11 St Cm Cmunicacion Satelital 2013

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Docente:Ing. MBA J. Ricardo Ancieta A.

Email Personal: [email protected]

Elaborado por: Ing. MBA J. Ricardo Ancieta A. Seminario de Telecomunicaciones-EMI-II-2013

MDULO 11: COMUNICACIN SATELITAL

SEMINARIO DE TELECOMUNICACIONES

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Elaborado por: Ing. MBA J. Ricardo Ancieta Aneyva

COMUNICACIN SATELITAL

Qu es Telefona Satelital?

La Telefona Satelital es un medio que permite establecer comunicacin privada e interactiva entre dos puntos terrestres, martimos y areos mediante uso de redes de acceso satlitales(artificiales).

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Cmo Funciona la Telefona Satelital?El servicio de Telefona Satelital se presta gracias a la interconexin de la extensa red pblica conmutada, con tecnologa totalmente digitalizada, con redes de acceso satelital, consideradas como el medio para transportar los servicios de voz, datos y video a lugares remotos, donde la red fija y de transmisin no llegan.

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Dirigido a Mercados de:

Aviacin

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Martimo

Minera

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Construccin

Forestal

7



Petrleo y Gas

Turismo

8



En situaciones de:

Desastres(Defensa Civil)

Gobierno(Defensa Nal)

3

9



En Guerra:

Gobierno(En Guerra)

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Beneficios. Permite la comunicacin entre personas que son parte de industrias altamente competitivas y/ rentables en el mercado corporativo. Facilita el acceso a los servicios especiales y de valor agregado en situaciones de desastre y defensa. Es una alternativa ms en la telefona rural (rentabilidad?).

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Y que hace falta para hacer telefona satelital?:

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Pues se necesita: Una Estacin Terrena (Earth Station / Hub Central),que pueda proporcionar conexin digital (voz, datos y video) a una Estacin Remota Satelital Terrestre, Martima Area y hacia la Red Pblica Conmutada (PSTN)

Fig.11.1.a): Ejemplo de Estacin Terrena

Estacin Terrena HubCentral de INTELSAT

4

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Fig.11.1.b): Ejemplo de Estacin Terrena

Estacin Terrena TELSTRA en Vietnam (ASIA)

Estaciones Terrenas en Banda C con 16m de Dimetro en Plato 14



Principalmente: Satlite(s), que actan como nexo(s) (tandem) entre la Estacin Terrena y las Estaciones Remotas en cualquier comunicacin.

Fig.11.2.: Satlite de Comunicaciones

IRIDIUM SATELLITE

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Bueno y tambin: Los Usuarios Finales, que mediante Estaciones Remotas Satelitales , consiguen el servicio (necesidad de comunicacin).

Fig.11.3.: Usuarios Finales

Estacin Remota Satelital (Terrestre Fija)Tipo Offset

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Fig.11.4.: Usuarios FinalesEstacin Remota Satelital (Terrestre Mvil)

5

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Fig.11.5.: Usuarios Finales

Estacin Remota Satelital Area(Voz y Datos)

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Fig.11.6.: Estacin Remota Satelital (Martima)

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Red Pblica Telefnica Conmutada

Interconexin

Interconexin

CelularTelefona Fija

Telefona Satelital

Inalmbrico Fijo

Interconexin

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Y que hay de la interconexin en la Telefona Satelital?:

6

21



Fig.11.7.: EWSD Tandem

IGUAL: La interconexin es inevitable y necesita estar regulada, porque involucra en general varios operadores (carriers)

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!!Recordemos algo de Astronoma!!!

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Los Padres de la Astronoma!!

Nicholas Copernicus1473 - 1543 Galileo Galilei

1564 - 1642 Johannes Kepler1571 - 1630 Isaac Newton

1642-1727

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Planetas lentamente se mueven con respecto a las estrellas fijas, sobre la eclptica. (Planeta = Vagabundo, Errante).

Sus movimientos no son uniformes,Movimiento directo: hacia el esteMovimiento retrgrado: hacia el oeste

Griegos Interpretan estos movimientos con la Tierra en el centro Universo Geocntrico

Ptolomeo Teora de los deferentes y epiciclos

Visin Geocntrica

7

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Visin Heliocntrica Aristarchus propone una explicacin ms simple.

Sin embargo esta teora no fue atendida hasta 700 aos ms tarde por

Coprnico, ao 1500. Determin cuales planetas estn ms cerca al Sol que la Tierra. Mercurio y Venus siempre estn cerca del Sol.

Determin cuales estn ms lejos que la Tierra. Marte, Jpiter y Saturno, se ven ms alto en el cielo cuando el Sol est bajo el horizonte.

Urano, Neptuno y Plutn fueron descubiertos mas tardes con telescopios.

Todos los planetas, la Tierra incluida, giran alrededor del Sol.

Gran Revolucin cientfica: Tierra ya no es el centro

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Galileo Galilei: El Telescopio Invencin: dispositivo para concentrar,

enfocar y ampliar la luz.

Descubrimientos: Fases de Venus; cambio de tamao al

moverse por el cielo.

4 lunas de Jpiter; orbitan con periodos entre 2 y 17 das. Hoy sabemos que tiene 16 lunas.Un telescopio es un sistema ptico que sirve para ver

objetos muy lejanos. Existen varios modelos de telescopios:reflectores, refractores, y catadiptricos. El sistema ptico de

los reflectores est formado por espejos; el de losrefractores por lentes y el sistema ptico de los telescopios

catadiptricos est formado por lentes y espejos.

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Tycho Brahe y J. Kepler Tycho Brahe, a fines del siglo 16, fue el primer

astrnomo que demostr la teora heliocntrica Hizo mediciones de la posicin de los planetas con una precisin de

1 minuto de arco.

Kepler, us estos datos para determinar la rbita de los planetas Primera ley

Las elipticidades son casi cero rbitas casi circulares(ver diagrama elipses)

rbitas de los planetas son elpticas, con el Sol en uno de sus focos

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Leyes de kepler:1. Las rbitas sujetas a anlisis son elpticas y la tierra se encuentra en uno de los focos

( )

.1

.tan

.378,6

2

2

dadExcentricia

be

tneoinsRadiotrr

tierraladeRadioKmRt

=

=

a

b

Johannes Kepler

8

29



Segunda Ley: Kepler dedujo que la rapidez con que se mueven los planetas en sus rbitas no es uniforme.

Fsicamente esto significa que la rapidez del planeta disminuye cuando este se mueve desde el perihelio al aphelio y aumenta cuando este se mueve del aphelio al perihelio(ver diagrama)

Una lnea que une el planeta con el Sol barre reas igualesen iguales intervalos de tiempo

Johannes Kepler

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Leyes de kepler:2. Conforme pasa el tiempo la rbita barre reas iguales en tiempos iguales.

Perihelio

Aphelio

Sol

31



Johannes Kepler

Tercera Ley: Descubrimiento en 1619, relaciona el periodo sideral con la longitud del semieje mayor.

Si P representa el periodo sideral en aos y a semieje mayor en AU

Esta ley es vlida para cualquier situacin donde dos cuerpos orbitan entre ellos.

El cuadrado del perodo de rotacin de un planetaes proporcional al cubo de la longitud

del semieje mayor.

P2 = a3

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Isaac NewtonLeyes de Movimiento

Ley de la inercia

Primera LeyUn cuerpo en reposo o moviendose con velocidad constante enlnea recta se mantendr en reposo o moviendose en lnea recta

con velocidad constante mientras no exista una fuerza sobre el.

9

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Ley de la Fuerza y Aceleracin

Segunda LeyLa aceleracin de un objeto es proporcional a la

fuerza ejercida sobre el.F = m*a

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Ley de la Accin y Reaccin

Tercera LeyCuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro, esteotro ejerce una fuerza sobre el primero igual pero

opuesta

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Gravitacin

Fuerza gravitacional es proporcional al producto de las masase inversamente proporcional al cuadrado de la distancia

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!!Y todo esto que tiene que ver con los satlites!!!

!!Y todo esto que tiene que ver con los satlites!!!

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Es una rbita alta muy apreciada por los satlites de telecomunicaciones, actualmente lanzados a un ritmo de 30 por ao. A una altitud de 35,786 Km(22,282 millas) en el plano del ecuador terrestre, el satlite aparece inmvil desde un punto fijo de la tierra, debido a que su velocidad es igual a la de la rotacin del planeta, o sea, 11.070 Km/h o una vuelta de 23h 56m. Esta posicin permite la cobertura contnua de casi la mitad del globo, visto siempre desde el mismo punto. Actualmente hay cerca de 400 satlites sobre esta rbita. Los satlites tienen una duracin de vida superior a los 15 aos.

ORBITA GEO-ESTACIONARIA


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COMUNICACIN SATELITALLA RBITA DE TRANSFERENCIA GEOESTACIONARIA : GTO

Es una rbita provisional. Todos los satlites geoestacionarios pasan primero por esta rbita de transferencia, una rbita muy elptica (apogeo del satlite a 36.000 Kmde altitud y perigeo alrededor de 200 Km ). Esta rbita comienza con una inyeccin por parte del lanzador. Este "lanza" el satlite a baja altitud (alrededor de 200 Km ) a una velocidad suficiente para obtener su ascensin hasta la altitud GEO, o sea 36.000Km. A continuacin, una maniobra propulsiva del satlite con la ayuda de un motor, le sita sobre la rbita geosincrna ecuatorial y circular definitiva. Esta maniobra es realizada generalmente entre las 10h y las 24h que siguen al lanzamiento.

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Es una rbita baja (de 200 a 2.000 Km de altitud) ,generalmente circular y en un plano inclinado en relacin al ecuador (de 50 a ms de 90). El satlite sobrevuela toda la tierra en un da . Esta posicin es elegida para la observacin, la metereologa, y las telecomunicaciones (con varios satlites formando una constelacin). El tiempo medio de vida sobre esta rbita es de unos 5 aos.

RBITA BAJA : LEOLOW STATIONARY ORBIT

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Es una rbita elptica, muy excntrica (70.000 Km/1.000 Km ) e inclinada (alrededor de 63 ) que no ha sido todava utilizada por los occidentales. Es muy estimada por los rusos ( por lo que tambin se llama "rbita Molniya" ). El satlite sobrevuela muy rapidamente ( a cerca de 33.000 Km /h ) una misma regin extendida, durante alrededor de 8 h sobre 24 h, sobre un ngulo prximo a la vertical. Favorece a los paises nrdicos. Aplicacin : Las telecomunicaciones.

Con una red de tres satlites simtricamente repartidos, para volver a pasar sobre la misma marca terrestre, se asegura la cobertura de 2 continentes del pleneta. La duracin de vida sobre esta rbita vara entre 5 y 10 aos.

LA RBITA MS EXCNTRICA: HEO

11

41



Se trata de una rbita baja (entre 600 y 800 Km ) en la cual el plano est sincronizado con el sol, es decir, que la direccin del sol hace siempre un ngulo constante con el plano orbital. As, la zona sobrevolada por el satlite es siempre observada a la misma hora del da. El plazo de "revisita"- el paso por encima del mismo punto- es de 10h 30m de media.Es una rbita privilegiada para la observacin terrestre en alta resolucin (SPOY,HELIOS,ERS, TOPEX...). La duracin de vida de un satlite sobre esta rbita es de 5 aos de media.

LA RBITA HELIOSNCRONA: SSO

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Y que hay de la cobertura satelital?

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Las tcnicas de cobertura de enlace entrelazado (Cross-Link) y haz dedicado (Spot Beam) logran la cobertura de la tierra a travs de la Red Satelital.

Por ejemplo para la Red Satelital Iridium: se necesitan 48 Haces Dedicados (Spot Beams) por Satlite. Esto significa unas 30 millas (50 Km) en dimetro por haz.

Cobertura Satelital de la

Tierra

Iridium

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Cross-Link

Spot-Beam

VENTAJAS

Menor Confianza en Redes Almbricas

Tiempo de Conversacin Contnuo

Menos Puertas de Salidas (Outgates)

Mayor Confiabilidad

No necesita estar en la misma huella de la Salida

12

45



Cobertura GlobalStar

46



GlobalStar opera en la Orbita Baja

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SATELITE EN LA ORBITA BAJA

48



RED SATELITAL GlobalStar

13

49



Estaciones Terrenas GlobalStar

50



GateWay GlobalStar

51



Estaciones Terrenas GlobalStar

52



SATELITES MEXICANOS-SATMEX

SATELITE SOLIDARIDADHUELLA BANDA C1

SATELITE SOLIDARIDADHUELLA BANDA C2

14

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COBERTURA DE SATELITES MEXICANOS SATMEX

SATELITE SOLIDARIDAD

HUELLA BANDA C3

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SATELITE SOLIDARIDADHUELLA BANDA Ku4

SATELITE SOLIDARIDADHUELLA BANDA Ku5

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SATELITE INTELSAT

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!!Y las Bandas Satelitales que ?!!....

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Emisin de video, com. intersatlite

Fijo 27 - 40 Ka

Emisin de video, com. intersatlite

Fijo 18 - 27 K

Voz, datos , video, Emisin de video

Fijo 12 - 18 Ku

Militar Fijo 8 - 12 X

Voz, datos, video, Emisin de video

Fijo 4 - 8 C

Navegacin Mvil 2 - 4 S

Emisin de audio, radiolocalizacin.

Mvil 1 - 2 L

Navegacin, Militar Mvil 300-1000 MHzUHF

Telemetra Fijo 30-300 MHzVHF

Usos Servicio

Rango de Frecuencias

(GHz) Banda

BANDAS DE FRECUENCIAS DE SATLITE

58



11.70 - 12.2 14.00 - 14.50 Ku

3.700 - 4.300 5.925 - 6.425 C

1.525 - 1.559 1.6265 - 1.6605 L

Rango de Frecuencias Rx (GHz)

Rango de Frecuencias Tx (GHz)

BANDA

BANDAS DE FRECUENCIAS DE LOS SATLITES MEXICANOS (Solidaridad I y II)


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GRAFICO DE

ABSORCIONDE

ONDAS MILIMETRICAS

Curva al nivel del mar:T=20 ;

P=760mm; PH2O=7.5g/m

3

Curva a 4000msnm:T=0 ;

PH2O=1g/m3

60



GRAFICO DE ABSORCION

DE ONDAS MILIMETRICAS DEBIDOS A LA: NIEBLA (fog) LLUVIA (rain)

16

61



REGION 1: EUROPA AFRICA NORTE DE ASIA

REGION 2: NORTE AMERICA SUD AMERICA

REGION 3: RESTO DE ASIA

IMPORTANTE:LOS NUMEROS DE ABAJO COMO EL 795 SE REFIEREN A LA REGULACION

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Tipos de Antena

63



ANTENA PARABOLICA DE FOCO PRIMARIO La superficie de la antena es una paraboloide de revolucin. Todas las ondas inciden paralelamente al eje principal reflejndose directamente al Foco. El Foco esta centrado en el paraboloide Tiene un rendimiento mximode 80% aproximadamente, es decir, de toda la energa que llega a la superficie de la antena, el 80% llega al foco y se aprovecha y el resto que no llega se pierde

Antena Parablica de Foco Primario

64




17

65




66




67




68



ANTENA PARABOLICA OFFSET Este tipo de antena se obtiene recortando de grandes antenas parablicas de forma esfrica. Tienen el Foco desplazado hacia debajo de tal forma que queda fuera de la superficie de la antena. Debido a esto el rendimiento llega a un 70% y algo ms. El diagrama de directividadtiene forma de valo. Las ondas que llegan a la antena, se reflejan, algunas se dirigen al Foco y el resto se pierden

Antena Parablica OFFSET

18

69




Antena Parablica OFFSET, porttil mvil Antena Parablica OFFSET, montable en pared70




Antena Parablica OFFSET, Flyaway-2-4m Antena Parablica OFFSET, Flyaway con maletines de transporte

71




Antena Parablica OFFSET de Mstil y Autosoportada72



ANTENA PARABOLICA CASSEGRAIN Es similar a la de Foco Primario el mayor apunta al lugar de recepcin, y las ondas al chocar, se reflejan van al Foco donde esta el reflector menor; al chocar la ondas van al Foco ltimo, donde esta colocado el detector. Se suelen utilizar en antenas muy grandes, donde es difcil llegar al Foco para el mantenimiento de la antena

Antena Parablica CASSEGRAIN

19

73




74




75




76



ANTENA PLANA

Se estn utilizando mucho actualmente para la recepcin de los satlites de alta potencia (DBS) como el HISPASAT. Este tipo de antena no requiere de apuntamiento al satlite tan preciso, aunque lgicamente hay que orientarlas al satlite determinado

Antenas Planas

20

77



Antenas Planas

78



Antenas Planas

Antena Plana Porttilcon pedestal mvil

(Kathrein)Antena Plana Porttilmontada en pared

(Kathrein)

79



D=2R

Ganancia Directiva de la Antena

2

2

22

2

2

2

)2(

4

4

=

=

=

=

DG

RG

RG

AG

R

R

R

R

D

D

D

effD

R

80



D

Ganancia de Potencia de la Antena

2

=

=

DG

GG

R

DR R

Onda la de Longitud:

Antena la de Dimetro:

Antena la de Eficiencia:

Antena la de Ganancia:

D

GR

Valores tpicos de Eficiencia estn entre 0.5-0.8

21

81



D

Ancho de Haz de la Antena

Valores tpicos de Eficiencia estn entre 0.5-0.8

Antena la de gradosen

3dB de Haz de Ancho:3dB

=DdB 703

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Modelo de Subida al Satlite

Modulador

(FM PSK)

Banda Baseen FDM, PCM TDM

Filtro

Paso Banda

BPF

CONVERTIDOR

MezcladorFiltro

Paso Banda

BPF

Generador

De Microondas

De 6 14GHz

Amplificador

De Alta

Potencia

HPA

83



Transpondedor del Satlite

Filtro

Paso Banda

BPF

Amplificador

de

Bajo Ruido

LNA

CONVERTIDORDE FRECUENCIA

MezcladorFiltro

Paso Banda

BPF

Oscilador

De Desplazamiento

De 2 GHz

Amplificador

TWT

A la Estacin TerrenaDe la Estacin Terrena

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Modelo de Bajada del Satlite

Filtro

Paso Banda

BPF

Del Transponder del Satlite

Amplificador

de Bajo Ruido

LNA

CONVERTIDOR

MezcladorFiltro

Paso Banda

BPF

Generador

De Microondas

De 4 12GHz

Demodulador

De (FM, PSK

QAM)

Banda Baseen FDM, PCM TDM

22

85



CORRECCIONES EN FRISS:

2

4

=r

GGPP RTTR

Correcciones en la frmula debido: Eficiencia de la Antena. ExistenPrdidas en la estructura de alimentacin de la antena Existe absorcin atmosfricadebido al agua y a las molculasde oxgeno Ciertas incongruencias en las polarizaciones de las antenas de TX y RX Desalineaciones entre las antenas de TX y RX

=Lr

GGPP RTTR1

4

2

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]dBLrdBWGdBWGdBWPdBWP RTTR

++=4

log20

Valores tpicos de L estn de 4-5dB

Prdida en Espacio Libre

EIRP PIRE Tx86



Coordenadas Esfricas

),,( =Pz

x

y

87



NGULOS DE ELEVACIN

+

= 2

12

2

122

1

)21(

)1(

CosrCosr

CosCosCose

Vrtical Local

Norte

Este

Azimut

Antena e= Angulo de Elevacin

narios)geoestacio satlites (para

0.151satlite- tierradistanciay

tierrala de radio el entre distancia deFactor

Tierra laen Sitio del Latitud

Tierra laen Sitio del Longitud

Satlite el haciaElevacin de Angulo

=====

r

e

88



NGULOS DE ELEVACIN

+

= 2

12

2

122

1

)21(

)1(

CosrCosr

CosCosCose

narios)geoestacio satlites (para

0.151satlite- tierradistanciay

tierrala de radio el entre distancia deFactor

Tierra laen Sitio del Latitud

Tierra laen Sitio del Longitud

Satlite el haciaElevacin de Angulo

=====

r

e

23

89



AZIMUT EMPIRICO Y REAL

[ ]tiolongitudsitlitelongitudsaSen

TanTanA

=

=

1

A=AZIMUT EMPIRICO

=

=

Sen

TanTana

Aa

o

o

1360

360Azimut Real

90



EJEMPLO: NGULOS DE ELEVACIN

"28.7457

))"20'4717()"511163()151.0(2)151.0(1(

))"20'4717()"511163(1(

'

2

1'2

2

12'2

1

o

oo

oo

e

CosCos

CosCosCose

=

+

=

Tomando en cuenta las siguientes coordenadas de la ciudad de Santa Cruz de La Sierra (Latitud Sur a 17 47 20 y Longitud Oeste a 63 11 51 para el Satelite Intelsat IA-8 con Longitud 89 Oeste), calcule el azimut y el ngulo de elevacin de un plato en dichas coordenadas de la ciudad.

[ ] [ ]"7.43'4357

)"20'4717(

)"8.10'4825(

"8.10'4825)"51'1163()89(

1 oo

o

ooo

Sen

TanTanA

tiolongitudsitlitelongitudsa

=

=

===

91



EJEMPLO: NGULOS DE ELEVACIN Dado que ya tenemos el Azimut Emprico.

"7.43'4357)"20'4717(

)"8.10'4825(1 oo

o

Sen

TanTanA =

=

Podemos calcular el Azimut Real.

"3.16'16302

)"7.43'4357(360360o

ooo

a

Aa

===

92



Temperatura TA de Ruido en la Antena:

Otras interferencias de: satlites,

fuentes galcticas

Satlite

PR

Reflexiones en los lbulos traseros de la superficie terrestre

Superficie Terrestre

Onda Superficial

1231038.1

Antena laen

Ruido de Potencia

=

=

JKk

BkTN AA

La potencia de Ruido asociada con el enlace, est especificada por la Temperatura de Ruido del Sistema TS. Esta formada de las siguientes contribuciones:

Ruido en la Antena TA

Conexin de Antena-Receptor, un cable gua de onda TC

Ruido en el Receptor TR, debido al ruido en el mezclador de RF a las etapas de Frecuencia Intermedia (FI).

24

93



RECEPTOR

94



95



EJEMPLO: TEMPERATURA DEL SISTEMA

Calcule la Temperatura del Sistema s:

[ ]

[ ]

[ ]1000 30 1000)Intermedia Frecuencia de (Etapa Stage

1 0 500

)(Mezclador

2005262.199 23 50

Ruido) Bajo dedor (Amplifica

===

===

===

vdB

vdB

vdB

ififo

if

mmo

m

rfrfo

rf

GdBGKT

IF

GdBGKT

Mixer

GdBGKT

LNA

Entonces, si usamos para el Receptor:

ReceptorRX

RT

vvv mrf

if

rf

mrfR GG

T

G

TTT ++=

96




Reemplazando obtenemos para el Receptor:

oR

R

KT

T

5.5755.250

)1)(200(

1000

200

50050

=++=

++=Receptor

RX

o

R

K

T

5.57

Usualmente el Mezclador tiene prdida de conversin. Entonces ahora suponga que Gm=-10dB [Gm(v) =0.1]:

oR

R

KT

T

5.102505.250

)1.0)(200(

1000

200

50050

=++=

++= ReceptorRX

o

R

K

T

5.102

25

97




Si consideramos la temperatura del sistema una combinacin de la temperatura de la antena (ahora conectada directamente al LNA) y la del Receptor, entonces:

oS

RAS

KT

TTT

5.1525.10250 =+=

+=

ReceptorRX

RTAT

oK50 oK5.102

oS KT 5.152=

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Si ahora aadimos un cable con IL=2dB [ILv=1.5849] entre la antena y el receptor:

KT

TL

L

L

TT

TL

T

L

TT

TL

TTT

LFKT

oS

RA

S

RCA

S

RCA

S

oc

0709.2415.1025849.1

)15849.1(290

5849.1

50

)1(290

)(

)1(290)1(290

=++=

++=

++=

++=

==Esto ilustra como aadiendo un cable con IL=2dB se incrementa la Temperatura del Sistema Ts de 152.5 a 241K. Esto implica el efecto realmente significativo delRuido en la atenuacin de la Entrada. Es por esta razn, que muchas vecesel LNA es comnmente conectadoa la Antena de Recepcin

99




Entonces, con el cable la Temperatura del Sistema es:

ReceptorRX

RTLT

T AeffA =

oo

KK

5477.315849.1

50 =

oK5.102

L

LT

effC

)1(290

=

oK0232.1075849.1

)15849.1(290 =

31.5477K 107.0232K 102.5K5.102

5849.1

)15849.1(290

5849.1

50 ++=

++=

S

RCAS

T

TTTTeffeff

oS KT 0709.241=

100



RELACION C/N USANDO FRISS:

==

BkLrT

GGP

BkT

P

N

C

s

RTT

s

R

Link

111

4

2

EIRP PIRETx

Factor de Mrito del Receptor


K= Constante de Boltzman

B=Ancho de Banda

Otras Prdidas

Donde Ts es la temperatura del Sistema, que comprende: la temperatura de la antena (Ta),la del cable (Tc) y la del Receptor (Tr)

26

101



Esquema de la Trayectoria de la seal de RF en UpLink y DownLink

Otras interferencias de: satlites,

fuentes galcticasSatlite

Ganancia del Transponder=G

Cu

Up-Link

Superficie Terrestre

Ld= Prdida

Dielctrica

Cd

Down-Link

(DownLink)

Receptor elen Portadora la

de Recibida Total Potenciadud GLCC =

(DownLink)

Receptor elen Recibida

Total Ruido de Potenciaddu NGLNN +=

102



RELACION C/N USANDO UpLink&DownLink

dud GLCC = ddu NGLNN +=

Link-Downen Ruido

rTransponde elen Ruido

Link-Downen Total Ruido

==

=

d

u

N

N

N

rTransponde del Ganancia

Link-en Up aTransmitid Potencia

Link-Downen Recibida Potencia

===

G

C

C

u

d

d

d

u

u

du

ddu

d C

N

C

N

GLC

NGLN

C

N +=+=

11

1

+

=

DownLinkUpLink

Total

N

C

N

CN

C

103



EJEMPLO: CALCULO DE UN ENLACE SATELITAL

En el Diseo del Enlace Satelital se debe tomar en cuenta diversos aspectos como la atenuacin existente en espacio libre, prdidas existentes en los conectores, la ganancia de las antenas y otros aspectos que forman parte del desarrollo del clculo del enlace.

Sabemos que el INTELSAT 8 (IA-8), es un satlite geostacionario y tiene su rbita a 35,786 Km (podemosdecir 36000 Km) de la superficie terrestre; para lasfrecuencias que utilizaremos en Banda C, en el enlace de subida (UpLink) tenemos exactamente 6.138GHz y 3.913GHz, para el enlace de bajada (DownLink).

104




Por lo tanto la longitud de onda correspondiente a cadafrecuencia son:

Onda la de Frecuencia

Luz la de Velocidad )10(*3 8

==

=

f

c

f

c

m

m

DownLink

UpLink

0766.0)10(913.3

)10(3

0488.0)10(138.6

)10(3

9

8

9

8

==

==

Se pretende llegar a toda la red con una seal con unabuena calidad por lo que se utilizarn antenas con unabuena ganancia.

Para ello, debemos hacer uso de la Relacin Portadora-Densidad de Ruido de un Sist. de Comunicacin Satelital

27

105




Entonces la Relacin Portadora-Densidad de Ruido vienede la frmula de FRISS corregida para un Sistema de Comunicacin Satelital y para la parte Ascendente es:

==

kBLrT

GGP

BkT

P

N

C

SAT

SATTT

s

R

UpLink

11

4

2

EIRP PIRE Tx

Factor de Mrito de RX del SatliteEj. Intelsat GroundStations=40.7dB/K


K= Constante de BoltzmanB=Ancho de Banda

Otras Prdidas

106




Entonces, tambin podemos expresar la RelacinPortadora-Densidad de Ruido para un Sistema de Comunicacin Satelital para la parte Ascendente como:

dBKdBJfsSATSATTUpLink

SAT

SATTT

s

R

UpLink

LkLTGPIREN

C

kBLrT

GGP

BkT

P

N

C

oUpLinkdBW

+=

==

/

2

)/(

11

4

sMiscelnea Prdidas

/6.228Boltzman de Constante

Satlite del Antena la de Calidad de eCoeficient)/(

Ascendente Libre Espacioen n Propagaci de Prdida

nTransmisi de Efectiva Radiada Isotrpica Potencia

===

=

=

=

L

KdBJk

TG

L

PIRE

o

SATSAT

fs

T

UpLink

dBW

107



Entonces, podemos realizar los siguientes clculos para el enlace ascendente:

Atenuacin en el Espacio Libre Ascendente

dBL

L

c

frrL

UpLink

UpLink

UpLink

fs

fs

fs

2766.199

)138.6*00.786,35log(204418.92

4log20

4log20

=

+=

=

=

Para el clculo del PIRE necesario en la transmisinterrestre segn los requerimientos de INTELSAT se debende cumplir ciertas condiciones.


108




Las condiciones propuestas por INTELSAT deben cumplirlas siguiente ecuacin:

+=

17

)(log2083

GHzfdBPIRE UpLinkWT

Segn la normativa ITU-T en el Seminario Mundial de Telecomunicaciones celebrado en Ginebra en el 2004, se establece queel PIRET en telecomunicaciones por satelite de este tipo y para stasfrecuencias es de mximo 47dBW.

Por tanto, reemplazando valores obtenemos:

WWT dBdBPIRE 1516.7417

138.6log2083 =

+=

28

109




La misma normativa establece que la potencia entregada a la antena no debe exceder los 13dBW (20W), por lo que la ganancia de la antena para poder alcanzar el nivel de PIRET necesario se puede calcular.

Otros clculos:o

dB

o

KdBJk

KJk

/6010.228)10*38.1log(10

Boltzman de Constante/10*38.123

23

==

==

HzdBN

C

N

C

UpLink

UpLink

/6244.72

17.2)6010.228(2766.19947

=

=

Entonces reemplazando valores:

110




Conociendo que la Potencia entregada a la antena no puede ser mayor a 20w y que el PIRET no puede ser mayor a 47dBw segn la ITU-T, entonces:

Despejando podemos encontrar la ganancia de la antena:

WTTT

TTT

dBGPPIRE

GPPIRE

WdB47)log(10)log(10 =+=

=

dBG

dBWdBG

dB

dB

T

WWT

9897.33

)0103.1347()20log(1047

=

==

111




Utlizando la frmula de Ganancia de la Antena:

[ ]

[ ]22

8

9

2

2

8

6

22

)(*)(10*3

10*

)(*)(10*3

10*

mDGHzfG

mDMHzfG

c

fDDG

R

R

R

=

=

=

=

112




Utlizando la frmula de Ganancia de la Antena en unaforma ms simple:

[ ] [ ]

[ ] [ ])(log20)(log2010*3

10**log20

)(log20)(log2010*3

10**log20

log20)log(10

8

92

1

8

62

1

mDGHzfG

mDMHzfG

DG

dBiT

dBiT

dBiT

++

=

++

=

+=

29

113




Utlizando la frmula de Ganancia de la Antena en unaforma ms simple:

[ ] [ ]

[ ] [ ])(log20)(log2010*3

10**log20

)(log20)(log2010*3

10**log20

log20)log(10

8

92

1

8

62

1

mDGHzfG

mDMHzfG

DG

dBiT

dBiT

dBiT

++

=

++

=

+=

114




Para una Eficiencia de 55% la Ganancia de la Antena es:

[ ] [ ][ ] [ ]

[ ]mmmD

mD

mDdBdB

mDdBG

Wi

WdBiT

05.10489.110)(

0207.020

4150.0)(log

)(log20138.6log208042.179897.33

)(log20138.6log208042.17

0207.0 ===

==

++=++=

Importante.- Se ha calculado el dametro de la Antena (1.05m) con una eficiencia de 55% (0.55) debido al bajo costo para el usuario.

115




Por lo que el valor de energa de bit por densidad de ruidoesta dado por la siguiente ecuacin:

[ ])(log10 BitsBN

C

N

Eb

UpLinkUpLink

=

Para una velocidad de transmisinde informacin de 55Mbps:

[ ] dBN

Eb

UpLink

7692.410*55log106244.72 6 ==

Que en valor absoluto es

3335.010 107692.4

=

116




Entonces, tambin podemos expresar la RelacinPortadora-Densidad de Ruido para un Sistema de Comunicacin Satelital para la parte Descendente como:

LkLTGPIREN

C

kBLrT

GGP

BkT

P

N

C

DownLinkdBW fsETETSATDownLink

ET

ETTT

s

R

DownLink

+=

==

)/(

11

4

2

/-228.6Boltzman de Constante

Terrenas Estaciones de Calidad de eCoeficient

Efectiva Radiada Isotrpica Potencia

o

ET

ET

SAT

KdBJk

T

G

PIRE

==

=

=

sMiscelnea Prdidas Otras

eDescendent Libre Espacioen

nPropagaci de Prdida

=

=

L

LDownLinkfs

30

117




Entonces, podemos realizar los siguientes clculos para el enlace Descendente:

Atenuacin en el Espacio Libre Descendente

dBL

L

c

frrL

DownLink

DownLink

DownLink

fs

fs

fs

3663.195

)913.3*00.786,35log(204418.92

4log20

4log20

=

+=

=

=

Para el clculo del Coeficiente de Calidad segn losrequerimientos y especificaciones de INTELSAT se debende cumplir ciertas condiciones.

118




Las condiciones propuestas por INTELSAT deben cumplir la siguiente ecuacin:

+=

4

)(log205.25

GHzf

T

G DownLink

El valor del PIRESAT en banda C es de 47dBw para Bolivia acorde a la huella del Satlite de INTELSAT para estasfrecuencias y zona.

Por tanto, reemplazando valores obtenemos:

KdBT

G o/3090.254

913.3log205.25 =

+=

119



EJEMPLO: CALCULO DE UN ENLACE SATELITAL Entonces, podemos calcular la Relacin Portadora-

Densidad de Ruido para un Sistema de ComunicacinSatelital para la parte Descendente como:

HzdBN

C

N

C

LkLTGPIREN

C

kBLrT

GGP

BkT

P

N

C

DownLink

DownLink

fsETETSATDownLink

ET

ETTT

s

R

DownLink

DownLinkdBW

/6437.104

1)6010.228(2663.1953090.2547

)/(

11

4

2

=

+=

+=

==

120




Entonces, podemos calcularla Energa de Bit porDensidad Ruido para el enlace Descendente como:

[ ] dBN

Eb

DownLink

0401.2710*55log106437.104 6 ==

Que en valor absoluto es

8363.50510 100401.27

=

Por tanto: [la Energa de Bit por Densidad Ruido Total]-1:

0005.38363.5053335.0 111

=+=

TotalN

Eb

31

121




Entonces, podemos calcularla Energa de Bit porDensidad Ruido Total para el enlace como:

3328.00005.3 1 ==

TotalN

Eb

Calculando en dB:

dB7782.4)3328.0log(10 =

Donde -4.7782dB es una tasa de error que esdespreciable. Con esto podemos ver que la calidad del enlace es bastante aceptable. 122




Para determinar la portadora de subida, utilizamos la siguiente expresin:

24

)(

r

APIREC eTUpLink

=

Podemos utilizar la siguiente frmula para determinar el Area Efectiva de la Antena:

222

4946.02

07.155.0

2m

DAe =

=

=

123




Reemplazamos en la expresin que ya conocemos, paraencontrar el valor de la portadora de subida:

dBC

r

APIREC

UpLink

eTUpLink

12.81)151.0(4

)4946.0(474

)(

2

2

==

=

Necesitaremos de una portadora de 81.12dB parael enlace de subida!!.

124



PROBLEMA - ENLACE SATELITAL

Puerto VillarroelPVRGt=Gr=37.27dBiPt=40dBmLpvr=2dB=0.6

Puerto AvaroaPAVGt=Gr=43.957dBiPt=45dBmLpav=2.5dB=0.7

SATMEXGs= 44.5dB (trasnponder)PIRESAT =+40.33dBm (para / Bolivia)F-Uplink=6GHzF-Downlink=4GHzBanda:C

Santa CruzGt=Gr=49.98dBiPt=40dBmLscz=3.5dB=0.7

Calcule para cada Tramo:a) PR en dBm y Watts (Estaciones y Satlite)b) Atenuacin en el Espacio Librec) Dimetro de los Platos

Nota: NRX-FAB=-100dBm (Mnimo)

r=36000Km

32

125


GRACIAS!!


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11 St Cm Cmunicacion Satelital 2013