Sistemas de
comunicaciones
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 1
CHAPTER 2: Satellite Systems
NEW SATELLITE COMMUNICATION SYSTEMS AND GLOBAL
POSITIONING
Satellite Communication Systems
3
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 3
CHAPTER 2: Satellite Systems
3.1. Introduction to satellite communication systems 3.1.1. Services, frequency bands and applications 3 1 2 Elements of a satellite communication system
Overview
3.1.2. Elements of a satellite communication system 3.1.3. Example: ARTEMIS satellite (ESA)
3.1.4. Orbits 3.2 Link budget
3.2.1. Link equation
3.2.2. Atmospherics effects
3 2 3 Li k f ti ti
3.2.3. Link performance estimation
3.3. Transponder Capacity Sizing
3.3. Broadband Satellite Systems
3.2. Link budget
Satellite
Up link Down link
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CHAPTER 2: Satellite Systems
Representación de la intensidad de radiación en cada dirección.
Una antena isótropa radia una onda esférica con una potencia uniforme P
t/4 en cualquier dirección () del espacio.
Diagrama y Ganancia
P
tes la potencia entregada a la antena.
Una antena direccional radia una potencia P() en la dirección ().
GANANCIA
P
) ( , )
( P
G
P
máxP
t/4
4 4
) , ) (
, (
max max
t t
P G P
G P
En decibelios: G = 10 log
10(G) dBi
La antena capta la potencia contenida en su Área de Apertura Efectiva A
e. Si la antena fuera perfecta y sin pérdidas A = A = D
2/4 En la práctica:
Apertura Efectiva
Si la antena fuera perfecta y sin pérdidas A
e= A = D /4 . En la práctica:
2 2
max 2
4
4
D A
G A
A A
e e
Donde es la eficiencia . Valores
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Diámetro D
Donde es la eficiencia . Valores típicos son entre 0.6 y 0.8.
s a
s a
Eficiencia de spillover Eficiencia de apertura
CHAPTER 2: Satellite Systems
•Ancho de haz a 3 dB (HPBW= 3dB )
•Nivel de lóbulos secundarios (SLL) Ni l d l i ió d (XP)
Características del Diagrama
0
FdB ()
-3 dB
CP SLL
•Nivel de polarización cruzada (XP)
50
25
0
3dB/2 HPBW =
3dBXP
Ancho de Haz y Ganancia
El ancho de haz se relaciona con las dimensiones eléctricas de apertura mediante: ed a te
La Ganancia en función del ancho de haz y de la eficiencia es
l i id d d l á i l i ió d l i d
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En las proximidades del máximo la variación de la ganancia se puede aproximar como:
CHAPTER 2: Satellite Systems
Transmisor con antena isotrópica y potencia
transmitida P
T. El flujo de potencia a distancia R será: F P
R W
m
T4
2 2Ecuaciones de Enlace
P R F A e Si el transmisor tiene una antena con ganancia G
Ten la dirección del receptor a distancia R el flujo de potencia que llega es:
El producto P T G T se llama PIRE (Potencia Isotrópica Radiada Equivalente).
2
2 4
4 R
PIRE R
P F G T T
Si el área efectiva de apertura de la antena es A
ela potencia recibida es:
Distancia R
R e
P
TP
RG
RG
TA
ReffTeniendo en cuenta la relación entre ganancia y apertura: A G
e
R
2
4 L t i ibid á P PI RE G
2Ecuaciones de Enlace
La potencia recibida será: P PI RE G
R
R R
4
La expresión anterior es la fórmula de transmisión de Friis.
R R
L p 4
log 4 20
10 2
El inverso del último término son las pérdidas de espacio libre:
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L p 20 log 10
Por tanto, en decibelios:
[ P R ] [ PIRE ] [ G R ] [ L p ] (dBW)
CHAPTER 2: Satellite Systems
Si R es la distancia estación-satélite y Ro es la distancia del punto subsatélite al satélite GEO (Ro = 35 786 km) será:
Pérdidas de Espacio Libre
L
aeL
oeL
os
R
R
1 0 . 295 cos cos
2
0
donde: 0 a 1.52 dB
220
0.1 1 10 100
160 180 200 Lp0( )f
• Pérdidas entre el transmisor y antena (filtros, multiplexores, cables, guías, etc.) ( L
FTX) y entre la antena y el receptor ( L
FRX)
Pérdidas adicionales
• Pérdidas por desacoplo de polarización entre las antenas del Tx y del Rx L
POL• Pérdidas por desapuntamiento entre las antenas Tx y Rx L
POINT• Pérdidas por absorción de los gases de la atmósfera (oxígeno y vapor de agua) L
AGMaster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 13
• Pérdidas por la atenuación de la lluvia L
RAINPor tanto, las pérdidas adicionales totales L
Aserán:
[ L A ] [ L FTX ] [ L FRX ] [ L POL ] [ L POINT ] [ L AG ] [ L RAIN ]
CHAPTER 2: Satellite Systems
Pérdidas adicionales
P
TL
PP
RL
AG, L
RAINL
FTXL
FRXRx
Tx
G
TG
RPérdidas Alimentador
Pérdidas Alimentador
L
POINTL
POINTG
TG
R
T
RDesapuntamiento
2
3 2
3
12
12
dB R dB
T POINT
L
3.1. Introduction to satellite communication systems 3.1.1. Services, frequency bands and applications 3 1 2 Elements of a satellite communication system
Overview
3.1.2. Elements of a satellite communication system 3.1.3. Example: ARTEMIS satellite (ESA)
3.1.4. Orbits 3.2 Link budget
3.2.1. Link equation
3.2.2. Atmospherics effects
3 2 3 Li k f ti ti
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3.2.3. Link performance estimation
3.3. Transponder Capacity Sizing 3.3. Broadband Satellite Systems
CHAPTER 2: Satellite Systems
Pérdidas atmosféricas (ITU‐R P.676)
• El contenido de oxígeno es constante a lo largo del año. Para frecuencias inferiores a 50 GHz la atenuación específica en dB/km (f en GHz) es:
inferiores a 50 GHz la atenuación específica en dB/km (f en GHz) es:
• La altura equivalente en km (de un medio vertical uniforme) es:
• El contenido de vapor de agua varía y tiene poca correlación instantánea con la densidad en superficie. La correlación promedio en un mes o año permite una
3 2 2
0 2
10
98 0 57
5 4 36
0 1
7
f
. ) f (
. .
f
. (dB/km)
0
6
h (km)
estimación a partir de la densidad promedio en superficie w :
• La altura equivalente:
4 2
2
10
3 7 3 22 067 3
0
f
. ) . f
. (
ww
(dB/km)
3 3 22 2 3
2
2
. ( f . )
h
w(km)
Si la altura de la estación terrena es h
sy el ángulo de elevación es , la atenuación por gases A
ges:
Pérdidas Atmosféricas
h
A h e h
g o o
h h
w w s
o
sin
(dB) Vapor de
agua
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CHAPTER 2: Satellite Systems
Atenuación Atmosférica (Frecuencias > 50 GHz)
Oxígeno
Esta banda en 57 GHz se usa para enlaces
entre satélites, puesto que está libre de
interferencias terrenas
La atenuación producida por nubes se considera implícita en la atenuación de lluvia.
Pérdidas por Lluvia
El modelo de atenuación por lluvia se basa en un modelo estadístico de las lluvias.
La atenuación específica
R(en dB/Km) se relaciona con la intensidad de lluvia R (en mm/h):
f f GHz
k 4 . 21 10 , 2 . 9 54
699 0 2
42 . 2 5
R k R (dB/km)
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10 f , 54 f 180 GHz
09 .
4 2 0 . 699
GHz f
f
GHz f
f
164 25
, 63
. 2
25 5
. 8 , 41
. 1
272 . 0
0779 .
0
CHAPTER 2: Satellite Systems
Intensidad de lluvia
Mapa de Zonas Climáticas (antiguo)
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CHAPTER 2: Satellite Systems
Zonas Climáticas del CCIR (antiguo)
La atenuación neta en un trayecto será: A x d x
L
( )
Atenuación por lluvia (simplificado)
La atenuación neta en un trayecto será: A
R
R( x d x )
0
Se recurre a utilizar una longitud de trayecto equivalente L
e(km) tal que:
El método de predicción de la ITU-R se basa en la predicción de la atenuación
A R k R L e (dB)
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esperada para un porcentaje anual del 0.01%.
La relación entre el porcentaje anual p y el del mes peor p
wes [Rec ITU-R P. 841]:
p 0 2 9 . p w 1 1 5 .
CHAPTER 2: Satellite Systems
La altura de lluvia para el 0.01% del tiempo es:
)]
log(
. . )[
(
h R p 5 1 2 15 1 10 ( 27 ) 25
Altura de lluvia y trayecto (simplificado)
p
Donde es la latitud geográfica de la estación y
pes un factor empírico de reducción de altura:
40 40 20
20
0 1
20 02 0 6 0
6 0
,
,
.
) (
. .
. )
p
(
La longitud del trayecto a través de la lluvia, sin ) h h L s ( R s
La longitud del trayecto a través de la lluvia, Para θ>5º y θ<5º es respectivamente:
Y para tener en cuenta la no homogeneidad de la lluvia se aplica un factor:
cos r L
s
p 90 4
90
2 ( ) sin
sin
) ( 2
2 / 1
2
e s R
s R s
R h h
h
L h
Tipos de lluvia
Lluvia estratiforme
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación.
Lluvia convectiva
SISTEMAS DE COMUNICACIONES 26CHAPTER 2: Satellite Systems
Altura de Lluvia y Trayecto
Isoterma a 0ºC
h
RL
sh
R- h
s Lluvia
h
sAltura de lluvia
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CHAPTER 2: Satellite Systems
El valor de la atenuación excedida el 0.01% será:
Atenuación vs % L
kR
A
El valor de la atenuación excedida para otro porcentaje p será:
p s r L kR
A 0 . 01 (dB)
01 .
01 0
. 0
A p
A p (dB)
0 . 1 1
. 0
1 . 0 01
. 0
01 . 0 001
. 0 para 50 . 0
41 . 0
33 . 0
p p p
El ruido blanco es un proceso aleatorio Gaussiano de media cero y i
Ruido Blanco
varianza:
2 N 0
La densidad espectral de potencia de ruido blanco en doble banda, entre- gada a una carga adaptada por una fuente de ruido a temperatura T
s, es:
2 2
0 kT s
N
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Siendo k la constante de Boltzman (10 log
10k = -228.6 dBW/K/Hz).
La potencia entregada a una carga adaptada a través de un filtro ideal de banda B es:
N N B 0 kT B s Watios
CHAPTER 2: Satellite Systems
Temperatura de Ruido
Fuente de Ruido
Potencia disponible (W):
N kT B s
Temperatura
física T
sN
0(f)
física T
sFrecuencia (Hz)
B 300 GHz
N
0(f) N
0/2
N 0 N
Ruido de un Cuadripolo
Cuadripolo con ruido
G, Nn
Cuadripolo sin ruido Fuente de Ts
ruido externa
Fuente de
ruido Fuente equivalente de ruido
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G
Cuadripolo sin ruido
Ts externa
Te de ruido
CHAPTER 2: Satellite Systems
Si el cuadripolo no es ideal tendrá una ganancia G (o pérdidas L=1/G) y generará ruido propio. El ruido a la salida será:
Ruido de un cuadripolo
n
s B N
kT G
N ( )
La ecuación anterior puede reescribirse como:
) (
) (
e s
s n
T T GkB
GkB T N
GkB N
La potencia de ruido generada por un cuadripolo puede considerarse como producida por un generador ficticio de ruido a la entrada con temperatura equivalente de ruido:
GkB
T e N n
Se define como la relación entre la potencia de ruido a la salida del cuadripolo (sistema) y la potencia de ruido que habría si el sistema
Figura de Ruido
cuadripolo (sistema) y la potencia de ruido que habría si el sistema no generara ruido y las fuentes de ruido estuviesen a la entrada a una temperatura de referencia T
0de 290 K:
0 0
0 1
T T B
GkT N B
F GkT n e
Por tanto la temperatura equivalente de ruido puede obtenerse de la
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 34
Por tanto la temperatura equivalente de ruido puede obtenerse de la figura de ruido como:
1 T ) 0
F (
T e
Para un atenuador con pérdidas L su figura de ruido es F=L dB.
CHAPTER 2: Satellite Systems
Cuadripolos en Cascada
G
1, T
e1G
2, T
e2G
m,T
emG m
G G
G 1 2
G, T
eT T T
G
T G G
T G G G
e e
e e em
m
1 2
1
3
1 2 1 2 1
m 2
1
Ruido total en el Receptor
T
ALNA
LNB
Guía
LNA
OL
Mx FI
Antena Guía Ampl. LNA Mezclador
LNB T
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T T L
L
L T T T
G
A
e
e
1 1
1
0 2 3
2
1
T
AL
1, T
e1G
2, T
e2L
3, T
e3T
CHAPTER 2: Satellite Systems
La temperatura de ruido de una antena es la suma del ruido captado por la antena:
1
Temperatura de Antena
T A 4 1 G ( ) ( T ) d
Donde G es la ganancia de la antena y T la temperatura equivalente de ruido (temperatura de brillo) en la dirección del ángulo sólido elemental d
• Ruido terrenal debido a la temperatura del suelo FUENTES DE RUIDO:
Ruido terrenal debido a la temperatura del suelo
• Ruido producido por el oxígeno y vapor de agua de la atmósfera
• Ruido producido por la absorción de la lluvia
• Ruido galáctico, Sol, luna, etc.
• La Tierra vista desde el satélite es una fuente de ruido
• El haz principal de la antena del satélite apunta a Tierra bajo un ángulo de visión de 17.5º.
Ruido de antena en uplink
• La Tierra es una fuente de ruido a 290 K.
• Dependiendo del ancho de haz y la zona de cobertura, el ruido de antena puede ser menor (por ejemplo, los continentes son más ruidosos que los océanos).
• T=290 K (valor conservador).
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17.5º 290 K 4 K
4 K
CHAPTER 2: Satellite Systems
Ruido de antena en downlink con y sin lluvia
• Sin lluvia:
sky clear
• Con lluvia:
es individual ground
ant T sky T T
T clear sky
Fuente: Maral
La atenuación de lluvia afecta a las componentes de ruido procedentes del cielo, pero no a las procedentes de Tierra
Fuente: Maral
Eficiencia de Haz
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CHAPTER 2: Satellite Systems
La temperatura de antena se define como: T
A 4 1 G ( ) T ( ) d
Se puede aproximar el diagrama de antena por un haz principal con eficiencia
Cálculo de la Temperatura de Antena
Se puede aproximar el diagrama de antena por un haz principal, con eficiencia de haz
B, apuntando al cielo con temperatura T
sky una envolvente de lóbulos secundarios constante apuntando la mitad hacia el suelo a temperatura T
gy la aproximadamente otra mitad mirando al cielo, como se indica en la figura.
T sk B
1
2 1 B
T g
1
2 1 B
T Acsk B T csk 1 2 1 B T csk T g
La temperatura de antena en condiciones de cielo claro será:
Temperatura de Antena en Cielo Claro
50 60 70 80
Tacsk ( El 5 , )
Tacsk ( El 12 , ) f=17 GHz
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 42
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
20 30 40 Tacsk ( El 17 , )
El
f=12 GHz
f=5 GHz
CHAPTER 2: Satellite Systems
Antenna noise (ITU‐R)
Fuente: Maral
R P I R E L L G R
P
La potencia recibida es:
Relación C/N
A p L L k T B I F
N
El ruido total en recepción es:
Por tanto la C/N será:
IF A
p R IF
A p
R
B k L L T PIRE G kTB
L L
G PIRE N
C 1 1 1 1
) ( ) ) (
(
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 44
También puede caracterizarse el enlace a partir de la C/N 0 :
kT dBHz C N C
0
B dB N
C N
C
IF 0
CHAPTER 2: Satellite Systems
Basic link
Downlink
3.2.1. Link equation
C/N = EIRP + G + 20log(/4D) - L T - 10log(KTB) EIRP D, L T
G, T e
C/N = ( EIRP + 20log(/4D) - L T - 10log(KB) ) + G/T
Quality of the receiver stations G/T dB/ºK
Quality of the transmitter - All in dB’s
- The role of the satellite and the ground station can be exchanged to
calculate the uplink.
En este caso el enlace es doble y consta de un enlace ascendente con una (C/N)
Uy un enlace descendente con una (C/N)
D.
Transpondedor Transparente
El transpondedor tiene una ganancia G
s.
La potencia de señal recibida será: C C G G G
U S T RL La potencia de ruido es: N N
D N G G G
U S T RL
Por tanto:
R T S
U
G G G L
C C
C
G C
UN
UG
TMaster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 46
U S T
R DR U T S
D U
U
R T S U T D
G G G C
L N C
N G G G
L N N
C
L G G G N N N N
1
G
sC
DN
DG
RUplink Downlink
CHAPTER 2: Satellite Systems
Teniendo en cuenta que (C
UG
S) es la potencia transmitida por el satélite P
T, (C
UG
S)G
Tserá la PIRE transmitida por el satélite. Por lo tanto,
(C G )G G /L á l t i ibid l l d d t
Balance de Enlace Compuesto
(C
UG
S)G
TG
R/L será la potencia recibida en el enlace descendente.
C
N N
C
N L C G G G
N C
N C
T
U
D
U S T R U D
1 1
Por tanto:
1 1
1
N C N
C N
C ¡En unidades naturales!
N
TN
UN
DY si el ruido se distribuye uniformemente en el ancho de banda B (N=N
0B):
1
0 1
0 1
0
D U
T
N
C N
C N
C
• Es la relación G R /T la que caracteriza la calidad del receptor
Factor de Calidad del Receptor
• Cuanto mayor sea la ganancia de la antena, mayor calidad
• Cuanto menores sean las pérdidas entre la antena y el amplificador LNA mayor calidad
• Cuanto menor sea la temperatura de ruido del LNA, mayor calidad
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– Su ganancia debe ser grande para reducir la contribución del mezclador.
• El valor de G/T es independiente de donde se mida. Se suele tomar como referencia la entrada del LNA
CHAPTER 2: Satellite Systems
Transpondedor regenerativo
• El satélite demodula, decodifica, detecta y corrige errores, modula y amplifica la señal, y la transmite a tierra (requiere on‐board processing, OBP)
OBP)
• La caracterización del enlace (en ausencia de corrección de errores a bordo) viene dada por:
• Ejemplo: en un enlace simétrico (Eb/No) u = (Eb/No) d , un satélite
ti f h d 2 6 dB BER 10 ‐4
D U
T BER BER
BER
regenerativo ofrece un ahorro de 2.6 dB para una BER=10 ‐4 .
• El satélite regenerativo permite introducir el ahorro en el balance en el enlace con peores condiciones
• El efecto de la intermodulación se reduce y el HPA del satélite puede operar
cerca de la saturación
Especificaciones del Satélite
El punto de trabajo, para potencia máxima de salida, es el punto de saturación.
Para establecer el punto de trabajo se definen los back-off de entrada y salida como:
F F PIRE
BO
i PIRE
sat
satPo
Po (dBm)
F PIRE
PIRE BO
o PIRE
s,satPIRE
sates la PIRE que debe transmitir la estación terrena para saturar al TWTA del satélite.
F
sates la correspondiente densidad de flujo de potencia.
PIRE es la PIRE prod cida por el satélite en sat ración BO
oBO
iPi
satPo
satPi (dBm)
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PIRE
s,sates la PIRE producida por el satélite en saturación.
Teniendo en cuenta que: F PIRE 4 R
2 PIRE 4 L
p
2
C N
U PIRE
sat BO
i L
U G T
s k B
IF C N
D PIRE
s sat, BO
o L
D G T
e k B
IFCHAPTER 2: Satellite Systems
G
ra3.2.3. Link performance estimation
• Up link:
• Down link:
es ra a
ul
T
kB G L
IBO PIRE N
C / 10 log( )
et rd d
dl
T
kB G L
OBO PIRE
N
C / 10 log( )
The EIRPs are the maximum that can be provided by the stations (for example, the 1dB i i t) IBO d compression point). IBO and OBO are the back-offs of adjustment of input and output of the on-board transmitter.
IBO (dB) OBO (dB)
TWT
a d
• Total C/N relación:
C / N
T 1 ( C / N )
a1 ( C / N )
IM1 ( C / N )
d1
d
N
IMC / )
( C/N degradation by
intermodulation
Depends on IB and OB and on th i t f
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the interferences For a TWT :
(C/N) IM = k n + 0.82 OB i, k n = 10,9.5 y 8.6 for n= 6,12 and 500 carriers, Ob i in dB’s
CHAPTER 2: Satellite Systems
Modelo de Beretta
Una aproximación de la C/IM para un TWTA típico amplificando n portadoras iguales puede obtenerse de las expresiones (modelo de Beretta):
C IM
r 10 0 0 82 . . BO n
i, 6
C IM
r 9 48 . 0 82 . BO n
i, 12
C IM
r 8 60 . 0 82 . BO n
i, 500
i. - r
r i
BO n
. IM C
BO n
n IM
C
82 0 42759
10
82 0 10 7 1 09 0 532 10
0314389 0
2 4
.
*
=
. .
. .
Comparación de ambos métodos propuestos
30
CIM (500 Pti (BOi))
Analítico C/IM
métodos propuestos
0 CIM (500 Pti (, BOi)) CIMb (500 BOi, ) CIM (6 Pti (, BOi)) CIMb (6 BOi, )
0
12 BOi
Beretta
Selection of the transmitter’s work point
Link margin:
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IB, OB (dB) g
(C/N)
T- (C/N)
requiredCHAPTER 2: Satellite Systems
Considerando el ruido de intermodulación como ruido blanco (caso peor) su contribución al balance de enlace puede tenerse en cuenta como:
C N 1 C N 1 C N 1 C IM 1 Punto de Trabajo Óptimo
C N T 1 C N U 1 C N D 1 C IM 1
La variación típica de los tres términos y de la C/N total en función del punto de trabajo (BOi) del transpondedor es:
H t ó ti d
(C/N)
C/IM (C/N)
UHay un punto óptimo de operación del transpondedor que depende del número de portadoras a través de la C/IM.
BOi (C/N)
D(C/N)
T0 dB
-3 a -16 dB
Coordinación
• Las señales interferentes degradan la calidad
• Se producen interferencias entre sistemas de satélites y entre
i l
estos y sistemas terrenales
• Se hace necesario regular los niveles interferentes y coordinar entre sí los sistemas
• Si se consideran los efectos de las interferencias como ruido blanco aditivo (caso peor), y se producen con niveles (C/I) U y (C/I) D en el enlace ascendente y descendente,
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 62
C N T 1 C N U 1 C N D 1 C IM 1 C I U 1 C I D 1
respectivamente, la (C/N) total puede obtenerse como:
CHAPTER 2: Satellite Systems
• Se producen por la radiación a través de los lóbulos secundarios.
• La envolvente de lóbulos secundarios debe cumplir la Rec. ITU-R S-465-5 para
Interferencias generadas por las estaciones terrenas
G dBi para
32 25
10
1 48
48 180
log
La envolvente de lóbulos secundarios debe cumplir la Rec. ITU R S 465 5 para frecuencias entre 2 y 30 GHz.
Para antenas con D/ > 100:
G D
D dBi para D
52 10 25
10 10
100 48
48 180
log( / ) log log( / )
( / )
Para antenas con D/ < 100:
Diagrama Típico de una Antena Diamond Shaped
Polarización horizontal Corte = 90 0 dB
ITU-R S.580-5
Apertura Circular
-10 dB
29 -25 log 23 -25 log
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 64
Apertura Extendida
-30 dB
-35 dB X-polar
19 -25 log
-3.0 -1.5 0 1.5 3.0 Angulo (grados)
CHAPTER 2: Satellite Systems
Tipos de Antenas
• Antenas de hilo (monopolos, dipolos, hélices)
– Usadas con coberturas omnidireccionales para TTC en bandas de UHF (también se usa – Usadas con coberturas omnidireccionales para TTC en bandas de UHF (también se usa
banda C y Ku para TTC)
• Antenas de bocina
– Alimentadores para reflectores
– Antenas de cobertura global ( 3dB ~ 17.4º)
• Antenas reflectoras (simples y múltiples, centradas y descentradas ‐offset‐) – Haces estrechos, múltiples, haces contorneados.
• Arrays de elementos impresos, ranuras o bocinas
• Reflectarrays
• Otras: antenas activas, lentes, reflectores dicroicos, despun antennas, inflables,
etc.
Se denomina área de cobertura de un satélite al área de la superficie de la Tierra desde la que un satélite se ve con un ángulo de elevación El igual o mayor que un ángulo de elevación mínima El
mindado.
Cobertura
La geometría del área de cobertura es un casquete de la superficie esférica de la Tierra que viene determinado por el ángulo de elevación mínima.
EL
minMaster Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 77
Área de Cobertura
CHAPTER 2: Satellite Systems
Cobertura Elíptica
Cobertura de la antena: zona intersectada por el haz a -3 dB Área de Servicio: zona a la que se quiere dar servicio
Contorno de 3 dB
1
2D
1D
2Bocina Reflector
Área de Servicio: zona a la que se quiere dar servicio
Área de Servicio Bocina
(feed)
1
1
70
D
2
2
70 D
G D D
2
1 2
1 2
48360
Es mejor tomar el ángulo central de cobertura como parámetro en lugar del ángulo de elevación porque es independiente de la altura de los satélites. Ambos están relacionados mediante:
El El sen
Satélite
H R
El H
R El sen R sen
E E
E
2 cos
El
H R arcsen R
E
E
cos
R
El H El
R arcsen R El
E E
cos
2 2
d
R
ECírculo de H
Cobertura
El
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 80
sen
H R
R
El E
cos E arctan
El H El
R R
E
E
arccos cos
CHAPTER 2: Satellite Systems
Ya
1
La dirección de apuntamiento de la antena es (Az a , El a ) respecto a un sistema de coordenadas del satélite Xs, Ys, Zs.
θ=π/2-El Zs
Xa
2
Xs Ys
Az a El a
o
φ=Az El
Ys Xs
Zs
La ganancia de la antena varía con , en cada dirección , según la aproximación parabólica:
es el semiancho de haz a -3 dB en la dirección considerada.
Aproximamos el seno al ángulo para valores pequeños del mismo.
Global Spot
Coberturas Típicas de INTELSAT V
Zonal Zonal
Spot
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 82
Hemi-Global
CHAPTER 2: Satellite Systems
Diagramas de Antenas de Satélite
Reutilización de
17.4
Cobertura Global
Haces Spot (pincel)
Reutilización de frecuencias por separación espacial
SLL < -33 dB
Diagramas de Antenas de Satélite
Pol. horizontal
Haces Múltiples
Reuso de frecuencias por polarización
Pol. vertical CP/XP > 33 dB
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 84
CHAPTER 2: Satellite Systems
Mapas de PIRE
Mapas de Intensidad de Lluvia
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 86
CHAPTER 2: Satellite Systems
Plan de Frecuencias UL
Plan de Frecuencias DL
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 88
CHAPTER 2: Satellite Systems
PI RE Pt=8 dBW G
borde=16 dBi
BO
o=3 dB Banda C
4 GHz
Flujo PI RE R
dBW m
4
8 16 10 4 20 4 10 139
2
7
2
log log
/
C
N dB umbral dB C N dB
11 7 M argen 3 , 3 18
N kT B 228 6 10 log 20 50 10 log 36 10
6 134 6 dBW Ta=50ºK
40000 km
N kT B
s 228 6 . 10 log 20 50 10 log 36 10 134 6 . dBW
C C N N Flujo A
r
A
r 18 134 6 . 139 3 25 4 . dBm
2A
r 10
533 4 m D 26 m
25 4 10 0 65
10 2
. log .
.
G T 10 log . 0 65 20 log D 10 log 70 40 5 . dBK
1T
LNA=20ºK
=65%
Balance de Enlace. Ejemplo 2
G
s dBi
10 0 62 48360
3 6 32 log .
G
borde 32 3 29 dBi
m GHz dBi
G
e46
3 . 0
4 log 6
20 65 . 0 log
10
G T
e 46 10 log 120 24 8 . dBK
1
C N R m f GH z
dB
10 5 29 24 8 20 4 0 3 228 6 10 36 10
617 3
log . log
.
. log .
D=6 m
Ts=120 ºK
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 90
228 6 . 10 log 36 10 17 3 . dB
Margen = 17.3 - 11 = 6.3 dB
Por tanto, pueden usarse antenas de 3 m con un margen de (6.3+2.5) - 6 = 2.8 dB.
3ºx6º
Pt=5 W
Si D=3 m Ge 6dB y Margen 6 dB. Si extendemos umbral a 8.5 dB Margen 2.5 dB
CHAPTER 2: Satellite Systems
DOWN-LINK DBS
Satélite Potencia de Ruido
P t i t itid l (W) 200 C t t d B lt (DBW/K/H ) 228 6
Ejemplo 3: DBS (Direct Broadcast Satellite)
Potencia transmitida por canal (W) 200 Constante de Boltzman (DBW/K/Hz) -228,6 Frecuencia (GHz)* 12,2 Temp.Ruido Sistema (700K) dBK 28,45 Ancho de Haz Horizontal (grad) 2 Ancho de Banda (27 MHz) (dBHz) 74,31 Ancho de Haz Vertical (grad) 3
Potencia de Ruido N (dBW) -125,84Ganancia (62% eficiencia) (dBi) 36,99
Balance de EnlaceDistancia media Est.T.-Sat. (km) 38000 C/N (dB) 10,89
Elevación mínima (grad) 9
Márgen (sobre umbral 9 dB) (dB)1,89 Pérd. Atmosf. cielo claro (dB) 0,48
Calidad Estación Receptora G/TDensidad de Flujo (dBW/m2) -103,07 Ganancia antena (dBi)
36,81
Estación Receptora G/T (dBK-1)
8,36
Diámetro de antena (m) 0,7
Eficiencia (%) 60
2ºx3º
Eficiencia (%) 60
Area Efectiva (m2) 0,23
Potencia Recibida (FxAe) dBW -109,44 Pérdidas
Estación Borde Cobertura (dB) -3 Desacoplo Polarización (dB) -0,5
Error Apuntamiento (dB) -1
Pérdidas Alimentador (dB) -1
Potencia Recibida C (dBW) -114,94Pt=200 W
CANAL VOZ INMARSAT
Downlink Satélite-Barco
Banda de Frecuencias (MHz) 1535-1543.5 Ancho de Banda RF ocupado (MHz) 2
Ejemplo 4: Sistema INMARSAT
Ancho de Banda RF ocupado (MHz) 2
Número de Canales 40
Ancho de Banda RF por canal (kHz) 30 Potencia salida transpondedor (W) 10
Potencia por canal (dBW) -6,02
G Ant.Satélite Borde Cobertura (dBi) 17 Pérd. Espacio Libre (38000 km) (dB) 187,8
G/T Est.Receptora (dBK-1) -4
Ancho de Banda de ruido (kHz) 20
C/N (dB) 4,8
4-6 GHz
1.5-1.6 GHz
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 92
Uplink Barco-Satélite
Banda de Frecuencias (MHz) 1636.5-1645 PIRE Barco (10W 2m diam) (dBW) 37,0 Pérd. Espacio Libre (38000 km) (dB) 188,3 G Ant.Satélite Borde Cobertura (dBi) 16 Temp.ruido sitema Transp (500K) (dBK) 27,0 G/T satélite (dBK-1) -8,0 C/N por canal (dB) 21,5 Estación Costera
Móvil Marítimo
CHAPTER 2: Satellite Systems
Question 2.4
In Mobile Satellite Services (MSS), the frequency bands most commonly used in the downlinks are:… ????
ANSWER 1: Ku and Ka.
ANSWER 2: C and X.
ANSWER 3: C Ku and Ka
ANSWER 3: C, Ku and Ka
ANSWER 4 : L and S.
Question 2.5
In a communication satellite, the received signal is changed in frequency, amplified and flexibly transmitted by switching to one of the beams available in the down link.
The on‐board processor of the satellite is:… ????
ANSWER 1: A regenerative processor.
ANSWER 2: A transparent processor.
Master Universitario en Ingeniería de Telecomunicación. SISTEMAS DE COMUNICACIONES 94
