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Especialización en Telecomunicaciones Digitales REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE.

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Presentación del tema: "Especialización en Telecomunicaciones Digitales REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE."— Transcripción de la presentación:

1 Especialización en Telecomunicaciones Digitales REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica Cohorte Nro 4 / Febrero 2011

2 Bases Teóricas de Comunicaciones por Satélite TEMA I Facilitador: Ing. Charlo González

3 Sumario 1. Comunicaciones de grandes distancias. 2. Comunicación vía satélite. 3. Reseña de las comunicaciones por satélite. 4. Tipos de satélites. 5. Leyes de Kepler. 6. Clasificacion orbital de los satelites. 7. Ventajas de algunas orbitas. 8. Comparacion de parametros en tipos de orbitas.

4 Limitaciones de los Sistemas de Comunicaciones Tradicionales ¿Qué limitaciones cree que tienen los sistemas de comunicaciones que usted conoce? Comunicaciones en Banda Base Sistemas de Radar Sistema de Televisión de Señal libre Sistema de Radios de Dos Vías Sistema de Comunicación Digitales Sistema de Grabación de Voz Sistema Radio Difusión AM Y FM Sistema de Transmisión Por Fibra Óptica Sistema Telefónicos

5 Limitaciones de los Sistemas de Comunicaciones Tradicionales Las comunicaciones a grandes distancias vía cables (cobre o fibra óptica), sistemas de microondas, o Radio de HF, tienen fuertes limitantes técnicas y económicas para su implementación.

6 Limitaciones de los Sistemas de Comunicaciones Tradicionales Es innegable que existe la necesidad de comunicación a grandes distancias, entre países, continentes o áreas geográficas muy extensas. Surge una interrogante … ¿Que estrategia se puede emplear para resolver éste requerimiento?

7 Analizaremos esta alternativa durante el desarrollo del curso….. Una alternativa: Comunicación vía Satélite

8 Los conceptos en los que se fundamenta la transmisión por satélite se enunciaron en Octubre de 1945 por Arthur C. Clarke, en un artículo de avanzada en la revista Wireless World. ESTRATEGIA: Las señales emitidas al espacio por una antena ascendente, son recibidas, procesadas electrónicamente, reemitidas a tierra por una antena descendente, y captadas por una estación terrestre ubicada dentro de la "pisada" del satélite.

9 Un satélite es un repetidor de radio en el cielo (transponder). Un sistema de satélite consiste de un transponder, una estación para su control en tierra y una red de usuarios de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción de tráfico de comunicaciones a través del sistema de satélite. Una alternativa: Comunicación vía Satélite

10 La señal es enviada desde la estación terrena hasta el satélite. El Satélite procesa la señal recibida (filtrado, traslado en frecuencia, amplificación) y luego la envía hasta tierra nuevamente, hacia un área que puede ser muy distante del área geográfica origen o hasta zonas geográficas dentro del mismo país. Una alternativa: Comunicación vía Satélite Las comunicaciones vía satélite posibilitan la comunicación entre dos lugares remotos del planeta. Pueden o no tener línea de vista entre sí.

11 Una alternativa: Comunicación vía Satélite Las potencialidades de las comunicaciones por satélite son muchas, y cada día se amplían más al tener sistemas más rápidos y posibilidad de alta capacidad de procesamiento digital.

12 RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE 1. La primera idea de utilizar satélites artificiales ubicados en órbitas estacionarias se debe a Arthur Clarke, en el año Clarke planteaba la posibilidad de retransmitir información por dichos satélites hacia otros sitios de la tierra, a donde por otros medios sería imposible llegar, en forma permanente, confiable y claro. 3. Posteriormente J. R. Pierce describió los satélites pasivos y activos para la transmisión de señales. 4. Las comunicaciones por satélite dieron un gran paso el 4 de Octubre de 1957 con el lanzamiento del satélite SPUTNIK I por la URSS. Más tarde, el 1 de Enero de 1958, EEUU lanza el satélite EXPLORER I. SPUTNIK IEXPLORER ISPUTNIK IEXPLORER I

13 5. En 1959 se lanzó el PIONER I, que permitió recibir datos de la luna. 6. En ese mismo año, los norteamericanos colocaron en órbita el primer satélite de comunicaciones. Fue el SCORE. Se utilizó para la retransmisión de mensajes hasta Km de distancia, y difundió al mundo un mensaje de navidad grabado en cinta magnética por el presidente Eisenhower de los Estados Unidos. SCORE 7. El primero de abril de 1960, los Estados Unidos lanzaron el TIROS I, satélite meteorológico que transmitió gran cantidad de fotografías. RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE

14 8. El 12 de Agosto de 1960, el proyecto ECHO dió por resultado el lanzamiento de un globo metalizado de 30 metros de diámetro, con un período orbital de aproximadamente dos horas. Este reflector pasivo podía retransmitir señales desde un punto a otro, solamente cuando se encontraba en línea vista común. ECHO 9. En 1961 el RANGER I hizo sondeos en el espacio lejano. 10. El 10 de julio 1962 el satélite TELSTAR I repetidor activo, es puesto en órbita para realizar la primera transmisión de televisión internacional en vivo y directo, telefonía y telefotografías por microondas. TELSTAR I TELSTAR I 11. El 18 de septiembre de 1962 fue lanzado el TIROS VI, satélite meteorológico que llevaba dos cámaras de televisión. RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE

15 12. El 1 de noviembre de 1962 la Unión Soviética lanzó la estación interplanetaria MARS I en dirección a Marte. 13. El 13 de diciembre de 1962 se lanzó el satélite RELAY I, semejante en los principios fundamentales del Telstar. Se utilizó para transmisiones de televisión entre Europa, Sudamérica, Japón y EE.UU. 14. El SYNCOM I fue lanzado a órbita el 14 de Febrero de 1963, pero por fallas técnicas no alcanzó la órbita. Sin embargo el 26 de Julio de 1963, cinco meses más tarde, fue lanzado y puesto en órbita casi sincrónica, el satélite SYNCOM II. RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE

16 15. El 7 de mayo de 1963 se lanzó el satélite TELSTAR II. Funcionó satisfactoriamente hasta el 16 de julio de 1963, en que una avería no identificada interrumpió su funcionamiento. Volvió a funcionar el 12 de agosto de ese mismo año. Realizó experimentos sobre radiaciones y daños producidos por partículas. 16. El 21 de diciembre de 1963 se lanzó al espacio el TIROS VIII, que realizó diversas observaciones meteorológicas. 17. El 25 de enero de 1964 se lanzó el ECHO II. Con él se realizaron experimentos científicos participando EE.UU., Gran Bretaña y la Unión Soviética. RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE

17 18. El 19 de Agosto de 1963 es lanzado el SYNCOM III, el cual ocupa una órbita geoestacionaria, lo cual permitió transmitir con éxito total las XVIII Olimpiadas de Tokio hacia Norteamérica. Ese mismo año se lanzó el RELAY II, que contribuyó a aumentar la capacidad de los canales de transmisión de datos. 19. En 1965 la Unión Soviética lanzó los satélites de la serie MOLNYA para transmisión de señales telegráficas, telefónica y de televisión en color. También permitieron tomar datos meteorológicos. 20. El INTELSAT I ( anteriormente EARLY BIRD), lanzado a órbita el 28 de junio de 1965, demostró la viabilidad de un sistema de satélites geo-estacionarios con fines comerciales. INTELSAT I INTELSAT I RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE

18 21. INTELSAT ( International Telecomunications Satellites). 22. En octubre de 1966 se iniciaron los lanzamientos de los INTELSAT II. El primero no entró en órbita por un fallo en el motor de apogeo. El segundo entro en órbita sobre el océano pacífico, el tercero lo hizo sobre el Atlántico y el cuarto también sobre el Pacífico. Se proyectaron con una capacidad de 240 canales. 23. En 1968 comenzaron los lanzamientos de los INTELSAT III. Tenían una capacidad cinco veces mayor que los anteriores. Se alimentan con energía solar y tenían una potencia de 130 Watt cada uno, pudiendo cursar a la vez conversaciones telefónicas bidireccionales o cuatro canales de televisión. Parte del ancho de banda de estos satélites fue asignado a televisión y el resto a telegrafía, telefonía, facsímil y datos. INTELSAT RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE

19 24. Para 1969 habían en órbita ocho satélites de la serie INTELSAT III. 25. Durante 1971 se puso en órbita el satélite INTELSAT IV. Posee baterías solares que proporcionan 500 Watt. Tiene doce transceptores para abarcar la tierra que puede conmutar en órbita a fin de abarcar la zona geográfica deseada. 26. En los años posteriores se han llevado a órbita un gran número de satélites con fines comerciales, con lo cual se abrió definitivamente las puertas a las comunicaciones de televisión por satélite para servicios domésticos, comunicación punto a punto, aplicaciones meteorológicas, internet, sistemas de telefonía celular satelital, sistemas de radio ayudas para la navegación marítima y aérea, sistemas de posicionamiento, entre otros. RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE

20 27. En los últimos veinticinco años los satélites estacionarios han sufrido una rápida evolución en cuanto al tiempo de vida, que se ha duplicado por diez. Además, se ha avanzado considerablemente en los equipos conversores de energía. Pero delante de todos estos avances se podría mencionar el creciente aumento de la potencia de los cohetes lanzadores, que permiten la puesta en órbita de masas muy grandes. 28. El 29 de Octubre de 2008 es puesto en orbita el primer satélite Venezolano con el apoyo de China. Se llamó Simón Bolívar en honor al libertador de 5 naciones americanas. RESEÑA HISTORICA DE LAS COMUNICACIONES POR SATÉLITE

21 TIPOS DE SATÉLITES SATÉLITES PASIVOS: son satélites que no agregan potencia a la señal, ni la modifican sustancialmente en sus características y solo son utilizados para que la señal rebote en ellos. SATÉLITES ACTIVOS: son aquellos satélites que pueden agregar potencia a las señales recibidas, filtrarlas, amplificarlas, trasladarlas en frecuencia y luego reenviarlas hasta un área geográfica en la tierra que esté en su línea de vista.

22 LEYES DE KEPLER Las leyes de Kepler fueron enunciadas por Johannes Kepler para explicar el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol. Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos.

23 LEYES DE KEPLER Segunda Ley (1609): El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. La ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio) su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio). En el afelio y en el perihelio, el momento angular L es el producto de la masa del planeta, su velocidad y su distancia al centro del Sol.

24 LEYES DE KEPLER Segunda Ley (1609): El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

25 LEYES DE KEPLER Tercera Ley (1618): Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital (tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor del Sol) es directamente proporcional al cubo de la distancia media con el Sol donde, P es el período orbital, r la distancia media del planeta con el Sol y K la constante de proporcionalidad.

26 CLASIFICACION ORBITAL DE LOS SATÉLITES Los satélites se pueden clasificar según: 1. Su Distancia de la Tierra (Geoestacionaria, Geosíncrona, de Baja Altura, de Media Altura y Excéntricas). Distancia de la TierraDistancia de la Tierra 2. Su Plano Orbital con respecto al Ecuador (Ecuatorial, Inclinada y Polar). Plano Orbital Plano Orbital 3. La Trayectoria Orbital que describen (Circular y Elíptica). Trayectoria Orbital Trayectoria Orbital

27 CLASIFICACION ORBITAL DE LOS SATÉLITES Y SUS USOS

28 Los cinturones de radiación de Van Allen son áreas de la alta atmósfera que rodean la Tierra por encima de la ionosfera, a una altura de y de km. respectivamente. Se sitúan sobre la zona ecuatorial, y el más externa, se prolongan prácticamente hasta la magnetopausa, límite entre el espacio terrestre y el espacio interplanetario.

29 1.El satélite permanece casi estacionario, con respecto a una estación terrestre específica. Consecuentemente, no se requiere equipo costoso de rastreo en las estaciones terrestres. 2.Las antenas se enfocan al satélite al instalarlas y se fijan para largos períodos de funcionamiento. 3.No hay necesidad de cambiar de un satélite a otro, cuando giran por encima. Consecuentemente, no hay rupturas en la transmisión por los tiempos de conmutación. Ventajas de las Orbitas Geosíncronas

30 4.Los satélites geosíncronos de alta altitud pueden cubrir un área de la Tierra mucho más grande, que sus contrapartes orbítales de baja altitud. 5.Los efectos del cambio de posición Doppler son insignificantes. 6.Con tres satélites se tiene un enlace de cobertura total del planeta (excepto los polos). Ventajas de las Orbitas Geosíncronas

31 Estación A Estación B 1.Las altitudes superiores de los satélites geosíncronos introducen tiempos de propagación más largos. El retardo de propagación del viaje redondo entre dos estaciones terrenas, por medio de un satélite geosíncrono, es de 500 a 600 ms. Desventajas de las Orbitas Geosíncronas

32 2.Los satélites geosíncronos requieren de alta potencia de transmisión y receptores más sensibles debido a las distancias más grandes y mayores pérdidas de trayectoria. 3.Se requieren maniobras espaciales de alta precisión para colocar un satélite geosíncrono en órbita y mantenerlo en ella. 4.Se requieren los motores de propulsión, a bordo de los satélites, para mantenerlos en sus órbitas respectivas. Desventajas de las Orbitas Geosíncronas

33 COMPARACION ENTRE SATELITES DE VARIAS ORBITAS Elemento a Comparar Orbita Geo Orbita Meo Orbita Leo Altura (km) Período Orbital (Hr) Velocidad (Km/hr) Retraso (ida y vuelta) (ms) Período de Visibilidad Siempre 2-4 Hr <15 min Satélites necesarios para cobertura global

34 Gracias La nueva estrella en el cielo venezolano…. El Satélite Simón Bolívar Venesat 1

35 SATELITE SPUTNIK

36 SATELITE EXPLORER I

37 SATELITE SCORE I

38 SATELITE ECHO

39 SATELITE TELSTAR I

40 SATELITE INTELSAT I

41 TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN SU DISTANCA A LA TIERRA Órbita Geoestacionaria (GEO) Este tipo de órbita posee las mismas propiedades que la geosíncrona, pero debe tener una inclinación de cero grados respecto al ecuador y viajar en la misma dirección en la cual rota la tierra. Un satélite geoestacionario aparenta estar en la misma posición relativa a algún punto sobre la superficie de la Tierra, lo que lo hace muy atractivo para las comunicaciones a gran distancia. Órbitas de Media Altura (MEO) Son las que van desde 9,600 km hasta la altura de los satélites geosíncronos. Los satélites de órbita media son muy usados también en las comunicaciones móviles. Órbita Geosíncrona Es una órbita circular con un período de un día sideral. Para tener este período la órbita debe tener un radio de 42,164.2 km. (desde el centro de la tierra). Órbita de Baja Altura (LEO) Estas órbitas se encuentran en el rango de 640 km a 1,600 km entre las llamadas región de densidad atmosférica constante y la región de los cinturones de Van Allen. Estas órbitas se encuentran en el rango de 640 km a 1,600 km entre las llamadas región de densidad atmosférica constante y la región de los cinturones de Van Allen. Los satélites de órbita baja circular son muy usados en sistemas de comunicaciones móviles. Los satélites de órbita baja circular son muy usados en sistemas de comunicaciones móviles.

42 TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN EL PLANO CON EL ECUADOR Órbita Ecuatorial: En esta órbita la trayectoria del satélite sigue un plano paralelo al ecuador, es decir tiene una inclinación de 0º. Órbita Ecuatorial: En esta órbita la trayectoria del satélite sigue un plano paralelo al ecuador, es decir tiene una inclinación de 0º. Órbitas Inclinada: La trayectoria del satélite sigue un plano con un cierto ángulo de inclinación respecto al ecuador. Órbitas Inclinada: La trayectoria del satélite sigue un plano con un cierto ángulo de inclinación respecto al ecuador. Órbitas Polar: El satélite sigue un plano paralelo al eje de rotación de la tierra pasando sobre los polos y perpendicular al ecuador. Órbitas Polar: El satélite sigue un plano paralelo al eje de rotación de la tierra pasando sobre los polos y perpendicular al ecuador.

43 PATRONES ORBITALES Eje Polar Orbita Satélite Orbita Satélite Orbita Satélite Satélite Orbita Ecuatorial Orbita Polar Orbita Inclinada

44 Para mantener un satélite en orbita es necesario que la fuerza centrifuga, causada por su rotación alrededor de la tierra, sea contrabalanceada por la atracción gravitacional de la tierra. Fuerza Centrifuga AtracciónGravitacional TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN LA TRAYECTORIA ORBITAL QUE DESCRIBE

45 Órbitas circulares Órbitas circulares Se dice que un satélite posee una órbita circular si su movimiento alrededor de la tierra es precisamente una trayectoria circular. Este tipo de órbita es la que usan los satélites geosíncronos. Órbitas elípticas (Monlniya) Órbitas elípticas (Monlniya) Se dice que un satélite posee una órbita elíptica si su movimiento alrededor de la tierra es precisamente una trayectoria elíptica. Este tipo de órbita poseen un perigeo y un apogeo.

46 Si el satélite está girando en la misma dirección que la rotación de la Tierra y a una velocidad angular superior que la de la Tierra, la órbita se llama órbita prógrado. Si el satélite está girando en la misma dirección que la rotación de la Tierra y a una velocidad angular superior que la de la Tierra, la órbita se llama órbita prógrado. Si el satélite está girando en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra o en la misma dirección, pero a una velocidad angular menor a la de la Tierra, la órbita se llama órbita retrógrada. Si el satélite está girando en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra o en la misma dirección, pero a una velocidad angular menor a la de la Tierra, la órbita se llama órbita retrógrada. TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES SEGUN LA TRAYECTORIA ORBITAL QUE DESCRIBE

47 SATÉLITES ORBÍTALES Características 1. Los satélites no síncronos están alejándose continuamente o cayendo a tierra y no permanecen estacionarios en relación a ningún punto en particular de la Tierra. 2. Se tienen que usar cuando están disponibles, lo cual puede ser un corto período de tiempo, como 15 minutos por órbita. 3. Tienen la necesidad de equipo complicado y costoso para rastreo en las estaciones terrestres.

48 4. Cada estación terrestre debe localizar el satélite conforme está disponible en cada órbita y después unir su antena al satélite y localizarlo cuando pasa por arriba. 5. Una gran ventaja de los satélites orbítales es que los motores de propulsión no se requieren a bordo de los satélites para mantenerlos en sus órbitas respectivas. SATÉLITES ORBÍTALES Características

49 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN SATELITE Subsistema de potencia Éste genera y distribuye potencia eléctrica de corriente directa para soportar las operaciones del satélite durante todas las fases de la misión. La potencia primaria es proporcionada por radiación solar a través de las celdas solares de alta densidad hasta el fin de su vida; la potencia secundaria es proporcionada durante el lanzamiento y los eclipses por un sistema de baterías de níquel- hidrógeno.

50 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN SATELITE Subsistema de propulsión Se trata de un sistema integral bipropelante que permite la inserción en órbita, el control de orientación y las funciones de mantenimiento en su órbita geosíncrona. BIPROPELANTE: Combustible hecho a partir de propano que sirve para alimentar al sistema de propulsión del satélite, el cual es capaz de mover a éste dentro de un cubo imaginario para mantener las comunicaciones con la Tierra sin interrupciones.

51 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN SATELITE Subsistema de telemetría y comando Éste proporciona la recepción y demodulación de comandos en la banda C para su alineación en el cubo imaginario de operación, y de comandos durante todas las fases de la misión.

52 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN SATELITE Subsistema de comunicaciones Este permite ampliar y diversificar los servicios de comunicación satelital que actualmente existen, así como óptimizar el uso del segmento espacial al permitir nuevas técnicas de explotación; también permite manejar las regiones de cobertura para la comunicación en diferentes bandas, como la banda C, Ku y L.

53 RECURSOS ESTRATEGICOS


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