54
Capítulo 2 IT236 2010-3 Fundamentos de los sistemas satelitales
Capítulo 2IT236
2010-3
Fundamentos de los sistemas satelitales
2
Un poco de humor
“ Es momento de ver la realidad, mis amigos, ....
No somos exactamente científicos en cohetes ”
3
Terminología relacionada a los Satélites
• Estación terrena – sistema de antena sobre o cerca de la tierra
• Uplink – transmisión desde la estación terrena al satélite
• Downlink – transmisión desde el satélite a la estación terrena
• Transponder – electrónica en el satélite que convierte las señales del uplink en señales de downlink
4
Características básicas de los sistemas satélites
5
Categorías de lascomunicaciones satelitales
• Área de cobertura– Global, regional, nacional
• Tipo de servicio– Fixed service satellite (FSS)– Broadcast service satellite (BSS)
– Mobile service satellite (MSS)
• Uso– Comercial, militar, amateur, experimental
6
Un sistema de comunicaciones de tres satélites geoestacionarios provee una cobertura casi mundial.
7
Clasificación de las órbitas satelitales
• Órbita Circular o elíptica– Circular con centro en el centro de la tierra – Elíptica con un foco en el centro de la tierra
• Órbita alrededor de la tierra en diferentes planos– Órbita ecuatorial sobre el ecuador de la tierra– Órbita polar, la órbita pasa sobre ambos polos– Otras órbita referida como órbita inclinada
• Altitud de los satélites– Órbita geoestacionaria (GEO)– Medium earth orbit (MEO)– Low earth orbit (LEO)
8
Términos geométricos
• Ángulo de elevación – el ángulo de la horizontal al punto en el centro del haz principal de la antena, cuando la antena está apuntada directamente al satélite
• Ángulo de elevación mínimo • Ángulo de Cobertura – medida de la
porción de la superficie de la tierra visible al satélite
9
Mínimo ángulo de elevación
• Causas que afectan el mínimo ángulo de elevación de la antena de la estación terrena (>0o)– Edificios, árboles, y otros objetos terrestres
que bloquean la línea de vista– La atenuación atmosférica es mayor con
pequeños ángulos de elevación– Ruido eléctrico generado por el calor de la
tierra cerca a su superficie afecta adversamente la recepción
10
Órbita GEO
• Ventajas de la órbita GEO– No hay problema con el cambio de frecuencias
– El seguimiento del satélite es simple– Gran área de cobertura
• Desventajas de la órbita GEO– Señales débiles después de viajar 36,000 Km.
– Las regiones polares son pobremente servidas– El retardo de la señal enviada es notable
11
Características de los Satélites LEO
• Órbita casi-circular ó elíptica bajo los 2000 km• Rango del periodo de la órbita de 1.5 a 2 horas• Diámetro de la cobertura cerca de 8000 km• Los retardos de la propagación de la señal de
ida-vuelta menores de 20 ms• Tiempo máximo de visibilidad del satélite cerca
de 20 min• Los sistemas deben manejar grandes
corrimientos tipo Doppler• Arrastres atmosféricos resultan en deterioro de
la órbita
12
Categorías de los LEO
• Little LEOs– Frecuencias debajo de 1 GHz – 5MHz de ancho de banda – Velocidades binarias hasta los 10 kbps– Localizador, seguimiento, y mensajería de baja
velocidad
• Big LEOs– Frecuencias por encima de 1 GHz – Soporta velocidades de datos hasta algunos mbps– Ofreces los mismos servicios que los “little LEOs” en
adición de la voz y servicios de posicionamiento
13
Características de los Satélites MEO
• Órbita circular con altitudes en el rango de 5,000 a 12,000 km
• Periodo de la órbita de 6 horas
• Diámetro de la cobertura entre 10,000 a 15,000 km
• Los retardos de la propagación de la señal de ida-vuelta menores de 50 ms
• Tiempo máximo de visibilidad del satélite de unas cuantas horas
14
Bandas de frecuencias para las comunicaciones satelitales
15
La constelación de satélites no GEO usada por el sistema Iridium.
16
• El sistema Iridium usa múltiples satélites para proveer cobertura continua en una determinada región de la tierra.
• Emplea satélites LEO (Low Earth orbit), que están a una altitud de aproximadamente 780 km, proporcionando servicios de telefonía, teniendo relativa movilidad comparada con los satélites que están usando. Siendo necesario la transferencia de llamadas (handoff) para mantener la comunicación.
• La ventaja de usar satélite no-GEO es que la distancia para la comunicación es corta; es decir, se requiere menos potencia radiada y se reduce el retardo en la propagación.
• Existe considerable complejidad, algún retardo en la llamada telefónica y en las comunicaciones de datos debido al movimiento de los satélites y a los handoffs
17
Pisada típica satélite de comunicaciones doméstico en USA mostrando su cobertura
18
Satellite Footprint
Pisada típica de un satélite en banda C
19
El satélite JCSat 2a operado por SkyPerfectJSAT y fabricado por Boeing.
(Fuente: Sky Perfect JSAT.)
20
Factores que afectan el rendimiento del enlace satelital
• La distancia entre la antena de la estación terrena y la antena del satélite
• Para el downlink, la distancia entre la antena del satélite y la antena de la estación terrena
• Mostrada como la pisada del satélite• Atenuación atmosférica
– Afectada por el oxígeno, agua, ángulo de elevación, y las altas frecuencias
21
Configuración básica de un sistema satelital
22
Subsistema de comunicaciones del satélite
23
Funciones del subsistema de comunicaciones del satélite
24
Esquema de la estación terrena
25
Configuración básica de la estación terrena
26
Organizaciones
27
Operadores
28
Una extensa red de fibra óptica y enlaces de microondas se requeriría para proveer una gran cobertura comparable a la de una red satelital
29
Las microondas terrestres y los sistemas de cable requieren múltiples saltos, comparado al satélite que provee la misma capacidad con un
solo salto.
30
El modem satelital de Hughes para uso con los satélites GEO de “Inmarsat 4”.
(Fuente: Hughes Communications, Inc).
31
Servicios de TV son entregados a Europa con los satélites GEO SES Astra, operando a 19.2°Este. (Las designaci ones
de los satélites son con fines de ilustración).
32
Estación terrena en banda Ku, altamente transportable para desastres y aplicaciones
temporales (flyaway).
33
El receptor XM Xpress RC tiene la habilidad de almacenar los últimos 60 minutos de radio.
(Fuente: XM Satellite Radio)
34
El satélite Boeing 702 es ejemplificado por el GalaxyIIIC, con 87 transpondedores. (Fuente: Boeing).
35
El satélite Iridium LEO, fabricado por Motorola, Lockheed Martin, and Ray-theon. (Fuente: Lockheed Martin)
36
Elementos necesarios para implementar el segmento espacial de un sistema de
comunicaciones por satélite
Fase de lanzamiento
Fase de transferencia a la órbita
Despliegue
Antena de seguimiento
37
El segmento de tierra de una red satelital que proveen sistemas interactivos de dos vías a varias
ubicaciones
38
Esta estación terrena de INTELSAT en Hong Kongcon antenas de 30m para operar con los satélites
de baja potencia de banda C de INTELSAT
39
Equipos DSS ofrecidos por Sony Electronics Corporationconsistentes de una antena satelital de 45-cm, el
decodificador, y el control remoto. (Fuente: DIRECTV, Inc).
40
Ejemplo de un terminal de abonado VSAT usado en comunicaciones de datos de dos vías.
(Fuente: Hughes Communications, Inc)
41
Ilustración de las leyes de Keplerdel movimiento planetario
42
Periodo de la órbita (en horas) versus altitud, basada en la 3ra ley de Kepler.
43
Las tres orbitas más populares para las comunicaciones satelitales: LEO, MEO, y GEO
44
Efectos de la atenuación atmosférica para trayectos espacio a Tierra como una función de la frecuencia (condiciones de aire limpio): Aatm
aplicadas para una estación terrena ubicada en el ecuador en la misma longitud que la del satélite GEO.
45
El espectro de RF identificando las bandas de frecuencias comúnmente usadas y sus designaciones: HF, VHF y UHF
46
Las regiones de la UIT
47
Efecto de un haz ancho en una antena de una estación terrena para usar en un arco tipo GEO.
48
Mejora en el arco GEO utilizando estaciones terrenas con antenas de anchos de haces estrechos
Main beam of earth station antenna
Haz principal de la antena de la estación terrena
49
El uso de un blindaje “terreno” para bloquear la RFI entre un enlace de microondas terrestre y
una estación terrena satelital.
Fuga de RF
Perfil de la estación terrena
50
Trayecto potencial de RFI de un satélite en un receptor de uO terrestre, donde ambos usen las
mismas bandas de frecuencia.
Trayecto potencial de interferencia
Satélite transmitiendo en la misma banda de frecuencias que el uO
51
Atenuación por lluvia como una función de la frecuencia para diferentes ángulos de
elevación terrestres.
52
Ubicación espectral y longitudes de onda para transmisión óptica
53
Sistema de transmisión óptico SILEX del satélite ARTEMIS, enlazado con un satélite de observación terrestre tipo LEO.
(Source: European Space Agency.)
54
Muchas gracias por su atenciMuchas gracias por su atenci óónn
UNI FIEE Lima Perú
