Parámetros de los Sistemas de Comunicaciones por S a t é l i t e

1. Parámetros de los Sistemas de Comunicacionespor S a t é l i t e Taller de Formación Satélite Simón Bolívar, al Alcance de Todos! Parte II

2. MODELOS DEL ENLACE DE COMUNICACIONES POR SATELITE Todo sistema de comunicación vía satélite, al igual que los sistemas terrestres, posee un grupo de ecuaciones que lo rigen, a través de las cuales podemos determinar los niveles de señales que deben manejarse para garantizar una comunicación confiable según parámetros de calidad de servicio.

3. MODELOS DEL ENLACE DE COMUNICACIONES POR SATELITE Para realizar los cálculos del Sistema de Comunicaciones por Satélite, se emplean los denominados MODELOS, con lo cual se establecen los valores característicos que deben tener las señales en las diferentes etapas, características de las etapas: Potencia, Ancho de Banda, Canales, Relación S/N (C/N), entre otras.

4. MODELOS DEL ENLACE DE COMUNICACIONES POR SATELITE • Un sistema de comunicaciones vía satélite puede ser representado por tres bloques: • Modelo de Subida • Modelo del Transponder • Modelo de Subida

5. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL POTENCIA DE TRANSMISION Y ENERGIA DE BIT • Donde: • Eb = energía de un bit sencillo (joules por bit) • Pt = potencia total de la portadora • Tb= tiempo de un bit sencillo (seg.) Considerando: Entonces

6. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL POTENCIA RADIADA ISOTROPICA EFECTIVA: PIRE Se define como una potencia de transmisión equivalente y matemáticamente se determina por la ecuación. • En donde: • PIRE = potencia radiada isotropita efectiva (watts) • Pr = potencia total radiada de una antena (watts) • At = ganancia de la antena transmisora (relación sin unidades)

7. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL POTENCIA RADIADA ISOTROPICA EFECTIVA: PIRE; Cont…. Se puede expresar en logaritmo: Si se considera la salida del transmisor: Continua …

8. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL POTENCIA RADIADA ISOTROPICA EFECTIVA: PIRE; Cont…. Por lo tanto, se tiene: • Considerando que: • Pt = potencia de salida real del transmisor (dBW) • Lbo = perdidas por respaldo del HPA (dB) • Lbf = ramificación total y perdida de alimentador (dB) • At = ganancia transmisora de la antena (dB)

9. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL TEMPERATURA DE RUIDO EQUIVALENTE La temperatura de ruido equivalente Tc, representa la potencia de ruido presente a la entrada de un dispositivo más el ruido agregado internamente por ese dispositivo, y se determina por: Expresada en decibelios se tiene:

10. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL DENSIDAD DE RUIDO Es la potencia de ruido total normalizado a un ancho de banda de 1 Hz, o la potencia de ruido presente en un ancho de banda de 1 Hz, y se puede estimar con la ecuación: • Donde se tiene que: • No = densidad de ruido (W/Hz) (No generalmente se expresa como • simplemente watts; el Hertz es implicado en la definición de No) • N= potencia de ruido total (watts) • B= ancho de banda (Hertz) • K= constante de Boltzmann (joule por grados Kelvin) • Te= temperatura de ruido equivalente (grados Kelvin)

11. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL DENSIDAD DE RUIDO Si se expresa en logaritmos, se tiene:

12. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE DENSIDAD DE PORTADORA A RUIDO C/No 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. Se puede calcular como: Expresada en logaritmos se tiene:

13. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE DENSIDAD DE PORTADORA A RUIDO Expresada en logaritmos se tiene:

14. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE LA DENSIDAD DE ENERGIA DE BIT A RUIDO Esta relación es una manera conveniente de comparar los sistemas digitales que utilizan diferentes tasas de transmisión, esquemas de modulación o técnicas de codificación.

15. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE LA DENSIDAD DE ENERGIA DE BIT A RUIDO Expresada como logaritmo se tiene:

16. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE LA 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. Puede ser estimada por:

17. PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE LA GANANCIA A TEMPERATURA DE RUIDO EQUIVALENTE, G/Te Si se expresara en forma de logaritmo: G/Te es esencialmente el único parámetro requerido en un satélite o un receptor de estación terrena, cuando se completa un cálculo de enlace.

18. ECUACIONES DE ENLACE DEL SISTEMA SATELITAL

19. ECUACIONES DE ENLACE DEL SISTEMA SATELITAL Los parámetros de la ecuación de enlace de sistema satelital son: Ar: ganancia de la antena receptora At: ganancia de la antena transmisora C/N: relación de portadora a ruido. C/No: relación de la densidad de portadora a ruido C/Te: relación de portadora a ruido equivalente Eb/No: relación de la energía de bit a ruido EIRP: potencia radiada isotrópica efectiva = PtAt G/T: relación de ganancia a ruido equivalente HPA: amplificador de alta potencia. Lb: pérdida de ramificación Lbo: pérdida por respaldo. Ld: pérdidas de bajada, adicionales debido a la atmósfera Lf: pérdida del alimentador LNA: amplificador de bajo ruido Lp: pérdida de trayectoria Lu: pérdidas de subida adicionales debido a la atmósfera Pr: potencia total radiada = Pt – Lbo – Lb – Lf Pt: potencia de salida del HPA.

20. ECUACIONES DE ENLACE Ecuación de Subida: Donde: Lu : son las pérdidas atmosféricas de subida y bajada. LP : son las pérdidas de trayectoria. G/Te :ganancia a temperatura de ruido equivalente. At : ganancia de la antena transmisora Pr: potencia total radiada de la antena

21. ECUACIONES DE ENLACE Ecuación de Bajada: Donde: Ld : son las perdidas atmosféricas de subida y bajada. LP : son las perdidas de trayectoria. G/Te :ganancia a temperatura de ruido equivalente. At : ganancia de la antena transmisora Pr: potencia total radiada de la antena

22. APLICACIONES DE LAS COMUNICACIONES POR SATELITE Sistema de Televisión por SatéliteCARACTERISTICAS

23. SATÉLITES PARA CANALES DE TELEVISIÓN Una de las más amplias aplicaciones que han encontrado las comunicaciones por satélite, es la televisión doméstica. Esto se debe, al amplio margen de cobertura que pueden tener los sistemas de televisión vía satélite, brindando además, una gama de canales que logran satisfacer el gusto de los clientes más exigentes. Los costos son hoy en día tan bajos, que pueden estar al alcance de muchas clases sociales.

24. Satélites de 24 canales de televisión Formatos de los Canales de Televisión El número de canales de televisión, de conversaciones telefónicas, o la cantidad de datos transmitidos, depende del diseño electrónico del satélite. Los primeros vehículos de la Western Union, como el Westar I y II, podían transmitir hasta 12 programas de televisión simultáneamente. La serie Satcom de la RCA, así como la mayoría de los satélites modernos en la banda C manejan 24 canales.

25. ¿Cómo se determina el número de canales? La banda de microondas de 500 MHz puede dividirse en 12 segmentos de 40 MHz cada uno, con un saldo de 20 MHz. Ya que basta con 36 MHz para transmitir una imagen de TV de alta calidad, la Western Union diseñó sus primeros satélites para 12 canales, con bandas de 36 MHz y espacios protectores de 4 MHz entre ellas, para evitar la posibilidad de entrecruzamiento. En el satélite, cada canal era manejado separadamente por un dispositivo llamado transmisor-respondedor.

26. Satélites de 24 canales de televisión Mediante la técnica de la reutilización de frecuencias, se logra duplicar el número de canales que se pueden transmitir en esta banda de amplitud total de 500 MHz. Todos los canales PARES se transmiten a tierra con POLARIZACIÓN HORIZONTAL y todos los IMPARES con POLARIZACIÓN VERTICAL; además, para mayor seguridad contra cruzamientos, los centros de frecuencia de estos canales se desplazan 20 MHz entre sí. Ya que las estaciones terrestres individuales están equipadas para captar sólo un tipo de polarización (vertical u horizontal) a la vez, puede existir traslapamiento en las frecuencias usadas para los canales pares e impares sin que haya interferencia entre los canales.

27. Satélites de 24 canales de televisiónDesignación de frecuencias Banda Bajada = 3.7 a 4.2 GHz Ancho de Banda = 500 MHz Numero de canales = 24 Ancho de Banda de Canal = 40 MHz Polarización Canal Par = Horizontal Polarización Canal Impar = Vertical

28. Satélites de 24 canales de televisiónEstructura de cada canal • La señal de video ocupa entre 0 y 4,6 MHz. • El espacio restante puede ser usado para canales de audio, parte de los cuales puede ser el sonido que acompaña a las imágenes de televisión y el resto puede ser completamente independiente. • Estas señales de audio son llevadas por "sub­portadoras de audio". • La mayoría de los canales transmiten el sonido en una subportadora de 6,8 MHz y ocasionalmente, en subportadoras de 6,2 y de 6,8 Mhz. El sonido estéreo a menudo se transmite en subportadoras de 5,58 y 5,76 MHz.

29. Satélites de 24 canales de televisiónEstructura de canales pares e impares

30. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite • Los elementos básicos de un sistema receptor de comunicaciones por satélite son: • Antena Parabólica • Alimentador • Amplificador de Bajo Ruido: LNA (uno para cada polarización o un sistema dual). • Conversor de Frecuencia de Bajada • Cable Coaxial • Receptor

31. Gracias

32. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Antena Parabólica: Interfase que permite capturar las señales de microondas provenientes del satélite o desde tierra. Existe una amplia variedad de antenas parabólicas, de utilidad según sea el requerimiento que se posea, por ejemplo niveles de señales, resistencia al viento, fijas o moviles, Transmisoras, Receptoras, duales, etc.

33. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite • Antena Parabólica: los elementos constructivos pueden ser: • Repujado • Estampado o hidroformado • Fibra de vidrio • Malla de alambre o metal expandido

34. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Antena Parabólica: PARAMETROS DE INTERES • Eficiencia • Abertura del haz y lóbulos secundarios • Relación del largo focal al diámetro de la antena • Ruido de antena (temperatura de ruido)

35. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Antena Parabólica: PARAMETROS DE INTERES Abertura del haz y lóbulos secundarios

36. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Antena Parabólica: PARAMETROS DE INTERES • Ruido de antena (temperatura de ruido) • Pueden considerarse los siguientes elementos: • Fuentes artificiales (luz fluorescente) • Terreno circundante • Inversamente proporcional a la elevación • Inversamente proporcional al diámetro del plato

37. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Antena Parabólica: PARAMETROS DE INTERES Ruido de antena (temperatura de ruido) ?

38. Rayo Paralelo al Eje Focal Eje Focal Rayo NO Paralelo al Eje Focal Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Antenas Parabólicas: De un Foco y Cassegrain.

39. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Antena Parabólica: Descripción de los elementos. Alimentador LNA Reflector Antena de Superficie reflectora sólida Base

40. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Antena Parabólica con Actuador, el cual permite posicionar la antena manualmente en un satélite específico y dejarla fija en él. Actuador Antena con Superficie reflectora de malla

41. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Ejemplos de Antenas Parabólicas

42. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Alimentador: permite captar las señales de microondas polarizadas verticalmente u horizontalmente y llevarlas hasta el LNA. Puede ir conectado a UN LNA (Sistema Simple) o a DOS LNA (Sistema Dual). Alimentador con Polarrotor Alimentador Dual

43. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Alimentador con Polarrotor: La polaridad de la señal a detectar proveniente del satélite, puede ser ajustada posicionando una sonda en forma adecuada a la polarización que se desea recibir.

44. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Alimentador: Diagrama esquemático de partes que componen el alimentador.

45. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Amplificador de Bajo Ruido: LNA (uno para cada polarización o un sistema dual). Se caracterizan por la temperatura de ruido a la cual operan. Estos componentes toman las señales de microondas y la amplifican para poder ser procesadas por el convertidor de bajada. El rango de temperatura va desde 35ºK a 120 ºK, los mejores son los de menor valor de temperatura.

46. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Amplificador de Bajo Ruido: Tabla comparativa de temperatura de ruido y cifra de ruido.

47. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Amplificador de Bajo Ruido:

48. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Conversor de Frecuencia de Bajada: Tiene como finalidad bajar la información del rango de microondas hasta frecuencia intermedia IF (70 MHz) para trasladarla desde la antena parabólica hasta el receptor.

49. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Conversor de Frecuencia de Bajada • Frecuencia de Entrada 2400 - 2404 MHz • IF 144 - 148MHz o 432 - 438MHz • Ruido muy bajo. 0.7 dB • Amplificación de 32dB • Excelente selectividad con los filtros helix • Diodos Schottky mezclador doble balanceado • Estable, crystal oscilador de bajo ruido • PCB de sustrato de fibra cerámica/cristal • N jacks (hembra) • DC por el coaxial o directo 13.8V • Resistente al agua para montaje en mástil • Tornillos de acero inoxidable, abrazaderas plateadas cinc caliente.

50. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Conversor de Frecuencia de Bajada Integración de LNA´s y Conversor de bajada en una sola unidad. Sistema mas compacto, económico y con mejores prestaciones.