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

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

3 SUMARIO 1.Modelo del sistema de comunicación satelital 2.Parámetros del sistema de comunicación satelital 3.Aplicaciones de las comunicaciones vía satélite: Televisión

4 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.

5 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.

6 MODELOS DEL ENLACE DE COMUNICACIONES POR SATELITE Un sistema de comunicaciones vía satélite puede ser representado por tres bloques: 1. Modelo de Subida Modelo de SubidaModelo de Subida 2. Modelo del Transponder Modelo del TransponderModelo del Transponder 3. Modelo de Bajada Modelo de BajadaModelo de Bajada

7 PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL POTENCIA DE TRANSMISION Y ENERGIA DE BIT Donde: E b = energía de un bit sencillo (joules por bit) P t = potencia total de la portadora T b = tiempo de un bit sencillo (seg.) Considerando: Entonces

8 PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL POTENCIA RADIADA ISOTROPICA EFECTIVA: PIRE 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) Se define como una potencia de transmisión equivalente y matemáticamente se determina por la ecuación.

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

10 PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL POTENCIA RADIADA ISOTROPICA EFECTIVA: PIRE; Cont…. Por lo tanto, se tiene: Considerando que: P t = potencia de salida real del transmisor (dBW) L bo = perdidas por respaldo del HPA (dB) L bf = ramificación total y perdida de alimentador (dB) A t = ganancia transmisora de la antena (dB)

11 PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL TEMPERATURA DE RUIDO EQUIVALENTE La temperatura de ruido equivalente T c, 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:

12 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: N o = densidad de ruido (W/Hz) (No generalmente se expresa como simplemente watts; el Hertz es implicado en la definición de No) 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) T e = temperatura de ruido equivalente (grados Kelvin)

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

14 PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE DENSIDAD DE PORTADORA A RUIDO C/N o 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:

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

16 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.

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

18 PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE LA GANANCIA A TEMPERATURA DE RUIDO EQUIVALENTE, G/T e Es una figura de merito usada para representar la calidad de un satélite en un receptor de una estación terrena. Puede ser estimada por:

19 PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL RELACION DE LA GANANCIA A TEMPERATURA DE RUIDO EQUIVALENTE, G/T e 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.

20 ECUACIONES DE ENLACE DEL SISTEMA SATELITAL

21 Los parámetros de la ecuación de enlace de sistema satelital son: A r : ganancia de la antena receptora A t : ganancia de la antena transmisora C/N: relación de portadora a ruido. C/N o : relación de la densidad de portadora a ruido C/T e : relación de portadora a ruido equivalente E b /N o : relación de la energía de bit a ruido EIRP: potencia radiada isotrópica efectiva = P t A t G/T: relación de ganancia a ruido equivalente HPA: amplificador de alta potencia. L b : pérdida de ramificación L bo : pérdida por respaldo. L d : pérdidas de bajada, adicionales debido a la atmósfera L f : pérdida del alimentador LNA: amplificador de bajo ruido L p : pérdida de trayectoria L u : pérdidas de subida adicionales debido a la atmósfera P r : potencia total radiada = P t – L bo – L b – L f P t : potencia de salida del HPA.

22 Ecuación de Subida: ECUACIONES DE ENLACE Donde: L u : son las pérdidas atmosféricas de subida y bajada. L P : son las pérdidas de trayectoria. G/T e :ganancia a temperatura de ruido equivalente. A t : ganancia de la antena transmisora P r : potencia total radiada de la antena

23 Ecuación de Bajada: ECUACIONES DE ENLACE Donde: L d : son las perdidas atmosféricas de subida y bajada. L P : son las perdidas de trayectoria. G/T e :ganancia a temperatura de ruido equivalente. A t : ganancia de la antena transmisora P r : potencia total radiada de la antena

24 APLICACIONES DE LAS COMUNICACIONES POR SATELITE Sistema de Televisión por Satélite CARACTERISTICAS

25 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. SATÉLITES PARA CANALES DE TELEVISIÓN

26 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. Satélites de 24 canales de televisión Formatos de los Canales de Televisión

27 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. ¿Cómo se determina el número de canales?

28 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. Satélites de 24 canales de televisión

29 Satélites de 24 canales de televisión Designación 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

30 Satélites de 24 canales de televisión Estructura 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.

31 Satélites de 24 canales de televisión Estructura de canales pares e impares

32 Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Los elementos básicos de un sistema receptor de comunicaciones por satélite son: 1.Antena Parabólica Antena ParabólicaAntena Parabólica 2.Alimentador Alimentador 3.Amplificador de Bajo Ruido: LNA (uno para cada polarización o un sistema dual). Amplificador de Bajo Ruido: LNA (uno para cada polarización o un sistema dual).Amplificador de Bajo Ruido: LNA (uno para cada polarización o un sistema dual). 4.Conversor de Frecuencia de Bajada Conversor de Frecuencia de BajadaConversor de Frecuencia de Bajada 5.Cable Coaxial Cable CoaxialCable Coaxial 6.Receptor Receptor

33 Gracias

34 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. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

35 Antena Parabólica : los elementos constructivos pueden ser: 1. Repujado 2. Estampado o hidroformado 3. Fibra de vidrio 4. Malla de alambre o metal expandido Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

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

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

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

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

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

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

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

43 Ejemplos de Antenas Parabólicas Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

44 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 Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

45 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. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

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

47 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. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

48 Amplificador de Bajo Ruido: Tabla comparativa de temperatura de ruido y cifra de ruido. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Temperatura de ruido (K) Cifra de ruido (dB)

49 Amplificador de Bajo Ruido: Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

50 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. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

51 Conversor de Frecuencia de Bajada Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Frecuencia de Entrada MHzFrecuencia de Entrada MHz IF MHz o MHzIF MHz o MHz Ruido muy bajo. 0.7 dBRuido muy bajo. 0.7 dB Amplificación de 32dBAmplificación de 32dB Excelente selectividad con los filtros helixExcelente selectividad con los filtros helix Diodos Schottky mezclador doble balanceadoDiodos Schottky mezclador doble balanceado Estable, crystal oscilador de bajo ruidoEstable, crystal oscilador de bajo ruido PCB de sustrato de fibra cerámica/cristalPCB de sustrato de fibra cerámica/cristal N jacks (hembra)N jacks (hembra) DC por el coaxial o directo 13.8VDC por el coaxial o directo 13.8V Resistente al agua para montaje en mástilResistente al agua para montaje en mástil Tornillos de acero inoxidable, abrazaderas plateadas cinc caliente.Tornillos de acero inoxidable, abrazaderas plateadas cinc caliente.

52 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. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

53 Características de Cable coaxial: Bajas pérdidas Amplio ancho de banda Buena cubierta Impedancia de 75 Ohm FlexibleEtc. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

54 Características de Cable: Tabla comparativa Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Tipo de Cable Pérdida de señal (dB/100 pies) Impedancia en Ohms 100 MHz 1450 MHz 4 GHz RG N/D75 RG-6A N/D75 RG N/D75 RG-8A RG RG N/D N/D13.050

55 Características de Cable: Tabla comparativa Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

56 Características de Cable: Tabla comparativa Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

57 Receptores Satelitales Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Se emplean para cumplir entre otras funciones, las más comunes: POSICIONAR LA ANTENA POSICIONAR LA ANTENA DEMODULAR LA SEÑAL DE IF HASTA BANDA BASE DEMODULAR LA SEÑAL DE IF HASTA BANDA BASE DECODIFICAR LA SEÑAL DECODIFICAR LA SEÑAL

58 Receptores Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite

59 MODELO DE SUBIDA DEL SATÉLITE El modelo de subida de un satélite puede ser representado por los bloques que se muestran a continuación.

60 Para el modelo de Transponder del satélite, se puede emplear el diagrama de bloques que se muestran a continuación. MODELO DE TRANSPONDER DEL SATÉLITE

61 Finalmente, para el modelo de bajada del satélite se puede emplear el diagrama de bloques siguiente: MODELO DE BAJADA DEL SATÉLITE

62 Antena Parabólica : Influencia del ángulo de inclinación en el ruido de la antena. Componentes de un Sistema de Recepción por Satélite Para ángulos de elevación pequeños, el ruido es mayor dado que el haz esta en mayor contacto con el entorno terrestre, por mayor tiempo. Polo Norte Polo Sur Φ1Φ1 Φ2Φ2 Φ3Φ3 Satelite

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