TV SATELITAL UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y CIRCUITOS FUNDAMENTOS DE RADIOCOMUNICACIONES (EC-4434)

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1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y CIRCUITOS FUNDAMENTOS DE RADIOCOMUNICACIONES (EC-4434) TV SATELITAL Realizado por: Elie Moreno # Carlos Landaeta # Alejandro Guaina # José Manuel Sánchez #

2 Introducción Para nadie es una noticia, que el mercado de las telecomunicaciones, busca ofrecer servicios de infoentretenimiento y que cada vez se intenta transmitir más información por los canales existentes, con el fin de ofrecer un servicio de televisión que incluya opciones de compra, juegos, además de los servicios de canales de televisión globalizados. Esta integración de servicios, se ve cada vez más cerca gracias a los sistemas de televisión satelital. La entrada a la era satelital implicó una reconversión de la televisión terrestre que fue hecha mirando los límites geográficos y fronterizos, para transformarse en una televisión transnacional de emisión satelital, inicialmente distribuida de manera local por la red coaxial, pero actualmente de recepción directa en los hogares. Con ello se produjo un debilitamiento del modelo de televisión pública de control estatal, para dar paso a una televisión dominada por un conjunto de fuerzas que pugnan por establecer un modelo de televisión comercial y publicitaria. La Televisión Satelital es un servicio que ha crecido rápidamente en los últimos años. Es muy común conseguir en los techos de las casas y edificios, antenas de recepción de este servicio. En Venezuela, la empresa dedicada a prestar este servicio es DirecTV. Esta empresa a través del satélite GALAXY VIII-i proporciona el servicio para Latinoamérica. En el presente trabajo, se mencionaran aspectos básicos de los sistemas de Televisión Satelital, incluyendo una breve descripción del servicio, las frecuencias de trabajo, los tipos de antenas utilizadas, entre otros.

3 Sistema de Televisión Satelital Un sistema de televisión vía satélite está formada básicamente por tres partes: la estación emisora, el satélite y la estación receptora. En la Figura 1, se muestra el proceso que ocurre desde la producción de los programas, pasando a través de las estaciones emisoras y el satélite, hasta llegar por diversas maneras al receptor final o suscriptor. Figura 1. Estación emisora: En esta estación se encuentra la antena de emisión y el transmisor. La potencia que se emite desde la estación de tierra es alta, del orden de los kw; así, la señal captada por el satélite, será lo suficientemente buena como para que no se introduzca ni distorsión ni ruido en esta parte del trayecto donde la señal es ascendente. La

4 antena de emisión es una parabólica cuyas dimensiones dependen de la potencia emitida. Esta antena también tiene que recibir las señales que le envía el satélite para su posicionamiento y seguimiento, que son señales bastante débiles. Estas señales sólo son captadas por la estación emisora y no por la estación receptora. Con ellas, la antena parabólica de emisión se puede orientar hacia el satélite con una mayor precisión. Las señales que se emiten se generan en un estudio de televisión. La estación emisora puede encontrarse junto al estudio de televisión o no. Si se encuentran juntos, van a estar conectados por cable ya que las distancias son muy cortas. La señal compuesta por vídeo y audio va a pasar directamente al modulador y después al transmisor para, posteriormente, ser radiada por la antena hacia el satélite. Pero, normalmente, no se encuentran en el mismo sitio, ya que los estudios de televisión suelen estar en las grandes ciudades mientras que las estaciones emisoras se suelen situar en sitios tranquilos donde no puedan perturbarse las emisiones y recepciones con ruidos exteriores. En este caso, al estar a una distancia de incluso kilómetros, ya no se pueden conectar por cable por lo que se utiliza un enlace radio eléctrico entre la estación emisora y los estudios. Suelen emplearse las frecuencias de microondas para este tipo de enlaces ya que usando las frecuencias de microondas a estas distancias, se obtendrá una calidad alta debido al gran ancho de banda de transmisión. En la estación emisora se necesitan instalaciones complementarias, como estaciones de telemando y telemedida, para poder enviar comandos desde la Tierra y situar al satélite en su órbita adecuada.

5 Cuando se realiza una comunicación por satélite, normalmente, se pueden enviar hasta cuatro canales de vídeo con un ancho aproximado por canal de 27 MHz. Una forma que se utiliza para enviar un mayor número de canales sin salirnos de la banda permitida es polarizando las señales, con una diferencia entre los ángulos de ambas ondas de 90 grados, como se muestra en la Figura 2, para poder emitir dos canales en un mismo ancho de banda, sin que haya ningún tipo de problema a la hora de demodular las señales. La única condición es que el receptor sea capaz de discriminar la polarización vertical de la horizontal. Figura 2. Polarización producida en la señal enviada por un sistema de televisión por satélite. En estos moduladores, la señal que les llega va a ser utilizada para modular en frecuencia a una portadora cuyo valor suele estar alrededor de 70 MHz. Las señales moduladas sobre estas portadoras son las que luego se transmitirán. Todas las señales moduladas van a pasar por un "limitador" para eliminar las variaciones en amplitud que se hayan podido producir.

6 Figura 3. Espectro de los diferentes canales. Como nos podemos imaginar, si mezclásemos todos estos canales antes de enviarlos sería casi imposible su demodulación y la obtención correcta de la información que queremos transmitir, por eso es necesario multiplexarlos en frecuencia (MDF) antes de que salgan de la estación emisora. Multiplexar en frecuencia consiste en dar a cada canal una banda determinada, que se caracteriza por la frecuencia central y el ancho de banda que tiene. Cada canal va a estar separado del siguiente, dejando una banda libre para que no puedan solaparse los espectros de los diferentes canales. A la hora de demultiplexarlo, es suficiente con poner un filtro pasa-banda para poder separar cada canal.

7 Figura 4. Esquema de un multiplexor en frecuencia. Para poder emitir la señal que sale del multiplexor al satélite hay que mezclar esta señal con una generada por un oscilador. Al sumar estas dos señales, todo el espectro se va a trasladar a una banda de frecuencias mucho más alta y que ya puede ser trasmitida hasta el satélite. Después de mezclar, las ondas van sobre "guía - ondas", pasan por ecualizadores preparados para corregir las señales y luego por dos amplificadores cuya salida está conectada al control de polarización de la antena parabólica. Dentro de las antenas que van a emitir la señal podemos hacer una diferenciación según el número de reflectores parabólicos que tengan. Pueden tener uno o dos. En el primer tipo tenemos un reflector parabólico, en cuyo foco se sitúa una antena de bocina enfocada hacia el reflector. En este tipo de antenas se pueden producir atenuaciones debido a que la señal tiene que llegar a la bocina por medio de una guía, y, si las dimensiones de ésta son muy grandes, va a perderse parte de la señal produciendo las citadas atenuaciones. En el segundo tipo, formado por dos reflectores, se soluciona el problema de las atenuaciones sustituyendo la guía por un segundo reflector.

8 Satélite: El satélite puede considerarse como un repetidor activo. Se diferencia en varias cosas de los repetidores convencionales y, sobre todo, en su posición, ya que no está en un lugar fijo sino que se encuentra en una órbita geoestacionaria en el espacio. Para encontrar dicha órbita se busca un punto en el espacio en el que la fuerza de atracción de la tierra y la fuerza centrífuga del satélite sean iguales. La órbita del satélite debe ser circular y además debe conseguir que el satélite sea visto en una posición fija desde la tierra para poder mantener la recepción de los programas y poder establecer el enlace constantemente con un ángulo fijo. Los satélites se encuentran en una órbita a kilómetros de la tierra. Las pequeñas variaciones en la posición del satélite pueden ser corregidas desde la estación emisora, asegurando así que el satélite va a tener una posición estable en el espacio. Dentro del satélite se encuentran los equipos necesarios para que éste pueda actuar como repetidor. En el exterior vamos a encontrar las antenas y los paneles solares. Con las antenas vamos a cubrir la recepción y emisión de las distintas señales y con los paneles solares vamos a proporcionar alimentación a todas las partes del satélite así como a las baterías auxiliares que funcionan cuando no se recibe energía del sol.

9 Figura 5. Diagrama en bloques del transmisor de un satélite. Los satélites tienen incluidos varios subsistemas que desempeñan diferentes funciones. Uno de estos subsistemas es el de telemando. Parte de las maniobras que realiza un satélite están dirigidas automáticamente por las órdenes que lleva en la memoria del ordenador de a bordo pero otras muchas son mandadas desde tierra por medio del sistema de telemando. Por ejemplo, se puede modificar la órbita del satélite, poner en funcionamiento algunos equipos de medida, etc. Otro subsistema importante es el de telemedida gracias al cual es posible saber en tierra todo lo que está ocurriendo a bordo. Se puede saber el estado de funcionamiento de los distintos equipos y sistemas, recibir la información que va recogiendo el satélite como, por ejemplo fotografías, etc. El subsistema o módulo de comunicaciones realiza las mismas funciones que un repetidor terrestre ya que regenera la señal y la cambia modulándola en otra portadora de frecuencia diferente a la modulación con la que entra en el satélite. Cuando hablamos de regenerar la onda que llega al satélite nos referimos a que aquí se trata de eliminar las distorsiones que se han producido en el camino ascendente desde que salió la señal de la estación emisora; así,

10 cuando llegue a la estación receptora, sólo tendrá la distorsión producida en el camino descendente desde el satélite. Figura 6. Diferentes ondas que emite y recibe un satélite. La frecuencia de las ondas que llegan al satélite y la de las que salen no son iguales, por lo que dentro del satélite hay que realizar una conversión de frecuencias para evitar interferencia entre el canal de subida y de bajada. Otro problema que hay que controlar es que la potencia de las ondas emitidas por el satélite es bastante pequeña. Esto trae consigo que el rayo ascendente debe tener una frecuencia que se atenúe más que la del rayo descendente porque, la segunda, parte con menos potencia. Estación Receptora: Las estaciones receptoras están formadas por: la antena, la unidad exterior, la unidad interior y el televisor.

11 Figura 7. Sistema de recepción de TV vía satélite. Para poder recibir una señal de satélite en un televisor, el usuario necesita un equipo auxiliar que convierta las señales de vídeo y audio separadas. Este equipo, que es la estación receptora, consta de una antena, de un equipo exterior, situado junto a la antena parabólica, y de otro equipo que debe colocarse junto al televisor (equipo interior). El equipo exterior consta de un amplificador de bajo ruido, un oscilador, un mezclador y otro amplificador de frecuencia intermedia. Este equipo tiene como función el adaptar las frecuencias, es decir, trasladar la banda de frecuencias recibida a otra más baja pero que siga manteniendo las mismas características de modulación, es decir, la misma frecuencia y el mismo ancho de banda de 27Mhz. Otra de las funciones del equipo exterior es la amplificación de la señal. Cuando se realiza el proceso de conversión de la señal de satélite a los estándares de la televisión, es necesario amplificar, filtrar, corregir distorsiones, etc. En el equipo interior se encuentra un segundo amplificador de frecuencia intermedia, un segundo oscilador que es variable y un amplificador para la segunda

12 frecuencia intermedia. Actuando sobre el oscilador variable podemos conseguir sintonizar el canal deseado. Existen diferentes tipos de receptores, basándose sus diferencias en su comportamiento frente a las siguientes características: el número de conversiones de frecuencia que haya que realizar, el procedimiento que se utilice para la demodulación, el número de canales que pueda recibir simultáneamente, la anchura de banda de la recepción, etc. La banda total de RF asignada a la radiodifusión directa de televisión por satélite es de 800 MHz, aproximadamente va desde los 11,7 a los 12,5 GHz (banda Ku). Un receptor universal que pudiera recibir la señal procedente desde cualquier país debe ser capaz de recibir toda la banda. La Antena no solo debe tener la ganancia necesaria para permitir una adecuada transmisión y recepción, sino que también debe contar con las características de radiación que discriminen señales indeseadas y minimicen interferencias sobre otros satélites o sistemas terrenales. También debe permitir discriminar la polarización deseada. La mayoría de las antenas que cumplen funciones exclusivamente de recepción de TV vía satélite para uso de canales de televisión de circuito abierto o cerrado, son del tipo simétrico, de un solo reflector, debido a su simplicidad de construcción y funcionamiento, y al bajo costo en relación con otros tipos.

13 Figura 8. Antena de recepción Terrena. Ventajas de la Televisión Directa por Satélite: Cobertura inmediata. La puesta en operación de un sistema de difusión directa por satélite permite la operación del sistema apenas el satélite entra en operación, ya que no requiere infraestructura terrestre. Costo menor que la implementación de una red terrenal de la misma cobertura. Como hemos visto, un haz de la antena transmisora del satélite puede cubrir íntegramente un país. Lograr la misma cobertura con un sistema terrenal de televisión tiene un costo mucho mayor. Permite la transmisión de Televisión de Alta Definición (TVAD). En el mismo ancho de banda de un canal analógico se puede introducir, con compresión digital, un canal de TVAD. Permite la transmisión de Televisión Multiprograma de televisión convencional. En el mismo ancho de banda de un canal analógico, se puede transmitir de cuatro a seis canales convencionales. Con ello se puede conseguir un número

14 significativo de coberturas nacionales y descargar las actuales redes de cobertura nacional, proporcionando mayor espectro a las estaciones locales o regionales. Posibilidad de llega r a lugares muy remotos, económicamente difíciles de alcanzar con otros medios de comunicación. Desventajas de la Difusión Directa por Satélite: Costo adicional en los receptores. Estos requieren de una pequeña antena parabólica (60 a 80 cm) y un convertidor. Estos accesorios no son necesarios para la televisión terrenal. Imposibilidad de coberturas locales o regionales. Por su propia característica de radiación, este sistema es para cobertura nacional. Para cobertura local o regional tienen que usarse sistemas terrenales. Carencia de una norma mundial de decodificadores para la televisión digital multiprograma. Los sistemas multiprogramas en actual funcionamiento, operan con diferentes sistemas de códigos, por lo cual se necesitan diferentes decodificadores según sea el sistema utilizado. La UIT ya ha aprobado recomendaciones para normalizar un único decodificador a nivel mundial, tal como se ha logrado para la televisión digital, con lo cual se conseguiría reducir los costos del equipo receptor.

15 Anexos Especificaciones del satélite GALAXY VIII-i: Fabricante: PanAmSat Corp. Nave de lanzamiento: Hughes 601HP Fecha de lanzamiento: 8 de diciembre 1997 Vehículo: Atlas IIAS Lugar de lanzamiento: Cabo Cañaveral, Fla. Posición Orbital: 95 W Vida Contractual: 15 años. Ku-band 32 active (8 spare) 118-w TWTAs for DTH 1 active (2 spare) 50-w TWTA for telecommunications network Solar Beginning of life End of life Panels 9.9 kw 8.6 kw 2 solar wings, each w/4 panels of dual-junction gallium arsenide cells Batteries 29-cell NiH Liquid apogee motor 110 lbf LAM Stationkeeping -6 thrusters N-S -6 (ion propulsion) E-W (bipropellent) In orbit L, solar arrays: 86 ft (26 m) W, antennas: 23 ft (7 m) Stowed H: 13 ft 3 in (4 m) W: 8 ft 10 in x 11 ft 9 in (2.7 m x 3.6 m)

16 N-S (bipropellent) 4 x 10-3 lbf 4 x 2 lbf 8 x 5 lbf Weights Launch In orbit (beginning of life) 7800 lb (3537 kg) 4326 lb (1962 kg) 2 107"-diam shaped Gregorian transmit antennas 2 50"-diam shaped receive antennas Bandas de operación para satélites: Las frecuencias distribuidas por WARC (Conferencia de Radio Administrativa Mundial), se resumen en la siguiente figura: Banda Tierra-Espacio Espacio-Tierra C 5,850-6,425 MHz 3, MHz

17 Ku GHz GHz GHz X 7,965-8,025 MHz 7,315-7,357 MHz Ka GHz GHz L 1, ,645.5 MHz 1, ,652.5 MHz 1,525-1,544 MHz 1,545-1,551 MHz 1, ,576.6 MHz Bilbliografia - Nakamachi.com - Boeing. - PamAmSat. - Teleco La Television por Satelite.