CH 02 - Fundamentals of Satellite Systems

CH 02 - Fundamentals of Satellite Systems

Fundamentos de los sistemas
satelitales
Capítulo 2
IT236
2010-3
Un poco
de humor
“Es momento de ver la realidad, mis amigos, ....
No somos exactamente científicos en cohetes”
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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
3
Características básicas de los
sistemas satélites
4
Categorías de las
comunicaciones 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
5
Un sistema de comunicaciones de tres satélites
geoestacionarios provee una cobertura casi mundial.
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
13
Bandas de frecuencias para las
comunicaciones satelitales
14
La constelación de satélites no
GEO usada por el sistema Iridium.
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• 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
16
Pisada típica satélite de comunicaciones
doméstico en USA mostrando su cobertura
17
Satellite Footprint
Pisada típica de un satélite en banda C
18
El satélite JCSat 2a operado por SkyPerfect
JSAT y fabricado por Boeing.
(Fuente: Sky Perfect JSAT.)
19
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
20
Configuración básica de un
sistema satelital
21
Subsistema de comunicaciones del
satélite
22
Funciones del subsistema de
comunicaciones del satélite
23
Esquema de la estación terrena
24
Configuración básica de la estación
terrena
25
Organizaciones
26
Operadores
27
Una extensa red de fibra óptica y enlaces de
microondas se requeriría para proveer una gran
cobertura comparable a la de una red satelital
28
Las microondas terrestres y los sistemas de
cable requieren múltiples saltos, comparado al
satélite que provee la misma capacidad con un
solo salto.
29
El modem satelital de Hughes para uso con los
satélites GEO de “Inmarsat 4”.
(Fuente: Hughes Communications, Inc).
30
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).
31
Estación terrena en banda Ku, altamente
transportable para desastres y aplicaciones
temporales (flyaway).
32
El receptor XM Xpress RC tiene la habilidad de
almacenar los últimos 60 minutos de radio.
(Fuente: XM Satellite Radio)
33
El satélite Boeing 702 es ejemplificado por el Galaxy
IIIC, con 87 transpondedores. (Fuente: Boeing).
34
El satélite Iridium LEO, fabricado por Motorola,
Lockheed Martin, and Ray-theon. (Fuente: Lockheed Martin)
35
Elementos necesarios para implementar el
segmento espacial de un sistema de
comunicaciones por satélite
Despliegue
Fase de
transferencia
a la órbita
Antena de
seguimiento
Fase de
lanzamiento
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El segmento de tierra de una red satelital que
proveen sistemas interactivos de dos vías a varias
ubicaciones
37
Esta estación terrena de INTELSAT en Hong Kong
con antenas de 30m para operar con los satélites
de baja potencia de banda C de INTELSAT
38
Equipos DSS ofrecidos por Sony Electronics Corporation
consistentes de una antena satelital de 45-cm, el
decodificador, y el control remoto. (Fuente: DIRECTV, Inc).
39
Ejemplo de un terminal de abonado VSAT usado
en comunicaciones de datos de dos vías.
(Fuente: Hughes Communications, Inc)
40
Ilustración de las leyes de Kepler
del movimiento planetario
41
Periodo de la órbita (en horas) versus
altitud, basada en la 3ra ley de Kepler.
42
Las tres orbitas más populares para las
comunicaciones satelitales: LEO, MEO, y GEO
43
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.
44
El espectro de RF identificando las bandas de frecuencias
comúnmente usadas y sus designaciones: HF, VHF y UHF
45
Las regiones de la UIT
46
Efecto de un haz ancho en una antena de una
estación terrena para usar en un arco tipo GEO.
47
Mejora en el arco GEO utilizando estaciones
terrenas con antenas de anchos de haces estrechos
Haz principal
de laof
Main beam
antena
de lastation
earth
estación
terrena
antenna
48
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
49
Trayecto potencial de RFI de un satélite en un
receptor de uO terrestre, donde ambos usen las
mismas bandas de frecuencia.
Satélite transmitiendo
en la misma banda de
frecuencias que el uO
Trayecto
potencial de
interferencia
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Atenuación por lluvia como una función de
la frecuencia para diferentes ángulos de
elevación terrestres.
51
Ubicación espectral y longitudes de
onda para transmisión óptica
52
Sistema de transmisión óptico SILEX del satélite ARTEMIS,
enlazado con un satélite de observación terrestre tipo LEO.
(Source: European Space Agency.)
53
Muchas gracias por su atención
UNI FIEE
Lima Perú
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