Comunicaciones por satélite

Por Arturo Carrillo GarcíaTIC´S 7A

INGENIERÍA

Fuente: Comunicaciones Por SatéliteRodolfo Neri Vela. Editorial Thomson

Detalles• Características generales

– La historia de las comunicaciones por satélite, la evolución, su situación actual , los servicios y redes de satélites, con las bandas y frecuencias.

– Orbitas y coberturas.

• El área espacial– Subsistemas, antenas, sistema de transponedores y el lanzamiento.

• El área terrena– Estructura de las antenas, orientación, LNB, amplificadores de potencia.– Las técnicas de acceso múltiple.

• Matemáticas para estos enlaces.– PIRE Y G/T, atenuación atmosférica y también provocado por la lluvia.– Balance ascendente y descendiente Back Off.– Interferencias y balance conjunto.

Las características generales

Su flexibilidad: Deben de tener posibilidad de cobertura mundial, facilidad para las comunicaciones aisladas y las dificultades geográficas, además un rápido establecimiento de redes y la posibilidad de comunicaciones eventuales.

Sus múltiples servicios: Capacidad para los enlaces punto a punto fijos para servicios de voz, imágenes, datos y multimedia, tener rutas alternas y de reserva en caso de perdidas o desastres, también para distribución punto a multipunto para la radiodifusión, TV y/o datos, y la capacidad de acceso múltiple (multipunto a multipunto).

Las características generales

Además agrega el coste de las comunicaciones independientes de la distanciaY si temporal retardo que esto debe ser importante.

La historia

1945Arthur Clarke y la teoría de los 3 satélites sobre la tierra.

La historia Línea del tiempo

1948 DESARROLLO DEL TRANSISTOR Y EL PRIMER ORDENADOR ELECTRÓNICO.

1957LANZAMIENTODEL SPUTNIK PRIMER

SATELITE RUSO

1960ECHO 1SATELITE DE ORBITA BAJAA DISTANCIA DE 1500M.

1962TELSTAR 1PRIMER SATELITE ACTIVO.

PARA DIFERENTES SERVICIOS.

1964SYNCOM 3PRIMER SATELITE GEOESTACIONARIO DE 32KG 2 W Y 5MHz

1965MOLINYAPRIMER SATELITE SOVIETICODE ORBITA BAJA

1971INTELSAT IVFAMILIA DESARROLLADA

1965INTELSAT IPRIMER SATELITE DE USOCOMERCIAL GEOESTACION.

1982INMARSATSATELITE DE USO MARITIMOMOVIL.

1983EUTELSATSISTEMA DE SATELITES USO

REGIONAL.

1984TELECOMSISTEMA DE SATELITES USO NACIONAL.

1992HISPASATSISTEMA DE SATELITES

ESPAÑOLES.

1998CONSTELACION IRIDIUM

NUEVOS SATELITES DE ORBITA BAJA.

2000TECNOLOGIASDE MINI, NANO Y MICRO SATELITES.

Lanzamiento continuo competencias.

Familia de Intelsat y su evolución

Servicios y redes de satélites

Servicio Fijo por satélite (FSS) Enlaces internacionales

Transmisión de voz, datos, y televisión.

Servicio móvil por satélite (MSS)

Terrestre (LMSS)

Marítimo (MMSS)

Aeronáutico(AMSS)

• Servicio de radiodifusión vía satélite (DBS)

• Servicios directo al hogar (DTH)

Servicios y redes de satélitesRedes privadas en forma de estrella o malla

Sistemas VSAT

Servicios MultimediaIntegración de voz, datos y video

Bandas de frecuencias asignadas

LanzamientoPrincipales detalles

• Velocidad• Traslación de perigeo• Translación de apogeo • Entrada en orbita

Leyes de KeplerLa orbita de cada planeta (satélite), es una elipse con el sol(la tierra) en uno de sus focos.

La línea que une al sol (tierra) a el planeta (satélite) barre áreas iguales en tiempos iguales

La línea que une al sol (tierra) a el planeta (satélite) barre aéreas iguales en tiempos Iguales.El cuadrado del periodo revolución es proporcional al cubo de su semieje mayor (a).

𝑇=2𝜂√ 𝑎3𝜇

Sistema de orbitas

• Circular con periodo igual a la tierra (24Hrs.) altura alrededor de 36000km.

• Tiempo de propagación (260 ms i/v).

Orbita geoestacionaria

(GEO)

• Altitud de 10,000 km con periodo de 6 horas.• Tiempo de propagación es alto con cobertura global de 3 o

4 satélites.

Orbita media (MEO)

• Altitud de 2000 a 4000 km posen periodo de 90 minutos.• Tiempo propagación señal bajo.• Necesidad de muchos satélites para cubrir globo.

Orbita baja (LEO)

• Perigeo a unos 500 km, orbitas inclinadas a 63.5 grado, periodo variado de 8 a las 24 Hrs.

Orbita muy elíptica (HEO)

La geoestacionaria• Satélite situado en el plano ecuatorial de la tierra.• Velocidad angular del satélite igual a la velocidad de rotación de la tierra.

FUERZA DE ATRACCIÓN = FUERZA CENTRÍFUGA

𝑚𝑔0𝑟02

𝑟2=𝑚 ( 2𝜋𝑇 )

2

𝑟 𝑟0=6377

Sistema de coberturasSistema INTELSAT con 3 haces globales en las regiones oceánicas del atlánticoIndico y pacifico.

Sistema de coberturas IIEn el Eutelsat, haces conformados mediante alimentadores múltiples, se consigue una cobertura adaptada a las zonas de interés.

En el Hispasat, diferentes tipos de servicios (DBS, SFS, Misión América, Misión gubernamental).Diferentes tipos de cobertura

OrientaciónElevación(E): Angulo entre la recta según sea cual esta dirigido el eje de la antena y el suelo.Azimut(AZ): Angulo entre la dirección norte y la proyección del suelo de la recta lo cual esta dirigida la antena.

Matemáticas para la orientación

En el área espacial El satélite • Plataforma Subsistemas secundarios.

• Estructura • Subsistema del control térmico• De alimentación de energía• De telemetría y comando • De propulsión

• Carga útil• Subsistema de antenas • Subsistema de transponedores

Telemetría y comando en el centro de control del satélite Desde tierra. QuetzSat1

Estructura del satélite • Proporción a interfaz

mecánico del lanzador • Soporte estructural a durante

la integración pruebas y lanzamiento y operaciones orbitales.

• Condicionantes• La masa total• La rigidez • Y su resistencia

• Mecanismos de despliegue de las estructuras • Antenas y paneles

solares • Motores, muelles y

dispositivos pirotécnicos.

Subsistema de antenasCobertura global • Cornetas con anchura de haz θ= 17°Puntuales • Reflectores parabólicos

• Concentran energía en zona pequeña

Conformadas• Reflectores parabólicos con acceso

múltiple• Adecuan del diagrama de

radiación a la zona a cubrir.Móviles • Reflectores parabólicos actuados

mecánicamente con alimentadores múltiples.• Pueden cambiar su

orientación

Transpondedor

Área terrena

• Sistema de antena• Amplificadores de recepción de

bajo nivel de ruido• Amplificadores transmisores de alta

potencia • Convertidores de frecuencia y

módems .

• Equipos de multiplicación y demultiplexación

• Equipos de conexión con las redes terrestres.

• Equipos auxiliares de alimentación de energía

• Infraestructura general.

Área terrena

Sistema de antenaCon diámetros desde 60cm (para la recepción de TV) hasta 70 m(para la exploración espacial).

Los tipos de antenas • Cassegrain (de subreflector

hiperbólico)• Gregorian (subreflector

parabólico).• Descentradas (las offset)

Ancho del haz entre puntos

( ) 10logD

G dB

𝐵𝑊=70𝜆𝐷

Ganancia por directividad

𝐺=𝑘 4𝜋 𝐴𝜆2

=𝑘( 𝜋 𝐷𝜆 )𝐺 (𝑑𝐵)=10 log 𝜅( 𝜋 𝐷𝜆 )2

2

Cassegrain Gregorian offset

Sistema de antena Temperatura de ruido

Tc:Temperatura de ruido por el cielo despejado.Ts: Por ruido de la antena debido a suelo.Tatm: La física de los elementos de alimentación (si estas no están refrigerados = T0 =290 k)

Sistema de antena Amplificador de bajo ruido (LNA o LNB)

Este dispositivo debe de tener la menor figura de ruid0 posible.Debe de estar situado cerca del diplexor de antena para evitar perdidas, delta7K por cada 0,1 dB de perdidas.

Ganancia: 10-20 dB

Temperatura total del ruido de sistema de recepción.

Elementos de comunicaciones • Convertidores de frecuencia

– Convierte las señales de FI a microondas (Up-conv) y viceversa (down conv.)– FI de 70 a 140 MHz y conversión mediante varias etapas.

• Moduladores/demoduladores– Superponen señales de información a la portadora de FI.– Para las señales analógicas modulación FM y para las digitales la QPSK, posibilidad en

utilizar la GMSK u otras mas avanzadas.

• Procesado de señal – Multi/demultiplexacion, encriptado y desencriptado, codificación y decodificación

• Interfaz con red terrenal– Para enlaces centrales de conmutación o nodos de inserción, extraxion por fibra, coaxial

o radio enlaces.

Tecnicas de acceso• Difernetes estaciones de la misma red intercambian información atreves de único

punto nodal.– Acceso múltiple por división de frecuencia FDMA– Por división de tiempo TDMA– Por división de código CDMA

• Por frecuencia directa DS-CDMA• Salto de frecuencia FH-CDMA

– Aleatorio de tiempo TRMA

• Asignación por petición– Acceso múltiple bajo demanda DAMA

En un satélite o dentro de un transpondedor puede usarse diferentes técnicas ce acceso y/o combinaciones antes mencionadas.

FDMA

• División del ancho de banda de cada transponder en bandas mas pequeñas (portadoras).• Cada estación terrena transmite continuamente.• Se pueden utilizar sistemas preasignados o asignación por petición.• El receptor del enlace descendente selecciona la portadora deseada de acuerdo con la

frecuencia utilizada.

• Con el defecto de la aparición de productos de intermodulación en la banda ocupada producidos por la característica de transferencia no lineal de los amplificadores de potencia.

FDMA

TDMA• Cada estación dispone totalmente el ancho de banda del transponder pero solo en

un determinado intervalo de tiempo .• Solo hay una portadora en el sistema a la vez, elimina el sistema de

intermodulación y permite el amplificador bajar en el punto de saturación.

CDMA• Cada estación transmite continuamente y de forma simultanea en todo el

ancho de banda del canal mediante técnicas de espectro ensanchado.• La interferencia entre las estaciones es resuelta por el receptor que

identifica al transmisor/es deseados por medio de un código.• Los códigos utilizados son secuencias binarias ortogonales .

CDMA Por secuencia directa