_𝑆

𝑁𝑆

⁄ = 𝑁_𝑆

(𝑆^𝑆⁄ )𝑁𝑆𝑖 𝑖

= 𝑁_𝑆 𝐺 𝑁_𝑖

(2.11) Donde:

F = Figura de ruido

Si = Potencia de la señal disponible en la entrada Ni = Potencia de ruido disponible en la entrada

(34)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

Ss = Potencia de la señal disponible en la salida Ns = Potencia de ruido disponible en la salida G = Ganancia de Potencia

Ahora, Ni = k Ti B, donde Ti es la temperatura ambiente en kelvin. Obtenemos:

𝐹 = 𝑁_𝑆 𝐺 𝑘 𝑇_𝑖 𝐵

(2.12) Donde:

F = Figura de ruido

Ti = Temperatura ambiente en grados kelvin G = Potencia de la ganancia del ancho de banda Ns = Potencia de ruido disponible en la salida K=Constante de Boltzmann = -228.6 dB

B=Ancho de banda

2.4 Convertidores A/D y D/A

Los conversores analógicos a digital se utilizan para convertir las señales analógicas a señales digitales que se pueden interpretar en los sistemas digitales ya que en la naturaleza las señales son analógicas. Este proceso se logra a través de un conversor de analógico-digital (ADC- Analogue to DigitalConverter), ya que este convierte la señal analógica en un numero digital equivalente a la señal original.

Por otro lado, los conversores digital-analógico (DAC- Digital to Analogue Converter) se encargan de convertir la señal digital a una señal eléctrica analógica.

Estos dos tipos de procesos se deben llevar a cabo de tal manera que no se pierda información.

 Conversores tipo ADC (Conversor analógico-digital)

Los dispositivos ADC convierten un nivel de tensión analógico en un símbolo digital correspondiente. Si n es el número de bit obtenidos del símbolo, esto significa que habrá 2n niveles de tensión diferentes.

(35)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

Todo convertidor ADC debe procurar que el conjunto de bit obtenidos a la salida sea un reflejo lo más exacto posible del valor analógico correspondiente. Se usan un gran número de métodos para convertir señales analógicas a la forma digital, los más usados son: Rampa de escalera, aproximaciones sucesivas, paralelo (flash), doble rampa, voltaje a frecuencia, tipo serie.

 Conversores tipo DAC (Conversor digital-analógico)

Convierten las señales digitales en cantidades eléctricas analógicas relacionadas en forma directa con el número de entradas codificado digitalmente. Los DAC efectúan sus conversiones recibiendo la información en forma serial o paralela.

 Modulación por codificación de pulsos (PCM)

Este tipo de modulación es el que se utiliza para convertir señales analógicas en digitales, el proceso que sigue este tipo de modulación es el de procesar la señal de entrada analógica a través de un muestreo de la señal de entrada, posteriormente esta señal analógica se convierte en una señal PAM que posteriormente se le aplica el proceso de cuantificación y posteriormente se le aplica una codificación, como resultado de este proceso obtenemos una señal PCM a la salida de este proceso, como se muestra en la figura siguiente.

Figura 2.5 Diagrama de bloques del sistema PCM

2.5 Compresión – Expansión

Las técnicas de compresión proporcionan una reducción en la capacidad de almacenamiento, pero requieren un procesado tanto para compresión como para la descompresión. Las técnicas más simples ofrecen reducciones moderadas con poco procesamiento.

Las características del sistema digital y la aplicación determinarán el compromiso entre estos factores y permiten seleccionar las técnicas de compresión adecuadas.

La reducción de datos puede afectar o no a la calidad de la información.

SEÑAL PCM SEÑAL

ANALÓGICA

PROCESO DE CODIFICACIÓN PROCESO DE

CUANTIFICACIÓN PROCESO DE

MUESTREO

(36)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

Algunas técnicas de compresión relevantes:

•Compresión sin pérdida: los datos antes y después de comprimirlos son exactos en la compresión sin pérdida. Una mayor compresión solo implica más tiempo de proceso. La tasa de bits siempre es variable en la compresión sin pérdida. Se utiliza principalmente en la compresión de texto.

•Compresión con pérdida: puede eliminar datos para disminuir aún más el tamaño, con lo que reduce la calidad. La tasa de bits puede ser constante o variable.

Una vez realizada la compresión, no se puede obtener la señal original, aunque sí una aproximación cuya semejanza con la original dependerá del tipo de compresión.

Este tipo de compresión se da principalmente en imágenes, vídeos y sonidos. La compresión permite que los algoritmos usados para reducir las cadenas del código desechen información de la imagen. Uno de los formatos que permite compensar esta pérdida es el JPG, emplea técnicas que suavizan los bordes y áreas que tienen un color similar permitiendo que la falta de información sea invisible a simple vista.

Este método permite un alto grado de compresión con pérdidas en la imagen que, muchas veces, solo es visible mediante el zoom.

2.6 Diagrama General de un compresor de imágenes

•ADPCM (Adaptative Differential Pulse Code Modulation): Se trata de una codificación diferencial: en lugar de representar las muestras de la señal, se almacenan la diferencia entre muestras consecutivas, que para señales audio, suele ser pequeña. ADPCM se articula en los estándares CCITT G.721, CCITT G.723 y en el CCITT G.726, que reemplazó a los dos anteriores definiendo estándares para 16, 24, 32 y 40 kbits por segundo (que corresponden a tamaños de muestra de 2, 3, 4 y 5 bits respectivamente).

(37)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

•LPC-10E (Linear Predictive Coder): Este algoritmo hace corresponder la señal audio con un modelo lineal simple y obtiene los parámetros que mejor ajustan el modelo a la señal. La señal generada es poco fiel a la original. Se utiliza en algunos servicios de voz.

•CELP (Code Excited Linear Prediction: Es similar a LPC-10E, tiene en cuenta el error entre la señal original y la aproximada, creando una tabla de errores. La señal se compone de los parámetros del modelo más el índice del error en cada muestra.

La tabla es común a codificador y decodificador.

•MPEG: Es un estándar tanto para audio como para vídeo. Consigue alta compresión en los datos y requiere de un gran proceso de cálculo, sobre todo en la codificación.

 Compresión-Expansión Analógica

Se implementó la compresión analógica usando diodos de diseño especial intercalados en la trayectoria de la señal analógica en el transmisor PCM, antes del circuito de muestreo y retención.

Figura 2.7 Diagrama a bloques del Sistema de Compresión Analógico

(38)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

En un sistema de comunicación se requiere comprimir la señal antes de transmitir y se requiere expandir para regenerar la señal original en la parte de recepción.

Figura 2.8 Compresión-Expansión

 Compresión-Expansión tipo µ

Es ocupada en Estados Unidos y Japón, para esta ley la característica de compresión es la siguiente:

𝑉𝑠𝑎𝑙 =𝑉𝑚𝑎𝑥 ∗ ln(1 + µ)( 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑉𝑚𝑎𝑥) ln (1 + µ)

(2.13) Donde:

Vmax = Amplitud máxima de la entrada analógica no comprimida (volts) Vent = Amplitud de la señal de entrada en determinado momento (volts) µ = Parámetro para definir la cantidad de compresión (adimensional) Vsal = Amplitud de la salida comprimida (volts)

2.5.3 Compresión-expansión de ley A

En Europa se ha establecido el uso de compresión-expansión de ley A para aproximar el proceso logarítmico verdadero, para determinado intervalo dinámico,

(39)

Capítulo 2: Conceptos Técnicos

Figura 2.9 Diagrama a bloques Compresión - Expansión Digital

este tipo de compresión tiene una SQR un poco más plana que la compresión- expansión de ley µ. Sin embargo: la ley A es de menor calidad que la ley µ en señal pequeña o ruido de canal inactivo.

𝑉𝑠𝑎𝑙 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝐴 𝑉𝑒𝑛𝑡

⁄𝑉𝑚𝑎𝑥

1 + ln 𝐴 0 ≤ 𝑉𝑒𝑛𝑡 𝑉𝑚𝑎𝑥 ≤

1

(2.14) 𝐴 Donde:

Vmax = Voltaje máximo Vent = Voltaje de entrada

A = Parámetro para definir la cantidad de compresión-expansión Vsal = Voltaje de salida

𝑉𝑠𝑎𝑙 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 1 + ln(𝐴 𝑉𝑒𝑛𝑡 𝑉𝑚𝑎𝑥⁄ 1 + 𝑙𝑛𝐴 1

𝐴 ≤ 𝑉𝑒𝑛𝑡

𝑉𝑚𝑎𝑥 ≤ 1

(2.15) 2.5.4 Compresion-Expansion digital

En esta tecnica primero se muestrea la señal de entrada y se convierte a codigo PCM lineal antes de comprimir en el lado de la transmision; y expandir en el lado del receptor antes de decodificar. En otras palabras primero se muestrea la señal analogica y se convierte en un codigo lineal a continuacion el codigo lineal se comprime en forma digital; en el lado de la recepcion se recibe el codigo PCM comprimido, se expande y despues se decodifica.

(40)

C APÍTULO III |

“Infraestructura Espacial

y Terrestre ”

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Capítulo 3: Infraestructura Espacial y Terrestre

3.1 Satélite a emplear

El satélite a emplear para el proyecto será el satélite aplicado en la posición orbital 114.8°W el cual sus características se adaptan a los servicios (Voz, Datos y Video) que se harán llegar a los diferentes sitios de la mina, a continuación, se de detallan las características del satélite:

Tabla 3.1 Hoja de Datos del satélite 114.8° W

CONCEPTO SATÉLITE 114.8°W

Fabricante ORBITAL

Modelo de satélite STAR 2

Posición orbital 114.8 Oeste

Tipo de orbita Geoestacionaria Geo síncrona

Vida útil Aprox. 15 años

Carga útil

12 transpondedores activos Banda

"Ku" Extendida y 12 transpondedores activos Banda “C" Extendida

Cobertura México Zona Económica Exclusiva

Potencia en watts 3,500 (Aprox.)

Sitios de construcción Sterling, Virginia

Lanzadoras (Cohetes compatibles)

Arianespace (Ariane 5 / Ariane 6 / Soyuz) International Launch Services (Proton M) Sea Launch Company (Zenith-3SL) Mitsubishi Heavy Industries (H-IIA) SpaceX (Falcon-9 )

Propulsión PROPELENTE

Servicios

Voz, Datos, Internet y Video en entorno fijo

Tipo de terminales

Parabólicas VSAT (Very Small Aperture Terminal)

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Capítulo 3: Infraestructura Espacial y Terrestre

A continuación, se muestra una imagen del satélite 114.8° W:

Figura 3.1 Imagen del Satélite 114.8°W

3.2 Subsistema de comunicaciones del satélite

El satélite 1148°W se basa en la plataforma de Orbital GeoStar-2, y genera aproximadamente 3.5 kilovatios de potencia de carga útil y cuenta con 12 Traspondedores en banda Ku extendida activa y 12 Traspondedores activos para banda C extendida. Además de contar con reflector desplegable de doble núcleo y la antena es OMNI y WCA (Cobertura Extendida) con reflector desplegable de celda súper elíptica de 2.5 x 2.7 mts.

3.3 Coberturas del satélite a emplear

Utilizando bandas de frecuencias en banda C y en Banda Ku:

Banda C extendida: 6.425 - 6.725 GHz (T – e) y 3.4 – 3.7 GHz (e – T)

Banda Ku extendida: 13.750 – 14.00 GHz (T – e) y 11.450 – 11.700 GHz (e – T) T= Tierra, e= espacio.

Con una cobertura que abarca todo el territorio mexicano local, se puede apreciar en la imagen de la Figura 3.2.

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Capítulo 3: Infraestructura Espacial y Terrestre

Figura 3.2 Imagen de la Cobertura Nacional del Satélite 114.8°W

3.4 Estaciones terrenas satelitales

Las estaciones satelitales en tierra son otra parte fundamental de los sistemas de comunicaciones por satélite, estas se encuentran situadas en cualquier parte del planeta donde se quiera llevar la comunicación, también son conocidas como estaciones terrenas y constan de varios dispositivos interconectados entre si cuya finalidad es la modulación y demodulación, conversión de frecuencias, codificación, multiplicación, conversión analógico digital etc. También cuenta la estación terrena con uno o más arreglos de antenas para la transmisión y recepción de radiación entre ella y uno o más satélites. El concepto de estación terrena es utilizado generalmente para referirse indistintamente a estaciones fijas y estaciones móviles instaladas en vehículos móviles llámense barcos, autos, mientras estén en comunicación directa con un satélite se les llamara estación terrena.

Una estación terrena se puede generalizar en cuatro bloques que organizados se pueden presentar como en la figura siguiente:

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Capítulo 3: Infraestructura Espacial y Terrestre

Figura 3.3 Esquema a bloques de una estación terrena

Las estaciones terrenas se pueden dividir en 4 bloques que son:

 Antena

 Radiofrecuencia

 Comunicaciones

 Interface terrestre

 Antena

La antena o antenas que se utilizan en un sistema de comunicación por satélite deben contar con ciertas características para garantizar un eficiente desempeño del enlace con el o los satélites empleados

 Alta directividad, en la dirección de la posición nominal del satélite.

 Baja directividad en las demás direcciones, en especial en las cercanas al satélite.

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Capítulo 3: Infraestructura Espacial y Terrestre

Este tipo de enlaces se utilizan antenas con apertura, con un patrón de radiación que presente lóbulos laterales con niveles bajos de modo que sean minimizadas las interferencias.

Figura 3.4 Patrón de radiación (lóbulos laterales de bajo nivel)

 Radiofrecuencia

Este bloque está compuesto por un dispositivo llamado duplexor que es el encargado de separar el sistema transmisor del receptor, cuando una señal viene del satélite y es recibida por la antena, el duplexor mandara la señal hacia el sistema receptor y en el caso de que se desee transmitir una señal esta saldrá de sistema de transmisión hacia el duplexor para posteriormente ser enviada por la antena hacia el satélite; así pues podemos darnos cuenta que el bloque de radiofrecuencia se visualiza en 2 partes:

a) La parte de transmisión que se compone de amplificador de potencia y el combinador de canalización.

b) La parte de receptor que se compone del equipo de amplificador de bajo ruido y el divisor de canalización.

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Capítulo 3: Infraestructura Espacial y Terrestre

Figura 3.5 Bloque de Radiofrecuencia

 Comunicaciones

Este bloque es el encargado de convertir la frecuencia aumentándola para la transmisión o disminución de la recepción, modulación y demodulación y realización del procesamiento de señales analógica y digitalmente.

En el bloque de comunicaciones se convierten las señales de banda base a señales de radiofrecuencia para su transmisión, para lo que se realiza una modulación de portadoras a frecuencia intermedia además filtrar y ecualizar las señales de frecuencia intermedia y conversión de portadoras moduladas a radiofrecuencias.

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Capítulo 3: Infraestructura Espacial y Terrestre

Figura 3.6 Bloque de Comunicaciones

Cuando la señal se encuentra en etapa de frecuencia intermedia, se tienen amplificadores filtros y ecualizadores que convierten la señal en una microonda.

Para poder enviar la señal hacia el satélite en este bloque se cuenta con un convertidor elevador de frecuencias que convierte la señal de frecuencia intermedia a una posición dentro del espectro radioeléctrico, en donde las nuevas frecuencias que la integran son mucho más altas que cuando salieron del modulador; en este momento la señal esta lista para ser transmitida hacia el satélite.

Para el caso de la recepción de señal el bloque de comunicación recibe la radiofrecuencia y la convierte en señales de banda base, para lo cual primero se convierten las portadoras de RF a frecuencias intermedias, se filtra y ecualiza y por ultimo las envía al demodulador para convertir las portadoras de frecuencia intermedia en señales de banda base.

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