Diplomado de Telecomunicaciones
Módulo 3: Sistema de
comunicaciones satelital
CONCEPTO:
El siglo XX ha sido denominado el de las comunicaciones espaciales, ya que se ha alcanzado la tecnología necesaria para poner en órbita diferentes satélites artificiales; esto se logró como resultado de años de investigación, trabajo y por la gran visión tecnológica de muchos hombres en el mundo.
Podríamos definir un satélite de comunicaciones como un satélite artificial estacionado en el espacio con el propósito de recibir las señales enviadas desde una estación terrestre y transmitirlas a otro satélite o de vuelta a los receptores terrestres.
Comunicación Satelital
HISTORIA:
La idea de la creación de los satélites de Telecomunicaciones apareció poco después de la II guerra mundial de la mano de Arthur C. Clarke. Clarke proponía en un articulo para la revista Wireless Word, la colocación en orbita de tres repetidores separados entre si 120 grados a 36000 kilómetros sobre la superficie de la tierra en una orbita situada en un plano coincidente con el que pasa por el ecuador terrestre. Este sistema podría abastecer de comunicaciones radio y televisión a todo el globo.
Comunicación Satelital
ANTECEDENTES:
Comunicación Satelital
ANTECEDENTES:
Comunicación Satelital
PARTES DE UN SISTEMA SATELITAL:
El satélite esta conformado por las siguientes partes principales:
• Arreglo de paneles solares.
• Reflectores orientados al Este y al Oeste.
• Amplificador de antena.
• Sensores.
• Antena dipolo para banda L.
• Varios subsistemas para el control del satélite.
Comunicación Satelital: Partes
Subsistemas de un satélite:
Un satélite generalmente se diseña en varios subsistemas para que al ser puesto en órbita pueda ser controlado desde la tierra. Cuenta con los subsistemas de potencia, propulsión, telemetría y comando, y el de comunicaciones, entre otros.
Subsistema de potencia: Éste genera y distribuye potencia eléctrica de corriente directa para soportar las operaciones del satélite durante todas las fases de la misión. La potencia primaria es proporcionada por radiación solar a través de las celdas solares de alta densidad hasta el fin de su vida; la potencia secundaria es proporcionada durante el lanzamiento y los eclipses por un sistema de baterías de níquel-hidrógeno.
Subsistema de propulsión: Se trata de un sistema integral bipropelante que permite la inserción en órbita, el control de orientación y las funciones de mantenimiento en su órbita geosíncrona.
Subsistema de telemetría y comando: Éste proporciona la recepción y demodulación de comandos en la banda C para su alineación en el cubo imaginario de operación, y de comandos durante todas las fases de la misión
.Comunicación Satelital- Partes
Subsistema de comunicaciones: Este permite ampliar y diversificar los servicios de comunicación satelital que actualmente existen, así como optimizar el uso del segmento espacial al permitir nuevas técnicas de explotación; también permite manejar las regiones de cobertura para la comunicación en diferentes bandas, como la banda C, Ku y L.
Transponder: Es un dispositivo que forma parte del satélite, el cual cuenta con varias antenas que reciben y envían señales desde y hacia la Tierra. Los satélites tienen Transpondedores verticales y horizontales. El transponder tiene como función principal amplificar la señal que recibe de la estación terrena, cambiar la frecuencia y retransmitirla con una cobertura amplia a una o varias estaciones terrenas. Recoge la señal entrante de la antena receptora, ésta es amplificada por un LNA (amplificador de bajo ruido), que incrementa la señal sin admitir ruido.
De la salida del LNA la señal es introducida a un filtro Pasa Banda (FPB) para eliminar lo que no pertenece a la señal original y luego esta señal se pasa a un convertidor de frecuencia (OSC) que reduce la señal a su frecuencia descendente, ésta pasa para su amplificación final a un HPA (amplificador de alta potencia, usualmente de 5 a 15 watts), que tiene un amplificador de potencia de estado sólido (SSPA) como amplificador de salida. Una vez concluido el proceso, la señal pasa a la antena descendente y se realiza el enlace con la estación receptora.
Comunicación Satelital- Partes
Comunicación Satelital- Partes
Principales funciones de un transpondedor:
• Recibir y transmitir señales.
• Aumentar la potencia de las señales. Este proceso es indispensable, ya que sin la potencia suficiente la información llegará en forma deficiente o simplemente no se recibirá.
• Disminuir la frecuencia e invertir la polaridad. Son dos maneras de evitar que las señales, tanto de ascenso como de descenso, se interfieran y de que existan pérdidas en la información.
Comunicación Satelital- Partes
TIPOS DE SATELITES:
Existen varios tipos de satélites de acuerdo a su implementación:
Satélites climatológicos: Proveen servicio de meteorología, para predicciones de condiciones climáticas.
Satélites de observación y reconocimiento: Los utilizan los científicos para evaluar ecosistemas en la tierra.
Satélites de navegación: Utilizan tecnología GPS para dar posicionamientos. Situados en órbitas fijas, emiten señales para ayudar a barcos y aviones a determinar su posición.
Satélites de comunicaciones: Permiten retransmitir información entre distintos puntos del planeta. Permiten la transmisión telefónica, de imágenes, de datos de la red de Internet, de programas de televisión, entre otros.
Comunicación Satelital- Tipos
Satélites científicos: Recogen datos del campo magnético terrestre, auroras boreales y distintos tipos de radiación.
Satélites astronómicos: Permiten escrutar el espacio sin el obstáculo que presenta la atmósfera terrestre, ya que ésta absorbe gran parte de la luz y la radiación.
Satélites de observación o espías: Fotografían instalaciones militares, nucleares, detectores de mísiles y son utilizados básicamente para fines militares.
Satélites de investigación de recursos terrestres: Informan de la existencia de bosques, yacimientos de petróleo, entre otros.
Comunicación Satelital- Tipos
TIPOS DE ORBITAS:
De acuerdo con la ruta que sigue el satélite alrededor de la tierra, se definen distintas orbitas:
• Orbita alta (GEO): Tiene altitud de 35.786 km y están ubicados sobre el ecuador. Un solo satélite cubre 1/3 de la superficie terrestre. Tienen una vida útil de 10 a 15 años. Las antenas que se utilizan deben estar fijas. (Telecomunicaciones).
• Orbita media (MEO): Tiene altitud de 8.000 a 20.000 km, describen una orbita elíptica.
• Orbita baja (LEO): Tienen altitud de 500 a 2.000 km, el satélite viaja a gran velocidad, da una vuelta a la tierra en aproximadamente una hora.
Comunicación Satelital- Orbitas
TIPOS DE ORBITAS:
Comunicación Satelital- Orbitas
TIPOS DE ORBITAS:
Comunicación Satelital- Orbitas
POSICIÓN Y FOOTPRINT:
Posicionamiento: La ubicación de los satélites GEO está referida a su órbita, normalmente se mide en términos de longitud Este desde el meridiano 0 a grados de ¼.
Footprint: Se refiere a la pisada del satélite, es decir el área que cubre en la superficie de la tierra. Existen diferentes tipos de pisadas de acuerdo a la potencia y frecuencia.
Beam: Los satélites actuales están diseñados para tener un foco determinado sobre la superficie, este foco se llama beam. Los cuales dependen del proveedor.
Comunicación Satelital- Posición
Bandas de frecuencias
L: 1 Ghz Ku: 12 y 14 Ghz
C: 4 y 6 Ghz Ka: 20 Ghz
BEAM ejemplos: Intesat ofrece:
• Global: cubre 1/3 de la superficie.
• Hemi: cubre 1/6 de la superficie.
• Zonal: cubre una gran área.
• Spot: cubre una región especifica a pedido del cliente.
Comunicación Satelital- Posición
ESTRUCTURA DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES POR SATÉLITE:
En la siguiente figura podemos ver la estructura de un sistema de comunicaciones por satélite.
Comunicación Satelital- Estructura
Un sistema de comunicaciones por satélite está compuesto por los siguientes elementos:
• Segmento espacial.
• Centro de control.
• Segmento terreno.
El segmento espacial: Lo componen los siguientes elementos:
1. El satélite: Constituye el punto central de la red y su función es la de establecer comunicaciones entre los diversos puntos de la zona en la que atiende.
2. Los enlaces ascendentes y descendentes.
Comunicación Satelital- Estructura
El satélite: Es una estación repetidora que amplifica, cambia de banda y retransmite la señal radioeléctrica recibida, estableciendo conexiones entre las estaciones terrenas de su zona de cobertura. Es de sobra conocido que tres satélites geoestacionarios no pueden dar cobertura permanente al 100% de la tierra, pues las regiones polares no son accesibles. Los estudios han demostrado que cuatro satélites en orbita muy elíptica constituyen el numero mínimo de satélites necesarios para asegurar la cobertura global de toda la tierra. Pueden distinguirse en el satélite la recepción, conversión, conmutación y transmisión.
En la sección de recepción, son elementos fundamentales para la sensibilidad del satélite la antena y el amplificador de bajo factor de ruido.
Comunicación Satelital- Estructura
Las características principales que debe tener la antena del satélite son: cobertura, forma del diagrama y nivel de los lóbulos laterales, pureza de polarización, potencia y capacidad de detección en radiofrecuencias.
Cobertura: La zona de cobertura vista desde el satélite se define por el contorno de igual ganancia o de igual P.I.R.E. (Potencia isótropa radiada equivalente. La P.I.R.E. se calcula conociendo la potencia del emisor y la ganancia de la antena y se expresa en decibelios de la forma: P.I.R.E.= 10log(Pt X G)). Los satélites actuales utilizan antenas con haces conformados que radian en el interior de los contornos de la zona de servicio para evitar el desbordamiento.
Forma del diagrama y nivel de los lóbulos laterales: La forma del diagrama y los niveles de los lóbulos laterales de las antenas se especifican en el Reglamento de Radiocomunicaciones y en la recomendación de la UIT-R.
Comunicación Satelital- Estructura
Pureza de la polarización: Las limitaciones en cuanto a frecuencias disponibles y la congestión de la orbita geoestacionaria se traducen en una necesidad creciente de reutilización de frecuencias por medio de la discriminación de polarización. Suelen usarse tanto la polarización circular como la polarización lineal.
Potencia: Cada generación de satélites radia una p.i.r.e. superior por lo que implica imponer mayores requisitos en materia de control térmico así como de productos de intermodulación.
Capacidad de detección de radiofrecuencias: Cuando la anchura de haz es pequeña (inferior a 2°) se usa un sistema de detección en RF que corrige automáticamente toda desviación de la dirección del haz. Como las frecuencias de recepción y transmisión del satélite son distintas, debe efectuarse en este una conversión de frecuencias, seguida de una amplificación de la señal. Se denomina transporndedor al conjunto convertidor de frecuencia- amplificador.
Comunicación Satelital- Estructura
Enlaces ascendentes (Tierra- espacio) y descendente (espacio- Tierra): Es característica fundamental de ambos la propagación en condiciones de espacio libre, a la que esta asociada una atenuación proporcional al cuadrado de la frecuencia y al cuadrado de la distancia. Puede también existir atenuación adicional por lluvia. Como debido a la limitación de potencia del satélite, el enlace descendente es el mas desfavorable, se asigna a este las frecuencias mas bajas del grupo atribuido al servicio de telecomunicaciones por satélite.
Comunicación Satelital- Estructura
El centro de control: También se le llama TT&C (tele mediación, telemando y control), realiza desde tierra el control del satélite. Las principales funciones del Centro de Control del satélite son:
• Apoyar la operación de puesta en orbita de los satélites: Esta función realizada con el soporte de la red de CNES, permitirá el control y validación de la configuración durante la orbita de transferencia y la verificación de los parámetros orbitales.
• Proporcionar la infraestructura que permite realizar las pruebas de aceptación en orbita, tanto de la plataforma como de las cargas útiles, así como pruebas periódicas durante toda la vida útil del sistema.
• Mantener el control orbital mediante determinaciones precisas de la posición de cada satélite y la ejecución de las maniobras periódicas de mantenimiento de posición dentro de los estrictos márgenes especificados respecto a su posición nominal.
Comunicación Satelital- Estructura
• Control y seguimiento de todos los subsistemas a lo largo de la vida útil del satélite.
• Seguimiento de la utilización de la carga útil e introducción de los procedimientos de adquisición de nuevos sistemas.
• Supervisión de los parámetros de Radiofrecuencia de toda la carga útil a lo largo de la vida del sistema.
Comunicación Satelital- Estructura
El segmento terreno: El segmento terreno lo componen los siguientes elementos:
• La estación terrena transmisora.
• La estación terrena receptora.
• Las redes terrenales.
Estación terrena transmisora: Recibe la señal en banda de base a transmitir. Esta será normalmente una señal multiplex (MDF o MDT) telefónica, radiofónica, de datos o de video.
Esta señal modula una portadora en FI, la cual se traslada luego a la frecuencia de portadora RF, que tras la amplificación necesaria, se transmite hacia el satélite. En transmisión se requiere normalmente potencias elevadas, asociadas a la utilización de antenas de gran directividad. La portadora o portadoras transmitidas pueden estar activadas continuamente o a petición, cuando exista información a transmitir.
Comunicación Satelital- Estructura
Estación terrena receptora: Dispone de una antena muy directiva y un sistema receptor de muy bajo factor de ruido, que comprende:
• Amplificación de la señal.
• Conversión a FI.
• Demodulación.
• Tratamiento multiplex.
• Seguimiento.
Después de la etapa de FI, se separan los mensajes no destinados a esta estación demodulándose los correspondientes a ella, que se acondicionan para su encaminamiento a través de circuitos terrenales, hacia los centros de conmutación.
Comunicación Satelital- Estructura
Estación terrena receptora: Existen distintos tipos de estaciones terrenas. Las diferentes matices que se ofrecen el la practica están dados según el servicio a que las mismas estén destinadas. Se pueden mencionar como ejemplo de estaciones terrenas los siguientes tipos:
Estación master: Se encarga de la gestión del sistema y habitualmente se encuentra ubicada en el nudo principal de la red.
Estaciones de alto/medio/bajo trafico, cuyas características permiten la atenuación de un elevado numero de canales de transmisión y recepción o bien puede ser de una menor cantidad de estos.
Comunicación Satelital- Estructura
Redes terrenales: Se requieren cuando las señales en banda base no se originan o no tienen como destino final la propia Estación Terrena. Las interfaces entre las propias redes terrenales y las estaciones terrenas permiten adaptar y sincronizar las señales entrantes desde una red terrenal a las requeridas en la estación terrena y viceversa en cuanto a voltajes, polarización, señalización, tiempo, entre otras.
Comunicación Satelital- Estructura
Existen varias configuraciones entre las que podemos destacar:
• Enlace SCPC.
• Enlace VSAT topología estrella.
• Enlaces PAMA/DAMA topología Malla.
Comunicación Satelital- Enlaces
ENLACES SCPC: Single Channel per Carrier. Son enlaces punto a punto. Tiene una frecuencia Tx y un Rx fija, establecida por la empresa prestataria. Pueden ir de 64 Kbps hasta 10 Mbps.
Están compuestos por:
• Moden satelital.
• IDU (InDoor Unit).
• ODU (OutDoor Unit).
• Antena parabolica (1,2 a 3,8 mts).
Comunicación Satelital- Enlaces
Enlaces SCPC
Componentes de la cadena satelital:
Comunicación Satelital- Enlaces
Enlaces SCPC
Componentes de la cadena satelital:
Comunicación Satelital- Enlaces
ENLACES VSAT (VERY SMALL APERTURE TERMINALS):
Son enlaces punto a multipunto. Se componen de varias terminales con antenas de poco tamaño. La red debe tener un HUB central (estación terrena) que controla el uso de la red por parte de los terminales.
Comunicación Satelital- Enlaces
Enlaces VSAT (Very Small Aperture Terminals): Por su arquitectura es ideal para redes con organización centralizada, al tener un HUB central que gestiona la red, se puede reducir el costo de los terminales, los terminales no poseen mucha capacidad de Tx, 1,2 a 9,6 Kbps (pueden correr X.25). La red no esta pensada para un uso continuo por parte de los terminales. Las conexiones entre terminales tienen un delay de un doble salto satelital.
Uso de AB: El trafico se divide en dos, Inbound (utilza TDMA)y Outbound (RDM referenciado al HUB).
Comunicación Satelital- Enlaces
Enlaces VSAT (Very Small Aperture Terminals):
Tipos de señal: El Outbound lo utilza el HUB y se realiza a una tasa de transferencia alta (aprox. 1024 Kbps) utilizando TDM, generalmente lo hace en forma de broadcast para todas las remotas. Las terminales utilizan el Inbound, luchando por acceder al medio (Aloha o Aloha ranurado) es decir comparten el AB para la TX. Una vez conseguido el medio transmiten con técnica TDMA. Los slots para transmitir pueden estar previamente establecidos o asignarse dinámicamente.
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Magnament de la red:
La red esta controlada por el NCC (Network Control Center) ubicado en el HUB, cuando se agrega una terminal a la red, esta debe ser agreda a la base de datos de la red (address, ports, etc). Dicha base de datos tiene una tabla de ruteo, en la cual se establecen circuitos, entre los port de la terminal y el HUB.
Comunicación Satelital- Enlaces
Estación HUB: Esta compuesta por muchos subsistemas, los cuales son redundantes (excepto la antena) controlados por un switchover automático.
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Terminal remota: En contraste del HUB, las estaciones remotas son mas simples, el motivo es reducir al máximo el costo, para facilitar la instalación en cantidad.
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ENLACE VSAT EN MALLA (PAMA / DAMA):
Características: Este tipo de redes no necesita de un HUB central, permite un mayor trafico, trabaja con dos sistemas: PAMA (Pre Assigned Multiple Access) y DAMA (Gemand Assigned Multiple Access), requiere un tamaño mayor de antena en los terminales. El acceso al medio es por FDMA (Frequency- Division Multiplexing Access). Cada estacion central permite una portadora multidestino en forma permanente, cada estación remota extrae la información correspondiente.
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ENLACE VSAT EN MALLA (PAMA / DAMA):
PAMA: Se le asigna una frecuencia a cada estación, no es necesario un establecimiento de las conexiones, apto para alto trafico y aplicaciones interactivas.
DAMA: No tienen frecuencia asignada a cada estación, existen canales que están disponibles para ser utilizados. Los canales de Tx/Rx se asignan por petición de terminales, apto para trafico de voz.
Funcionamiento de la red: Existen una NCS (Network Controlle System) en la cual existe una base de datos con la informacion de las frecuencias disponibles para ser asignadas a la red, Desde la estación central se Tx un Outlink (señalización y adm) en forma permanente para todas las placas DAMA. Por demanda las remotas piden asignación de frecuencia para transmitir (DAMA) y el NCS las asigna. Una vez asignadas levantan portadora y comienzan a intercambiar tráfico.
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ESQUEMA CONEXIONADO DE LA FI.UBA.
