• Author / Uploaded
• Fernando Guerra

• Categories
• Satélite de Comunicaciones
• Antena (Radio)
• Tierra
• Satélite
• Transmisor

Citation preview

Wayne Tomasi Sistemas de Comunicaciones Electrónicas

Capitulo 18 Comunicaciones por Satélite

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 1

Comunicaciones por satélite Introducción A principios de 1960, la American Telephone and Telegraph Company (AT&T) publico estudios, indicando que unos cuantos satélites poderosos, de diseño avanzado, podían soportar mas trafico que toda la red AT&T de larga distancia. El costo de estos satélites fue estimado en solo una fracción del costo de las facilidades de microondas terrestres equivalentes. Desafortunadamente, debido a que AT&T era un proveedor de servicios, los reglamentos del gobierno le impedían desarrollar los sistemas de satélite. Corporaciones mas pequeñas y menos lucrativas pudieron desarrollar los sistemas de satélites y AT&T continuo invirtiendo billones de dólares cada año en los sistemas de microondas terrestres convencionales. Debido a esto, los desarrollos iniciales en la tecnología de satélites tardaron en surgir. A través de los años, los precios de la mayorí a de los bienes y servicios han aumentado sustancialmente; sin embargo, los servicios de comunicación, por satélite, se han vuelto más accesibles cada año. En la mayoría de los casos, los sistemas de satélite ofrecen más flexibilidad que los cables submarinos, cables subterráneos escondidos, radio de microondas en línea de vista, radio de dispersión troposferita, o sistemas de fibra óptica. Esencialmente, un satélite de comunicaciones es un repetidor de radio en el cielo (transponder). Un sistema de satélite consiste de un transponder, una estación basada en tierra, para controlar su funcionamiento y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción de trafico de comunicaciones, a través del sistema de satélite. La transmisión de satélite se catalogan como bus o carga útil. La de bus incluye mecanismos de control que apoyan la operación de carga útil. La de carga útil es la información del usuario que será transportada a través del sistema. Aunque en los últimos años los nuevos servicios de datos y radioemisión de televisión son más y mas demandados, la transmisión de las señales de teléfono de voz convencional (en forma analógica o digital), aun son el volumen de la carga útil por satélite.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 2

HISTORIA DE LOS SATELITES El tipo mas sencillo de satélite es el reflector pasivo, un dispositivo que simplemente “rebota” una señal de un lugar a otro. La luna es un satélite natural de la tierra y, como consecuencia, a finales de la década de 1940 y principios de la década de 1950, se convirtió en el primer satélite pasivo. En 1954, la marina de Estados Unidos transmitió exitosamente los mensajes sobre la transmisión de la Tierra a Luna a Tierra. En 1956, se estableció un servicio de transmisión, entre Washington D.C y Hawai y, hasta 1962, ofreció comunicaciones de larga distancia confiables. El servicio estaba limitado solo por la disponibilidad de la Luna. En 1957, Rusia lanzo el sputnik I, el primer satélite terrestre activo. Un satélite activo es capaz de recibir, amplificar y retransmitir de y a las estaciones terrestres. Sputnik I, transmitió información telemétrica por 21 días. Mas adelante en el mismo año, Estados Unidos lanzo el Explorer I, el cual transmitió información telemétrica por casi 5 meses. En 1958, la NASA lanzo el score, un satélite con forma cónica de 150 libras. Con una grabación a bordo, score emitió el mensaje navideño de 1958 del presidente Einsenhower. Score fue el primer satélite artificial usado para retransmitir las comunicaciones terrestres. Score fue un satélite repetidor retardado; recibía transmisiones de las estaciones terrestres, las almacenaba en cinta magnética y las emitía a las estaciones terrestres mas adelante en su orbita. En 1960, la NASA, en conjunción con los Bell Telephone Laboratories y el Jet Propulsión Laboratory, lanzaron a Echo, un globo de plástico de 100 pies de diámetro, con una capa de aluminio. Echo refleja pasivamente las señales de radio desde una antena terrestre grande. Echo era sencillo y confiable, pero requería de transmisiones de extremadamente de lata potencia de las estaciones terrestres. La primera transmisión transatlántica utilizando un satélite fue logrado utilizando echo. Además, en 1960, el departamento de Defensa lanzo a courier. Courier transmitió 3W de potencia y duro solo 19 días. En 1962, AT&T lanzo a Telstar I, el primer satélite que recibía y trasmitía simultáneamente. El equipo electrónico, en Telstar, fue dañado por radiación de los recientemente descubiertos cinturones Van Allen y, consecuentemente, duro solo unas cuantas semanas. Telstar II era, electrónicamente, idéntico a Telstar I, pero estaba hecho mas resistente a las radiaciones. Telstar II fue lanzado de forma exitosa en 1963. Fue usado para transmisiones de teléfonos, televisión, facsímiles y de datos. La primera transmisión transatlántica exitosa de video fue lograda por Telstar II. Los primeros satélites fueron de tipo pasivo y activo. Nuevamente, un satélite pasivo es el que simplemente refleja una señal de regreso a la tierra; no hay dispositivos de ganancia a bordo, para amplificar o Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 3

repetir la señal. Un satélite activo es que de manera electrónica, repite una señal a la tierra (por ejemplo, recibe, amplifica y trasmite la señal). Una ventaja de los satélites pasivo es que no requiere de equipo electrónico sofisticado a bordo, aunque no necesariamente esta sin potencia. Algunos satélites pasivos requieren de un transmisor de guía de radio para propósitos de rastreo y rangos. Una guía es una portadora no modulada transmitiendo continuamente a la cual una estación terrestre se puede unir y usar para alinear sus antenas y su ubicación exacta del satélite. Una ventaja de los satélites pasivo es el uso insuficiente de la potencia transmitida. Con echo por ejemplo, solo una parte con cada 1018 de la potencia transmitida de la estación de la tierra fue regresada a la antena de recepción de la estación terrestre.

SATELITES ORBITALES Los satélites mencionados, hasta el momento, son llamados satélites orbitales o no sincronos. Los satélites no sincronos giran alrededor de la tierra en un patrón elíptico o circular de baja altitud. Si el satélite esta girando en la misma dirección que la rotación de la tierra y a una velocidad angular superior que la tierra, la orbita se llama orbita progrado. Si el satélite esta girando en la dirección opuesta a la rotación de la tierra o en la misma dirección, pero a una velocidad angular menor a la tierra, la orbita se llama orbita retrograda. Consecuentemente, los satélites no sincronos están alejándose continuamente o cayendo a la tierra y no permanecen estacionarios en relación a ningún punto en particular de la tierra. Por lo tanto los satélites no sincronos se tiene que usar cuando están disponibles, lo cual puede ser un corto periodo de tiempo, como 15 minutos de orbita. Otra desventaja de los satélites orbitales es la necesidad del equipo complicado y costoso para rastreo en las estaciones terrestres. Cada estación terrestre debe localizar el satélite conforme esta disponible en cada orbita y después unir su antena al satélite y localizarlo cuando pasa por arriba. Una gran ventaja de los satélites orbitales es que los motores de propulsión no se requieren a bordo de los satélites para mantenerlos en sus orbitas respectivas. Uno de los más interesantes sistemas de satélite orbital, es el sistema soviético Molniya. Esto también se escribe molnya y Molniya, lo cual significa “relámpago”, en ruso (en ruso coloquial significa “nuevo destello”). Los satélites Molniya son usados para la transmisión de televisión y, actualmente son el único sistema de satélites comerciales de orbitas no sicronos, en uso. Molniya utiliza una orbita actualmente elíptica con un apogeo de aproximadamente 40.000 Km. y un perigeo de aproximadamente 1000 Km. (véase en la figura 18-1). El apogeo es la distancia más lejana, de la tierra, que un satélite orbital alcanza, el perigeo es la distancia mínima; la línea colateral, es la línea que se une al perigeo y al apogeo, en el Centro Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 4

de la Tierra. Con el sistema Molniya, el apogeo es alcanzado, mientras que esta en el hemisferio norte, y el perigeo, cuando esta sobre el hemisferio sur. El tamaño de la elipse se eligió para hacer su periodo exactamente la mitad de un día sideral (el tiempo que requiere la tierra para girar de regreso a la misma constelación). Debido a su patrón orbital único, el satélite Molniya es sincrono con la rotación de la tierra. Durante su orbita de 12 h, se pasa como 11h sobre el hemisferio norte. SATELITES GEOESTACIONARIOS Los satélites geoestacionarios o geosincronos son satélites que giran a un patrón circular, con una velocidad angular igual a la de la tierra. Consecuentemente, permanecen en una posición fija con respecto a un punto específico en la tierra. Una ventaja obvia es que esta disponible para todas las estaciones de la tierra, dentro de su sombra, 100% de las veces. La sombra de un satélite incluye a todas las estaciones de la tierra que tiene un camino visible a el y esta dentro del patrón de radiación de las antenas del satélite. Una desventaja obvia es que a bordo, requiere de dispositivo de propulsión.

Sofisticado y pesados para mantenerlos fijos en una orbita. El tiempo de la orbita de un satélite geosincrono es de 24h, igual que la tierra. Syncom I, lanzado en febrero de 1963, fue el primer intento de colocar un satélite geosincrono en orbita. Syncom I se perdió durante la colocación de orbita. SyncomII y syncom III fueron lanzados, de manera exitosa, en febrero de 1963 y agosto de 1964, respectivamente. El satélite syncom III fue usado para transmitir los juegos olímpicos de 1964, desde Tokio. Los proyectos syncom demostraron la posibilidad de usar satélites geosincronos. Desde los proyectos Syncom, un número de naciones y corporaciones privadas han lanzados, de manera exitosa, satélites que se están Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 5

usando actualmente para proporcionar comunicaciones globales y regionales, así como internacionales. Hay más de 200 sistemas de comunicación por satélite funcionando en el mundo, hoy en día. Proporcionan circuitos de datos y teléfonos de portadoras común fija mundial; televisión de cable de punto-a- punto (CANTV); distribución de teléfono en red; radiofusion de música; servicio de telefonía móvil; redes privadas para corporaciones; agencias del gobierno y aplicaciones militares. En 1964, se estableció una red de satélite comercial global conocida como INTELSAT (Organización Satelital para Telecomunicaciones Internacionales). Intelsat es propiedad y operada por un consorcio de más de 100 países. Intelsat es manejada por las entidades de comunicaciones designadas en sus países respectivos. El primer satélite Intelsat fue Early Bird I, el cual fue lanzado en 1965 y proporcionaba 480 canales de voz. De 1966 a 1987, se lanzaron una serie de satélites designados, Intelsat II, III, IV, V, Y VI, Intelsat VI tiene capacidad de 80,000 canales de voz. Los satélites domésticos (domsats) son usados para proporcionar los servicios de satélites dentro de un solo país. En Estados Unidos, todos los domsats están situados en orbitas geoestacionarias. La tabla 18-1 es una lista parcial de los sistemas de satélites internacionales y domésticos actuales y su principal carga útil.

PATRONES ORBITALES Una vez proyectado, un satélite permanece en orbita debido a que la fuerza centrifuga, causada por su rotación alrededor de la tierra, es contrabalanceada por la atracción gravitacional de la tierra. Entre mas cerca gire de la tierra el satélite, mas grande es la atracción gravitacional y mayor será requerida la velocidad para mantenerlo alejado de la tierra. Los satélites de baja altitud tienen orbitas cercanas a la tierra (100 a 300 millas de altura), viajan aproximadamente a 17.500 millas por hora. A esta velocidad se requiere aproximadamente de 11/2 h para girar alrededor de l a tierra. Consecuentemente, el tiempo que el satélite esta visible en una estación terrestre en particular, es solamente ¼ de h o menos por orbita. Los satélites de altitud media (6,000 a 12,000 millas de altura) tiene un periodo de rotación de 5 a 12 h. permanecen a la vista en una estación terrestre especifica de 2 a 4 h por orbita. Los satélites geosincronos de alta altitud (19,000 a 25,000 millas de altitud), viajan aproximadamente 6,879 millas por hora tiene un periodo de rotación de 24h, exactamente el mismo que la tierra. Consecuentemente, permanecen en una posición fija, con respecto a una estación de la tierra, específicamente y tiene un tiempo de disponibilidad de 24. La figura 18-2 muestra una orbita satelital de baja, mediana y alta altitud. Puede observarse que tres satélites Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 6

geosincronos con orbitas altas, igualmente espaciadas girando alrededor de la tierra, arriba del ecuador, podrán cubrir todo el trayecto, excepto las áreas no pobladas de los polos norte y sur. La figura 18-3 muestra los tres trayectos que un satélite puede tomar, conforme gira alrededor de la tierra. Cuando el satélite gira en una orbita arriba del ecuador, se llama orbita ecuatorial. Cuando un satélite gira en una orbita que los lleva arriba de los polos norte y sur, se llama orbita polar. Cualquier otro trayecto orbital se llama orbita inclinada. Un nodo ascendente, es el punto en donde la orbita cruza el plano ecuatorial

De sur a norte; un nodo descendente, es el punto en donde la orbita cruza el plano ecuatorial de norte a su. La que une a los nodos ascendentes y descendentes, por el centro de la tierra, se llama línea de nodos. Es interesante observar que 100% de la superficie de la tierra se puede cubrir con un solo satélite, en una orbita polar. El satélite esta girando alrededor de la tierra en una orbita longitudinal, mientras que la tierra esta girando en un eje latitudinal. Consecuentemente, el patrón de radiación de satélite es una espiral diagonal, alrededor de la tierra, la cual se asemeja a un polo de barbero. Como resultado, cada sitio en la tierra cae dentro del patrón de radiación del satélite dos veces cada día.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 7

RESUMEN Ventajas de las orbitas geosìncronas 1. El satélite permanece casi estacionado, con respecto a una estación terrestre especifica. Consecuentemente, no se requiere equipo costoso de rastreo en las estaciones terrestres. 2. No hay necesidad de cambiar de un satélite a otro, cuando giran por encima. Consecuentemente, no hay ruptura de la transmisión por los tiempos de comunicación.

3. Los satélites geosincronos de alta altitud puede cubrir un área en la tierra mucho más grande que sus contrapartes orbitales de baja altitud. 4. los efectos del cambio de posición Doppler son insignificantes. Desventajas de las orbitas geosincronas 1. Las altitudes superiores de los satélites geosincrones introducen tiempo de programación mas largos, el retardo de propagación del viaje redondo entre dos estaciones terrenas, por medio de un satélite geosincrono, es de 500 a 600 ms. 2. Los satélites geosincronos requieren de alta potencia de transmisión y receptores más sensibles debido a la distancia más grande y mayores perdida de trayectoria. Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 8

3. Se requiere maniobras especiales de alta precisión para colocar un satélite geosincrono en orbita y mantenerlo. Además, se requieren los motores de propulsión, a bordo de los satélites, para mantenerlos en su orbita respectivas.

Para orientar una antena desde una estación terrena hacia un satélite, es necesario conocer el ángulo de elevación y azimut (figura 18-4). Esto se llama ángulos de vista. Angulo de elevación El ángulo de elevación es el ángulo formado entre la dirección de viaje de una onda radiada desde una antena de estación terrena y la horizontal, o el ángulo de la antena de la estación terrena entre el satélite y la horizontal. Entre mas pequeña sea el ángulo de elevación, mayor será la distancia que una onda propagada debe pasar por la atmósfera de la tierra. Como con cualquier onda propagada a través de la atmósfera de la tierra sufre absorción y, también, puede contaminarse severamente por el ruido. Consecuentemente, si el ángulo de elevación es demasiado pequeño y la distancia de la onda que esta dentro de la atmósfera de la tierra es demasiado larga, la onda puede deteriorarse hasta el grado que proporcione una transmisión inadecuada. Generalmente, el 5º es considerado como el mínimo ángulo de elevación aceptable. La figura 18-5 muestra como el ángulo de elevación afecta la intensidad de la señal de una onda propagada debido a la absorción atmosférica normal, absorción debido a la neblina pesada, y absorción debida a fuerte lluvia. Puede observarse que la banda 14/12 GHz (figura 18-5) es, severamente mas afectada que la banda 6/4 GHz (figura 18-5).

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 9

Esto se debe a las longitudes de onda más pequeñas asociadas con las frecuencias más altas. Además, en ángulo de elevación menor que 5º, la atenuación se incrementa rápidamente.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 10

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 11

Azimut Azimut se define como el ángulo de apuntamiento horizontal de una antena. Normalmente se mide en una dirección, según las manecillas de reloj, en grados del norte verdadero. El ángulo de elevación y el azimut, dependen ambos, de la latitud de la estación terrena y la longitud de la estación terrena, así como el satélite en orbita. Para un satélite geosincrono, en una orbita ecuatorial, el procedimiento es el siguiente: de un buen mapa, determine la longitud y la latitud de la estación terrestre. De la tabla 18-2, determine la longitud del satélite de interés. Calcule la diferencia, en grados ( ), entre la longitud del satélite y la longitud de la estación terrena. Entonces de la figura 186, determine el azimut y ángulo de elevación para la antena. La figura 18-6 es para un satélite geosincrono en una orbita ecuatorial. EJEMPLO 18-1 Esta estación terrena esta situada en Houston, Texas, la cual tiene una longitud de 95.5º oeste y una longitud de 29.5º norte. El satélite de interés es Satcom I, de RCA, el cual tiene una longitud de 135º oeste. Determine el azimut y ángulo de elevación para la antena de la estación terrena. SOLUCION Primero determine la diferencia entre la longitud de la estación terrena y el satélite. Localice la intersección de y la latitud de la estación terrena en la figura 18-6. De la figura, el ángulo de elevación es de aproximadamente de 35º, y el azimut es de aproximadamente 59º oeste del sur.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 12

TABLA 18-2 POSICION LONGITUDINAL DE VARIOS SATELITES SINCRONOS ACTUALES ESTACIONADOS EN UN ARCO a ECUATORIAL ______________________________ Longitud (º Oeste) Satélite ________________________________

Satcom

I

135

Satcom V

143

ANIK

I 04

Westar I

99

Westar II

123.5

Westar III

91

Westar IV

98.5

Westar V

119.5

RCA México Galaxy Telstra

126 116.5 74 96

________________________________ a

Ing. Jesus Ilarraza

0º Latitud

email:[email protected] 13

Angulo de Azimut con referencia 180º (grados)

Figura 18-6 Azimut y ángulo de elevación para las estaciones Terrenas situadas en el hemisferio norte (referencia a 180º).

Clasificaciones Orbitales, Espaciales y Asignaciones de Frecuencias. Hay dos clasificaciones principales para los satélites de comunicaciones: hiladores (spinners) y satélites estabilizadores de tres ejes. Los satélites spinner, utilizan el movimiento angular de su cuerpo giratorio para proporcionar una estabilidad de giro. Con un movimiento estabilizador de tres ejes, el cuerpo permanece fijo en relación a la superficie de la Tierra, mientras que el subsistema interno proporciona una estabilización de giro. La figura 18-7 muestra las dos clasificaciones principales de los satélites de comunicación. Los satélites geosincronos deben compartir un espacio y espectro de frecuencia limitados, dentro de un arco especifico, en una orbita geoestacionario. A cada satélite de comunicación se le asigna una Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 14

longitud en el arco geoestacionario, aproximadamente a 22,300 millas, arriba del ecuador. La posición en la ranura depende de la banda de frecuencia de comunicación utilizada. Los satélites trabajando, en o casi en la misma frecuencia, deben estar lo suficientemente separados en el espacio para evitar interferir uno con otro (figura 18-8). Hay un limite realista del numero de estructura satelital que pueden estar estacionadas (estacionarse), en un área especifica en el espacio. La separación espacial requerida depende de las siguientes variables:

1. Ancho del haz y radiación del lóbulo lateral terrena y antenas del satélite 2. Frecuencia de la portada de RF 3. Técnica de codificación o de modulación usada

Figura 18-7 Clases de satélites: (a) hilador; (b) tres ejes estabilizados. 4. limites aceptables de interferencia. 5. potencia de la portadora de transmisión. Generalmente, dependiendo de Las frecuencias comunicaciones

se requieren 3º a 6º de separación espacial las variables establecidas anteriormente. de la portadora, mas comunes, usadas para las por satélites, son las bandas 6/4 y 14/12 GHz. El

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 15

primer número es la frecuencia de subida (ascendente) (estación terrena de transponder) y el segundo numero de la frecuencia de bajada (descendente) (transponder a estaciones terrena). Diferentes frecuencias de subida y de bajadas se usan para prevenir que ocurra repetición. Entre mas alta sea para la frecuencia de la portadora, mas pequeño es el diámetro requerido de la antena

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 16

Figura 18-9 Asignaciones de frecuencias del satélite WARC. Una ganancia especifica. La mayoría de los satélites domésticos utilizan la banda de 6/4 GHz. Desafortunadamente, esta banda también se usa extensamente para los sistemas de microondas terrestres. Se debe tener cuidado cuando se dis eña una red satelital para evitar interferencia de, o interferencia con enlace de microondas establecidas.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 17

(Entre las estaciones terrestres situadas en puntos geográficos fijos en la tierra), radiodifusión (cobertura de área amplia), Móvil (tierra a aeronaves, barcos o vehículos terrestres), e intersatelital (enlaces cruzados de satélite a satélite). PATRONES DE RADIACION: HUELLAS. El área de la tierra cubierta por un satélite depende de la ubicación del satélite en su orbita geosincrona, su frecuencia de portadora y la ganancia de sus antenas. Los ingenieros satelitales seleccionan la frecuencia de la portadora y la antena para el satélite, en particular, para concentrar la potencia transmitida limitada en un área específica de la superficie de la tierra. La representación geográfica del patrón de radiación de la antena de un satélite se llama una huella (figura 18-10). Las líneas de contorno representan los límites de la densidad de potencia de igual recepción. El patrón de radiación de una antena de satélite se puede catalogar como de punto, zonal o tierra (figura18-11). Los patrones de radiación de las antenas de cobertura de tierra tienen un ancho de haz de casi 17º e incluyen la cobertura de aproximadamente un tercio de la superficie de la tierra. La cobertura zonal incluye un área menor a un tercio de la superficie de la tierra. Los haces de puntos concentran la potencia radiada en un área geográfica muy pequeña. Reutilizar Cuando se llena una banda de frecuencia asignada, se puede lograr la capacidad adicional para reutilizar el espectro de la frecuencia. Incrementando el tamaño de una antena (por ejemplo, incrementando la ganancia de la tierra), el ancho de haz de la tierra también se reduce. Por lo tanto, diferentes rayos de la misma frecuencia pueden ser dirigidos a diferentes áreas geográficas de la tierra. Esto se llama reutilizar la frecuencia. Otro método para reutilizar la frecuencia es usar polarizacion dual. Diferentes señales de información se pueden transmitir a diferentes receptores de estaciones terrestres usando la misma banda de frecuencias, simplemente orientando sus polarizaciones electromagnéticas de una manera ortogonal (90º fuera de la base). La polarizaron dual es menos efectiva debido a que la atmósfera de la tierra tiene una Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 18

tendencia a reorientar o repolarizar una onda electromagnética conforme pasa. Reutilizar es, simplemente, otra manera de incrementar la capacidad de un ancho de banda limitado.

Figura 18-10 patrones de radiación de la antena del satélite (“huellas”).

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 19

Figura 18-11 Haces: A, punto; B, zonal; C, tierra. MODELOS DE ENLACE DEL SISTEMA SATELITAL Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones básicas: una subida, un transponder satelital y una bajada. Modelo de subida El principal componente dentro de la sesión de subida, de un sistema satelital, es el transmisor de la estación terrena. Un típico transmisor de la estación terrena consiste de un modulador de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador de alta potencia (HPA) y algún medio para limitar la banda del ultimo espectro de salida (por ejemplo, un filtro pasa-bandas de salida). La figura 18-12 muestra el diagrama a bloques de transmisor de estación terrena satelital. El modulador de IF convierte las señales de banda base de entrada de frecuencia intermedia modulada en FM, en PSK o en QAM. El convertidor (mezclador y filtro pasa-bandas) convierte la IF a una frecuencia de portadora de RF apropiada. El HPA proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y potencia de salida para propagar la señal del transponder del satélite. Los HPA comúnmente usados son klystons y tubos de ondas progresivas. Transponder

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 20

Un típico transponder satelital consta de un dispositivo para limitar la banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un traslador de frecuencia, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida. La figura 18-13 muestra un diagrama de bloques simplificado de un transponder satelital. Este transponer es un amplificador RF a RF. Otras configuraciones de transponer son repetidores de IF, y de bandas base, semejantes a los que se usan en repetidores de microondas. En la

Figura 18-12 Modelo de subida de satélite.

Figura 18-13, el BPF de entrada limitada el ruido total aplicado a la entrada del LNA. (Un dispositivo normal utilizado como un LNA, es un diodo túnel.) La salida del LNA alimenta a un traslador de frecuencia (un oscilador de desplazamiento y un BPF), que convierte la frecuencia de subida de banda lata a una frecuencia de bajada de banda baja. El amplificador de potencia de bajo nivel, que es comúnmente un tubo de ondas progresivas, amplifica la señal de RF para su transmisión por medio de bajada a los receptores de l estación terrena. Cada canal de RF de satélite requiere de un transponder separado. Modelo de bajada Un receptor de estación terrena incluye un BPF de entrada, un LNA y un convertidor de RF a IF. La figura 18-14 muestra un diagrama a bloques de un receptor de estación terrena típico. Nuevamente, el BPF limita la potencia del ruido de entrada al Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 21

LNA. El LNA es un dispositivo altamente sensible, con poco ruido, tal como un amplificador de diodo túnel o un amplificador para métrico. El convertidor de RF a IF es una combinación de filtro mezclador / pasa-bandas que convierte la señal de RF recibida a una frecuencia de IF.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 22

Enlaces cruzados Ocasionalmente, hay una aplicación en donde es necesario comunicarse entre satélites. Esto es realizada usando enlaces cruzados entre satélite o enlaces intersatelitales. (ISL), mostrados en la figura 18-15. Una desventaja de usar un ISL es que el transmisor y receptor son enviados ambos al espacio. Consecuentemente, la potencia de salida del trasmisor y la sensibilidad de entrada del receptor se limitan.

Figura 18-15

Enlace intersatelital.

PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL. Potencia de transmisión de energía de Bit Los amplificadores de alta potencia usados en los transmisores de la estación terrena y los tubos de onda progresiva usados de manera normal, en el transponder de satélite, son dispositivos no lineales, su ganancia (potencia de salida contra potencia de entrada) depende del nivel de la señal de entrada. Una curva Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 23

característica típica de potencia de entrada/salida se muestra en la figura 18-16. Puede observarse que, conforme la potencia de entrada se reduce a 5 dB, la potencia de salida se reduce solo a 2 dB. Hay una comprensión de potencia obvia. Para reducir la cantidad de distorsión de intermodulacion causada por la aplicación no lineal del HPA, la potencia de entrada debe reducirse (respaldarse) por varios dB. Esto permite que el HPA funcione en una región más lineal. La cantidad de nivel de salida de respaldo de los niveles clasificados será equivalente a una perdida y apropiadamente llamada perdida de respaldo (L bo ). Para funcionar lo mas eficientemente posible, debe operar un amplificador de potencia lo mas cercano posible a la saturación. La potencia de salida saturada es designada Po (sat) o simplemente P t. La potencia de salida de un transmisor típico de estación terrena del satélite es mayor que la potencia de salida de un amplificador de potencia de microondas terrenas. Consecuentemente, cuando se trata con sistemas satelitales, Pt generalmente se expresa en dBM (decibeles con respecto a 1 W) en vez de en dBm (decibeles con respecto a 1 mW). La mayoría de los sistemas satelitales modernos usan transmisión de reemplazamiento de fase (PSK), o modulación de amplitud en cuadratura (QAM), en vez de la modulación de frecuencia convencional (FM). Con PSK o QAM, la banda base de entrada generalmente es una señal PCM codificación con multicanalizacion por división de tiempo, la cual es digital por naturaleza. Además, con PKS o QAM, se pueden codificar varios bits en un solo elemento de señalización de transmisión. Consecuentemente un parámetro más importante que la potencia de la portadora es la energía por bit (Eb). Matemáticamente, Eb es Eb= Pt T b En donde Eb = energía de un bit sencillo (joules por bit) Pt = potencia total de la portadora (watts) T b = tiempo de un bit sencillo (segundos) O porque T b = 1/ fb en donde fb es la razón de bit por segundo. Eb = __Pt__ fb

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 24

Ejemplo 18-2 Para una potencia de transmisión total (Pt) de 1000W, determine la energía por bit (Eb) para una tasa de transmisión de50 Mbps. Solución.

(Aparecen que las unidades para T b deben ser s/ bit, pero el por bit esta implicado en la definición de T b tiempo de bit). Sustituyendo en la ecuación 18-1 resulta en

(Nuevamente las unidades parecen como J / bit, pero por el bit esta implicado en la definición de Eb, energía por bit,).

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 25

Expresado como logaritmo,

O simplemente -47 dBW

Potencia radiada isotropita efectiva La potencia radiada isotropita efectiva (EIRP), se define como una potencia de transmisión equivalente y se expresa matemáticamente como EIRP =Pr At En donde (watts)

EIRP = potencia radiada isotropita efectiva (watts) Pr = potencia total radiada de una antena At= ganancia de la antena transmisora (relación

sin unidades)

Expresado como logaritmo, EIRP (dMW) = Pr (dMW) + At (

dB)

Con respecto a la salida del transmisor Pr = Pt – Lbo - Lbf

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 26

Por lo tanto EIRP = Pt– L En donde

bo

–L

bf

+A

Pt =potencia de salida real del transmisor (dBW) Lbo = perdidas por respaldo de HPA (dB ) Lbf =ramificación total y perdida de alimentador (dB) At = ganancia transmisora de la antena (dB)

EJEMPLO 18-3 Para el transmisor de estación terrena con una potencia de salida de 40 dBW(10,000), una perdida de respaldo de 3 dB, una perdida total de ramificación y alimentador de 3 dB, y una ganancia de la antena transmisora de 40 dB, determine el IERP. Solución sustituyendo en la ecuación 18-2 resulta en EIRP = Pt - Lbo – Lbf + At = 40 dBM – 3 dB –3 dB + 40dB = 74 dBW. Temperatura de ruido equivalente. Con los sistemas de microondas terrenas, el ruido introducido en un receptor o un componente dentro de un receptor comúnmente era especificado por el parámetro de figura de ruido. En los sistemas de comunicación por satélite, es frecuentemente necesario diferenciar o medir el ruido de incremento tan pequeño, como una décima o una centésima de un decibel. La figura de ruido, en su forma estándar, es inadecuada para cálculos tan precisos. Consecuentemente, es común usar temperatura ambiente (T) y temperatura de ruido equivalente (T e) cuando se evalúa el rendimiento de un sistema satelital. En el capitulo 17 la potencia total del ruido fue expresada matemáticamente como N = KTB Rearreglando y resolviendo para T nos da N T = KB En donde N= potencia total de ruido (watts) Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 27

K= constante de Boltzmann (joules por grado Kelvin)

B= ancho de banda (hertz) T= temperatura ambiente (grados Kelvin)

Nuevamente del capitulo 17 (ecuación 17-7) NF =1 + Te

T

En donde Te = temperatura de ruido equivalente (grados Kelvin) NF = temperatura de ruido expresada como un valor absoluto T = temperatura ambiente (grados Kelvin) Rearreglando la ecuación 17-7, tenemos Te = T (NF – 1) Típicamente, las temperaturas de ruido equivalentes de los receptores usados en el transponder de los satélites son de aproximadamente 1000 k. para los receptores de las estaciones terrenas los valores T e están entre 20 y 1000 k. la temperatura de ruido equivalente es generalmente más útil cuando se expresa logaritmicamente con la unidad de dBK, de la siguiente manera: Te (dBK) = 10log Te Para una temperatura de ruido equivalente de 100 k, Te (dBK) es Te (dBK) = 10 log 100 o 20 dBK

La temperatura del ruido equivalente es un valor hipotético que puede calcularse, pero no puede medirse. La temperatura del ruido equivalente frecuentemente se usa en vez de la figura del ruido, porque es un método más exacto para expresar el ruido aportado por un dispositivo o un receptor cuando se evalúa su Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 28

rendimiento. Esencialmente, la temperatura del ruido equivalente (Te) representa la potencia del ruido presente en la entrada de un dispositivo más el ruido agregado internamente por ese dispositivo. Esto nos permite analizar las características del ruido de un dispositivo simplemente evaluando una temperatura del ruido equivalente de entrada. Como se vera en discusiones posteriores, Te es un parámetro muy útil cuando se evalúa el rendimiento de un sistema satelital. EJEMPLO 18-4 Convierte las figuras de ruido de 4 y 4.01 a temperatura de ruido equivalentes. Utilice 300 k para la temperatura ambiente. Solución. Sustituyendo en la ecuación 18-7 resulta en Te = T (FN – 1) Para NF = 4; Te = 300 (4 – 1) = 900K Para NF = 4.01: Te = 300 (4.01 – 1) = 903 K Puede observarse que la diferencia de 3º en las temperaturas equivalentes es 300 veces tan grande como la diferencia entre las dos figuras de ruido. Consecuentemente, la temperatura de ruido equivalente es una manera más exacta de comprar el rendimiento de ruido de dos receptores o dos dispositivos. Densidad del ruido Dicho de manera sencilla, la densidad de ruido (No) es la potencia de ruido total normalizado a un ancho de banda de 1 Hz, ola potencia de ruido presente en un ancho de banda de 1 Hz. Matemáticamente, la densidad del ruido es N0 = (18-3ª) Ing. Jesus Ilarraza

N B

_

o KTe

email:[email protected] 29

En donde generalmente se por hertz es

grados Kelvin)

N0 = densidad de ruido (W/ Hz) (N 0 Expresa como simplemente watts; el Implicado en la definición de N0). N = potencia del ruido total (watts) B = anchi de banda (hertz) K = constante de Boltzmann (joules por Te = temperatura de ruido equivalente

(grados Kelvin) Expresado como logaritmo No (dBW/Hz) = 10 log N – 10log B =10log K + 10LOG Te (18-3c)

(18-3b)

EJEMPLO 18-5 Para un ancho de banda de ruido equivalente de 10 MHz y una potencia de ruido total de 0.0276 pW, determine la densidad de ruido y la temperatura de ruido equivalente. Solución sustituyendo en la ecuación 18-3 a, tenemos

Hz

No = N = _276 x 10 B

-16

_W = 276 x 10 10 x 10 6 Hz

-23

W _

O simplemente, 276 x 10-23 W dBW/Hz

No =10 log (276 x 10-23) = -205.6

O simplemente, - 205.6 dBW. Sustituyendo en al ecuación 18-3b nos da No = N (dBW) – B (dB/Hz) = - 135.6 dBW – 70 (dB/Hz) = 205.6 dBW.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 30

Rearreglando la ecuación 18-3 a y resolviendo para la temperatura de ruido equivalente da como resultado.

Relación de densidad de portadora a ruido C/N0 es el promedio de la relación de densidad de potencia a ruido de la portadora de banda ancha. La potencia de la portadora de banda ancha es la potencia combinada del conducto y sus bandas laterales asociadas. El ruido es el ruido térmico presente en un ancho de banda de 1 Hz normalizado. La relación de la densidad de portadora a ruido, también se puede escribir como una función de la temperatura de ruido. Matemáticamente, C/N0 es

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 31

Relación de la densidad de energía de bit a ruido Eb / N0 es uno de los parámetros mas importantes y mas usados, cuando se evalúa un sistema de radio digital. La relación Eb /N0 es una manera conveniente de comprar los sistemas digitales que utilizan diferentes tazas de transmisión, esquemas de modulación o técnicas de codificación. Matemáticamente, Eb /N0 es

Eb / N0 es un termino conveniente usado para los cálculos de sistemas digital y comparaciones de rendimiento, pero en el mundo real, es mas conveniente medir la relación de la densidad de potencia a ruido de la portadora de banda ancha y convertirlo a Eb / N0. Rearreglando la ecuación 18-5 resulta en la siguiente expresión:

La relación Eb / N0. Es el producto de la relación de portadora a ruido (C/N) y la relación de ancho de banda de ruido a tasa de bit (B/Fb). Expresada como logaritmo

(18-6) La energía por bit (Eb) permanecerá cantante, siempre y cuando la potencia de la portadora total de banda ancha (C) y la tasa de transmisión (bps) permanezcan sin ningún cambio. Además, la densidad de ruido (N o) permanecerá constante, siempre que la temperatura de ruido permanezca constante. La siguiente conclusión se puede hacer: para la potencia de una portadora especifica, tasa de bit y temperatura de ruido, la relación Eb / N0 permanecerá constante, sin importar la técnica de codificación, esquema de modulación o ancho de banda usado. La figura 18-17 ilustra gráficamente la relación entre una probabilidad de error esperada P (e) y la mínima relación C/N Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 32

requerida para lograr el P (e). En C/N especificado es para el mínimo ancho de banda de Nyquist de lateral doble. La figura 18-18 ilustra gráficamente la relación entre un P (e) esperado y la mínima relación Eb / N0 requerida para lograr ese P (e). Un P (e) de 10-5 (1/105) indica una probabilidad de que 1 bit estará en error por cada 100,000 bits transmitidos. P (e) es análogo a la tasa de error de bit (BER) EJEMPLO 18-6 Un transmisor binario coherente (BPSK) modulado en desplazamiento de fase funciona a una tasa de bit de 20 Mbps. Para una probabilidad de error P (e) de 10-4. a) determine las mínimas relaciones teóricas C/N y Eb / N0 para un ancho de banda de un receptor igual al mínimo ancho de banda de Nyquist de doble banda lateral. b) Determine el C/N si el ruido se mide en un punto anterior al filtro pasa-bandas, en donde el ancho de banda es igual al doble de ancho de banda de Nyquist. c) Determine el C/N si el ruido se mide en un punto anterior al filtro pasa-andas en donde el ancho de banda es igual a tres veces el ancho de banda de Nyquist. Solución (a) con BPSK, el mínimo ancho de banda es igual a la tasa de bit, 20 MHz. De la figura 18-17, el mínimo C/N es 8.8 dB. Sustituyendo en la ecuación 18-6 nos da

Nota: el mínimo Eb / N0 es igual al mínimo C/N, cuando el ancho de banda de ruido Del receptor es igual al mínimo de ancho de banda de Nyquist. El mínimo Eb / N0 de 8.8 puede verificarse de la figura 18-18. ¿Que efecto tiene incrementar el ancho de banda de ruido sobre las mínimas relaciones C/N y Eb / N0 . ? La potencia de la portadora de banda ancha es totalmente independiente del ancho de banda de ruido. De manera semejante, un incremente Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 33

del ancho de la banda causa un incremento correspondiente en la potencia de ruido. Consecuentemente una disminución en C/N se nota que es diferente proporcional al incremento en el ancho de la banda de ruido. Eb es dependiente de la potencia de la portadora de banda ancha y de la tasa de bit solamente. Por lo tanto, Eb no es afectada por un incremento en el ancho de banda de ruido. N0 es la potencia de ruido normalizada a un ancho de banda de 1Hz y, consecuentemente, tampoco es afectado por un incremento en el ancho de banda de ruido.

Figura 18-17 rendimiento P (e) de M-ary PSK, QAM, QPR y sistemas coherentes M-ary PSK. El C/N rsm se especifica en el ancho de la banda de Nyquist de doble banda lateral. Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 34

(b) debido a que Eb / N0 es independiente de el ancho de la banda, medir el C/N en un punto en el receptor, en donde el ancho de la banda es igual al doble del mínimo ancho de banda de Nyquist, no tiene absolutamente ningún efecto sobre Eb / N0. Por lo tanto, Eb / N0 se convierte en la constante de la ecuación 18-6 y se usa para resolver el nuevo valor de C/N. Rearreglado la ecuación 18-6 y usando la relación Eb / N0 calculando, tenemos

Figura 18-18 probabilidades de error P (e) contra la relación Eb / N0 para varios esquemas de modulación digital.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 35

( C ) midiendo la relación C/N en un punto en el receptor en donde el ancho de la banda es igual a tres veces el mínimo ancho de banda da los siguientes resultados para C/N.

Las relaciones C/N de 8.8, 5.8 y 4.03 dB. Indica las relaciones C/N que seria medidas en tres puntos, especificados en el receptor, para lograr el mínimo deseado Eb / N0 y P (e). Debido a que Eb / N0 no se puede medir directamente para determinar la relación Eb / N0, la relación de portadora a ruido de banda se mide y después se sustituye en la ecuación 18-6. Consecuentemente, para determinar exactamente la relación Eb / N0, se debe conocer el ancho de banda de ruido del receptor. EJEMPLO 18-7 Un transmisor 8-PSK coherente funciona a una tasa de bits de 90 Mbps. Para una probabilidad de error de 10 -5. (a) determine las mínimas relacionadas teóricas C/N y Eb / N0 para un ancho de banda del receptor igual al mínimo ancho de banda de Nyquist de doble banda lateral. (b) determine el C/N si el ruido se mide en un punto anterior al filtro pasa-bandas en donde el ancho de banda es igual al doble del ancho de banda de Nyquist. (c) determine el C/N si el ruido se mide en el punto anterior al filtro pasa-bandas en donde el ancho de banda es igual a tres veces el ancho de banda de Nyquist. Solución (a) 8-PSK tiene una eficiencia de ancho de banda de 3 bps/Hz y, consecuentemente, requiere de un mínimo ancho de banda de un tercio de la tasa de bit o 30 MHz. De la figura 18-17, el mínimo C/N es 18.5 dB. Sustituyendo en la ecuación 18-6, obtenemos

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 36

(b) Re arreglando la ecuación 18-6 y sustituyendo por Eb / N0 proporciona

(c) nuevamente, rearreglando la ecuación 18-6 y sustituyendo para Eb / N0 nos da

Debe ser evidente, a partir de los ejemplos 18-6 y 18-7, que las relaciones Eb / N0 y C/N, son iguales solo cuando el ancho de banda de ruido es igual a la tasa de bit. Además, conforme el ancho de banda en el punto de medida incrementa, el C/N disminuye. Cuando el esquema de modulación, tasa de bit, ancho de banda y relación C/N de dos sistemas de radio digitales son diferentes, a veces, es difícil determinar que sistema tiene menor probabilidad de error. Debido a que Eb / N0 es independiente de la tasa de bit, ancho de banda y esquema de modulación; es un denominador común conveniente para usar en la comparación de la probabilidad de rendimiento de error de dos sistemas de radio digitales. EJEMPLO 18-8 Compare las características de rendimiento de los dos sistemas digitales mostrando a continuación y determine que sistema tiene la menor probabilidad de error.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 37

Solución sustituyendo en la ecuación 18-6 para el sistema QPSK nos da

De la figura 18-18, el P (e) es 10-3 Sustituyendo en la ecuación 18-6 para el sistema 8-PSK nos da

De la figura 18-18, el P (e) es 10-3 Aunque el sistema QPSK tiene unas relaciones C/N y Eb / N0 mas bajas, el P (e) del sistema QPSK es 10 veces mas bajo ( mejor ) que el sistema 8-PSK. Relación de ganancia a temperatura de ruido equivalente Esencialmente, la relación de ganancia a temperatura de ruido equivalente (G/Te) es una figura de merito usada para representar la calidad de un satélite en un receptor de una estación terrena. La (G/Te) de un receptor es la relación de la ganancia de la antena de recepción a la temperatura de ruido equivalente (Te) del receptor. Debido a las potencias extremadamente pequeñas de la portadora de recepción que normalmente se experimenta con los sistemas satelitales, frecuentemente un LNA esta físicamente situado en el punto de alimentación de la antena. Cuando este es el caso, G/Te es una relación de la ganancia de la antena mas la ganancia del LNA, a la temperatura del ruido equivalente. Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 38

Matemáticamente, la relación de ganancia a temperatura de ruido equivalente es .

(18-7)

Expresado en logaritmos, tenemos

(18-8) (G/Te) es un parámetro muy útil para determinar las relaciones Eb / N0 y C/N, en el transponder del satélite y receptores de la estación terrena. G/Te es esencialmente el único parámetro requerido en un satélite o un receptor de estación terrena, cuando se completa un calculo de enlace. EJEMPLO 18-9 Para un transponder satelital con una ganancia de antena receptora de 22 dB , una ganancia LAN de 10 dB y una temperatura de ruido equivalente de 22 dBK ; determine la figura de merito G/Te. Solución sustituyendo en la ecuación 18-8 proporciona

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 39

ECUACIONES DE ENLACE DEL SISTEMA SATELITAL El rendimiento de error de un sistema satelital digital es bastante predecible. La figura 18-19 muestra un diagrama a bloque simplificado de un sistema satelital digital e identifica las diferentes ganancias y pérdidas que pueden afectar el rendimiento del sistema. Cuando se evalúa un rendimiento de un sistema satelital digital, los parámetros de subida y de bajada se consideran, primero por separado, después, el rendimiento general se determina combinándolos de la manera adecuada. Tenga en mente, que un microondas digital o radio satelital simplemente significa que las señales de banda base originales y remoduladas son digitales por naturaleza. La porción de RF de radio es analógica; es decir, FSK, PSK, QAM o alguna otra modulación de alto nivel en una portadora de microondas analógicas.

Figura 18-19 sistemas satelital global mostrando las ganancias y pérdidas incurridas en las secciones de subida y de bajada. HPA, amplificador de alta potencia; Pt potencia de salida HPA Lbo, pérdida por respaldo; Lf perdida del alimentador; Lb perdida de ramificación; At ganancia de la antena transmisora; Pr potencia total radiada = Pt Lbo – Lb – Lf; EIRP potencia radiada isotropita efectiva= P r At; Lu perdidas de subida adicionales debido a la atmósfera; Lp perdida de trayectoria; Ar, ganancia de la antena receptora G/Te. Relación de ganancia a ruido equivalente; Ld, perdida de bajadas adicionales debido a la atmósfera; LNA, amplificador de bajo ruido; C/Te, relación de portadora a ruido equivalente; C/No, relación de la densidad de portadora de ruido Eb / N0 relación de la energía de bit a ruido; C/N, relación de portadora a ruido.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 40

ECUACIONES DE ENLACE Las siguientes ecuaciones de enlace se usan para analizar por separado las secciones de subida y de bajada en un sistema satelital de portadora de frecuencia de radio sencilla. Estas ecuaciones consideran solo las ganancias y pérdidas ideales, así como los efectos de ruido térmico asociadas con el transmisor de la estación terrena, receptor de la estación terrena y transponder del satélite. Los aspectos no ideales del sistema se discutirán mas adelante en este capitulo. Ecuación de subida

En donde Ld y Lu son las perdidas atmosféricas de subida y de bajada adicionales, respectivamente. Las señales de subida y de bajada deben pasar por la atmósfera de la tierra, en donde son absorbidas parcialmente por la humedad, oxigeno y partículas en el aire. Dependiendo del ángulo de elevación, la distancia que la señal de RF viaja por la atmósfera varia de una estación terrena a otra. Debido a que Lp, Lu y Ld representa pérdidas, son valores decimales menores a 1. G/Te es la ganancia de la antena receptora mas la ganancia del LNA dividida por la temperatura del ruido equivalente de entrada. Expresa como un logaritmo

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 41

Ecuación de bajada

Expresada como logaritmo

CALCULO DE ENLACE La tabla 18-4 muestra los parámetros del sistema para tres sistemas de comunicación satelital típicos. El sistema y sus parámetros no son necesariamente para un sistema existente o futuro; solamente son ejemplos hipotéticos. Los parámetros del sistema se usan para construir un presupuesto de enlace. Un cálculo de enlace identifica los parámetros del sistema y se usa para determinar las relaciones C/N y Eb / N0 en los receptores satelitales y estaciones terrenas para un esquema de modulación especifico y P (e) deseado.

EJEMPLO 18-10 Complete el cálculo de enlace para un sistema satelital con los siguientes parámetros.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 42

Tabla 18-4 PARAMETROS DEL SISTEMA PARA TRES SISTEMAS SATELITALES HIPOTETICO

Subida Potencia de salida de transmisor (saturación, dBW) 35 25 33 Perdida de respaldo de la estación terrena (dB) 2 2 3 Perdida de ramificación y alimentador de la estación terrena 3 4 Atmosférica adicional (dB) 0.6 0.4 0.6 Ganancia de la antena de la estación terrena (dB) 55 45 64 Perdida de trayectoria de espacio libre (dB) 200 208 206.5 Ganancia de la antena receptora del satélite (dB) 1 1 0 Temperatura de ruido equivalente del satélite (dB) 1000 800 800 Satélite G/T e (dBK-1)

3

Bajada Potencia de salida del transmisor (saturación, dBK) 18 20 10 Perdida del respaldo del satélite (dB) 0.5 0.2 0.1 Perdida de la ramificación y alimentador del satélite (dB) 1 0.5 Perdida atmosférica adicional (dB) 0.8 1.4 0.4 Ganancia de la antena del satélite (dB) 16 44 30.8 Ing. Jesus Ilarraza

1

email:[email protected] 43

Perdida de la trayectoria del espacio libre (dB) 197 206 205.6 Ganancia de la antena receptora de la estación terrena 51 44 62 Perdida de ramificación y alimentador de la estación terrena (dB) 3 0 Temperatura de ruido equivalente de la estación terrena (K) 250 1000 270 Estación terrena G/T e (dBK-1) 27 14 37.7

3

4. Ganancia de la antena transmisora de la estación terrena 64 dB. (De la figura 18-20, 15m a 14 GHz). 5. Perdidas atmosféricas de subida adicionales 0.6 dB. 6. Perdidas de trayectoria de espacio libre 206.5 dB. (De la figura 18.21, a 14 GHz.). 7. Relación G/T e del receptor satelital -5.3 dBk-1. 8. Perdida de ramificación y alimentador 0 dB. Satelital. 9. Tasa de bits 120 Mbps. 10. Esquema de modulación. 8 -PSK. Bajada 1. Potencia de la salida del transmisor de satélite 10 dbW. En saturación 10 W. 2. Pedida de respaldo del satélite 0.1 dB. 3. Perdida de ramificación y alimentador 0.5 dB. Satelital.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 44

Figura 18-20 Ganancia de la antena basada en la ecuación de ganancia para una antena parabólica:

En donde D es el diámetro de la antena, = la longitud de la onda y n = la eficiencia de la antena. Aquí n = 0.55. Para corregir una antena 100% eficiente, agregue 2.66 dB. Al valor.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 45

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 46

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 47

(18-9)

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 48

Con un análisis cuidadoso y un poco de algebra, puede mostrarse que la relación de densidad de energía total de bit a ruido (Eb / N0 ) que incluye los efectos combinados de la relación de subida (Eb / N0 ) u y la relación de bajada (Eb / N0 ) d es un producto estándar sobre la relación de suma y se expresa matemáticamente como

En donde todas las relaciones Eb / N0 están en valores absolutos. Para el ejemplo 18-10, la relación Eb / N0 total es

Como con todas las relaciones de producto sobre suma, domina el más pequeño de los dos números. Si un numero es sustancialmente menor que otro, el resultado total es aproximadamente igual al menor de los dos números. Los paramentos del sistema usados para el ejemplo 18-10 se tomaron del sistema C en la tabla 18-4. Un cálculo del enlace completo para el sistema, se muestra en la tabla 18-5.

Tabla 18-5 CALCULO DE ENLACE PARA EL EJEMPLO 18-10 Subida 1. potencia de salida del transmisor en la estación terrena en 33 dBW. Saturación, 2000W. 2. perdida de respaldo de la estación terrena 3 dB. 3. perdida de ramificaciones y alimentadores de la estación 4 dB. Terrena Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 49

4. terrena 90 dBW. 0.6 dB. 206.5 dB. satélite 0 dB.

5.

ganancia de la antena transmisora de la estación 64 dB. EIRP de la estación terrena

6.

perdida atmosférica de las subidas adicionales

7.

perdida de trayectoria del espacio libre

8.

densidad de la trayectoria de la portadora en el 117.1 dBW. 9. perdida de ramificación y alimentador del satélite

10. relación G/T e del satélite -5.3 dBK . 11. relación C/Te del satélite -122.4dBWK-1. 12. relación C/Novel satélite 106.2dB. 13. relación C/N del satélite 30.2 dB. 14. relación Eb/No del satélite 25.4 dB. 15. tasa de bits 120 Mbps. 16. esquema de modulación 8-PSK -1

Bajada 1. potencia de salida del transmisor del satélite en saturación, 10 dBW. 2. perdida de respaldo del satélite 0.1 dB. 3. perdidas de ramificación y alimentador del satélite 0.5 dB. 4. ganancia de la antena transmisora del satélite 30.8 dB. 5. EIRP del satélite 40.2 dBW. 6. perdidas atmosféricas de bajas adiciones 0.4 dB. 7. perdida de trayectoria de espacio libre 205.6 dB. 8. ganancia de la antena receptora de la estación terrena 62 dB. 9. temperatura de ruido equivalente de la estación terrena 270 K Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 50

10. perdida de ramificación y alimentador de la estación terrena 0 dB. 11. relación G/T e de la estación terrena 37.7 dBKK-1. 12. densidad de potencia de la portadora en la estación terrena -165.8dBWK. 13. relación C/Te de la estación terrena -128.1dBWK-1. 14. relación C/No de la estación terrena 100.5 dB. 15. relación C/N de la estación terrena 24.5 dB. 16. relación Eb/No de la estación terrena 19.7 dB. 17. tasas de bits 120 Mbps 18. esquema de modulación 8- PSK parámetros no ideales incluyen las siguientes dificultades: conversiones AM/AM y conversión AM/PM, lo cual resulta de la amplificación no lineal en los HPA y limites; error de apuntamiento, el cual ocurre cuando la estación terrena y antenas de satélite no están alineadas exactamente; vibración de fase, la cual resulta de la recuperación imperfecta de la portadora en los receptores; filtración no ideal , debido a las imperfecciones introducidas en los filtros pasabandas; error de tiempo, debido a la recuperación de reloj imperfecta en los receptores; y errores de translación de frecuencia introducidos en el transponder satelital. La degradación causada por las dificultades anteriores efectivamente reduce las relaciones Eb/No determinadas en los cálculos de enlace. Consecutivamente, tienen que incluirse en el cálculo del enlace como perdidas equivalentes. Una cobertura a fondo de los parámetros no ideales esta mas allá de la intención de este libro.

Ing. Jesus Ilarraza

email:[email protected] 51