COMUNICACIONES POR SATÉLITE

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1 COMUNICACIONES POR SATÉLITE Características generales Introducción. Evolución y situación actual. Servicios y Redes de satélites. Bandas de frecuencias. Orbitas y coberturas. Segmento espacial. Subsistemas, Antenas, Transpondedores, Lanzamiento. Segmento terreno. Estructura. Antenas. Apuntamiento. LNA. Amplificadores de potencia. Técnicas de acceso múltiple Balance del enlace. PIRE y G/T. Atenuación atmosférica y por lluvia Balance ascendente y descendente. Backoff. Interferencias. Balance conjunto. Objetivos de Calidad y disponibilidad. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 1

2 Características generales Sistemas y redes de telecomunicaciones por satélite Flexibilidad. Posibilidad de cobertura mundial. Comunicaciones para áreas aisladas y con dificultades geográficas. Facilidad para reconfiguración y cambios de tráfico. Rápido establecimiento de redes. Posibilidad de comunicaciones eventuales Múltiples servicios. Enlaces fijos (punto a punto) para voz, imágenes, datos, multimedia. Rutas alternativas y de reserva. Distribución (punto a multipunto), radiodifusión (Audio, TV, datos). Recolección (multipunto punto) Capacidad de acceso multiple (multipunto a multipunto). Coste de las comunicaciones independiente de la distancia. Retardo temporal importante Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 2

3 Evolución Histórica 1945 A.C. Clarke. Propone la utilización de satélites Geoestacionarios Desarrollo del transistor y del ordenador electrónico Lanzamiento del primer cohete espacial (Sputnik) 1960 ECHO 1 Satélite pasivo de órbita baja (1500 Km.) TELSTAR 1, RELAY Satélites activos. Órbitas elípticas bajas ( Km) SYNCOM 3 Primer satélite geoestacionario (32 Kg, 2 W, BW = 5 MHz) 1965 INTELSAT I Primer satélite comercial geoestacionario MOLINYA Primer satélite soviético (Órbita elíptica) 1971 INTELSAT IV Etapa madura de las comunicaciones por satélite INMARSAT Comunicaciones móviles marítimas por satélite 1983 EUTELSAT Sistemas regionales de satélites 1984 TELECOM Sistemas nacionales de satélites 1992 HISPASAT Sistemas español de satélites 1998 IRIDIUM Redes de satélites de órbita baja 2000 Mini, micro, nano satélites Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 3

4 Evolución del sistema de satélites INTELSAT (I) Tipo Año Peso Kg Vida años Dimensiones Ancho (m) Alto IS ,5 0,72 0,59 240/1 TV Delta IS-II ,42 0,67 240/1 TV Delta IS-III ,42 1, /4TV Delta Circuitos Tf. Lanzador Innovaciones Estabilización, 50 MHz antenas omni. Acceso multiple Cobert. Global Antenas bocina 500 MHz IS-IV ,38 5, TV Atlas Antenas parabólicas IS-IVA ,38 6, TV Atlas IS-V ,84 6, TV IS-VI ,63 11, TV IS-VII TV IS-VIII TV IS-IX > transpon. 36 MHz Atlas Lanzadera Ariane IV Lanzadera Ariane IV Lanzadera Ariane IV Lanzadera Reutilización de frecuencia Banda 11/14 GHz tres ejes SS/TDMA Coberturas reconfigurables SDH, ATM Internet Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 4

5 Evolución del sistema de satélites INTELSAT (II) Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 5

6 Servicios y Redes de Satélites Satélite Servicio fijo por satélite (FSS) Enlace entre puntos fijos. Telefonía, Televisión, Datos. Enlaces internacionales Servicios móviles por satélite. (MSS) Terrestre (LMSS) Marítimo (MMSS) Aeronáutico (AMSS) Servicio se radiodifusión por satélite (BSS) Distribución de señales de audio y video (DBS) Difusión directa a los hogares (DTH) Redes de transmisión de datos. Redes públicas y privadas con estructuras en estrella o mallada Terminales VSAT Estación transmisora/receptora Estación Control Segmento espacial Servicios multimedia: Integración de voz, imágenes, datos Estación receptora/transmisora Segmento terreno Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 6

7 Bandas de frecuencias Banda Banda L 1,5-2 GHz Banda S 2-3 GHz Banda C 6/4 GHz Banda X 8/7 GHz Banda Ku 13/11 GHz Banda K 18/12 GHz Banda Ka 30/20 GHz Frecuencias (GHz) Enlace ascendente Frecuencias (GHz) Enlace descendente 1,61 1,66 1,452 1,61 1,93 2,01 2,025-2,11 2,29 2,5 2,655 2,69 5,925-6,425 (500 MHz) 5,725 6,275 (550 MHz) ,075 (1255 MHz) 7,925-8,425 (500 MHz) 12,75 13, ,5 ( MHz) 3,7 4,2 (500 MHz) 3,4 3,9 (500 MHz) 3,5 4,2 4,5 4,8 (1100 MHz) 7,25-7,75 (500 MHz) 10,7-12,75 (2.005 MHz) Utilización Comunicaciones móviles por satélite, Comunicaciones móviles por satélite, fijas, radiodifusión. Intelsat, Satélites nacionales: Westar, Satcom, Comstar, (USA), Anik (Canada), STW, Chinasat (CHINA), Palapa (Indonesia) Telecom I (Francia), CS-2 (Japón) Molinya, Intersputnik (URSS) Bandas ampliadas, CAMR-79,85,88 Satélites gubernamentales y militares Intelsat, Eutelsat, satélites nacionales, DBS 17,3 18,4 Radiodifusión, fijos 27, ,2 21,2 Japón, Europa, USA Enlaces intersatélites Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 7

8 Leyes de Kepler 1 La órbita de cada planeta (satélite) es una elipse con el sol (tierra) en uno de sus focos. 2 La línea que une al sol (tierra) a el planeta (satélite) barre áreas iguales en tiempos iguales. 3 El cuadrado del periodo de revolución es proporcional al cubo de su semieje mayor (a). T = 2π 3 a μ μ = G M = Cte. Gravitacional Masa G = 6, m 3 Kgsg 2 Planeta Apogeo Perigeo Tierra μ = 3, Km 3 sg 2 Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 8

9 Orbitas Órbita geoestacionaria (GEO): Circular con periodo igual al de la Tierra (24 horas). Altura km Tiempo de propagación. (260 ms i/v) Órbita media (MEO): Altitud: km. Periodo: 6 horas. Tiempo de propagación es alto Cobertura global con 3 ó 4 satélites, Órbita baja (LEO): polares y elípticas Altitud de 2000 a 4000 km y poseen un periodo de 90 minutos. Tiempo de propagación de la señal bajo. Correcciones continuas de la órbita debido al efecto de la atmósfera Son necesarios muchos satélites para cubrir el globo. Órbita muy elíptica (HEO): Perigeo a unos 500 km y el apogeo a Las órbitas inclinadas 63,5º El período varía de las 8 a las 24 horas. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 9

10 Orbita Geoestacionaria Satélite situado en el plano ecuatorial de la tierra. Velocidad angular del satélite igual a la velocidad de rotación de la Tierra. mg r = g 0 para Fuerza de atracción = Fuerza centrífuga 3 0 r r g = 9,81 m r = km v = km / s = m r r 6377 FA h r0t 2π T = 23 h 2π T 2 s 2 2 v =ϖ r G M = 2 r 0 T 56 4 = 86164s h = r r 0 0 = 2π ϖ = T = km v r v FC Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 10

11 Orbita Geoestacionaria (II) PRINCIPALES PERTURBACIONES DE UNA ÓRBITA GEOESTACIONARIA CAUSA EFECTO Atracciones de la luna y el sol. Cambio en la inclinación de la órbita (0.75 a 0.95) Asimetría del campo gravitacional terrestre (triaxialidad) Presión de la radiación solar Estructura no homogénea Campo magnético terrestre Impacto de meteoritos Movimientos internos del satélites, (antenas, ajustes solares, combustible), etc. Cambios en la posición de longitud del satélite ("deriva", movimiento este-oeste), al alterar su velocidad. Acelera al satélite, cambio en la excentricidad de la órbita (la cual se manifiesta como una variación en longitud), ocasiona giros si la resultante no incide en el centro de la masa. Giros alrededor de su centro de masa. Giros, pero menos significativos. Modificación de posición y orientación, posibles daños a la estructura. Pares mecánicos variación del centro de masa Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 11

12 Coberturas (I) Global mediante tres satélites geoestacionarios. Sistema INTELSAT con 3 haces globales en las regiones de los Oceanos Atlántico, Indico y Pacífico. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 12

13 Coberturas (II) Intelsat Global Hemisférica Zonal Puntual θ = 17, 5 º Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 13

14 Coberturas (III) Eutelsat. Haces conformados Mediante alimentadores multiples, se consigue una cobertura adaptada a las zonas de interés Hispasat. Varios tipos de servicios: DBS, SFS, Misión América, Misión gubernamental. Varios tipos de cobertura. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 14

15 Orbitas de baja altura (LEO) Constelaciones de satélites: Orbitas circulares Globastar (48 satélites) Iridium (66 satélites), Teledesic (840 satélites) Sistema multimedia en banda Ka Cobertura mundial celular Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 15

16 Situación geográfica. Estación terrena ET Longitud: Lon T= HOE T (+ al Oeste) Latitud: Lat T= E T OE T (+ al Norte) Satélite. PS: punto subsatélite Longitud: Lon S = HOP S (+ al Oeste) Latitud: Lat S = P S OP S (+ al Norte) Lat S = 0 para satélites geoestacionarios E T E T Meridiano 0 O Lat T LonT R 0 H Ecuador Ecuador O H P S Lat S Lon S P S Meridiano 0 Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 16

17 Orientación y apuntamiento de antenas (I) Elevación (E): Ángulo entre la recta según la cual esta dirigido el eje de la antena y el suelo. Azimut (Az) : Ángulo entre la dirección norte y la proyección sobre el suelo de la recta en la cual está dirigida la antena E Az N S E O E T d Lat T γ Lat S P S r a P S a: diferencia de longitudes entre la estación terrena y la del satélite = Lon T -Lon S Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 17

18 Orientación y apuntamiento de antenas (II) cos γ = cos(lat T ) cos(lat S ) cos(lon T Lon S ) 2 rs = km r T rt d = rs 1+ 2 cos( γ) r rt = 6377 km S rs s = 0,5 (a + c + γ) rs sen γ cos E = a = LonT LonS d c = Lat Lat α = 2 tan 1 Az = α Az = 180 α Az = 360 α sen (s γ)sen ( s Lat ) sen (s)sen (s a) T Si Lat T > 0 y Lont T < Lont S Si Lat T > 0 y Lont T > Lont S Si Lat T < 0 y Lont T < Lont S T S Polo Az E T α γ P S P S d P S E Polo γ Az r S r T E T α Az =α Si Lat T < 0 y Lont T > Lont S Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 18

19 Segmento espacial Satélite Plataforma. Subsistemas secundarios Estructura. Subsistema de control térmico. Subsistema de alimentación de energía Subsistema de control de actitud y de órbita. Subsistema de telemedida, telemando y seguimiento Subsistema de propulsión Carga util (Pay load) Subsistema de antenas. Subsistema de transpondedores. Telemedida, Telemando y Seguimiento. Centro de control del satélite desde tierra Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 19

20 Plataforma (I) Estructura del satélite. Proporciona el interfaz mecánico con el lanzador Soporte estructural durante la integración, pruebas, lanzamiento y operaciones orbitales. Condicionantes: Masa total Rigidez Resistencia. Mecanismos para el despliegue de estructuras. Antenas y paneles solares. Motores, muelles, dispositivos pirotécnicos Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 20

21 Plataforma (II) Control de Actitud: Orientación y apuntamiento del satélite en el espacio Sensores de tierra y sol. Control Estabilización por rotación. Tres ejes: mediante volantes de inercía Control de la órbita: Mediante correcciones periódicas. Sistemas de propulsión quimicos. eléctricos Iónicos Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 21

22 Plataforma (III) Control térmico. Temperaturas operacionales ante ciclos térmicos. (5000 K sol - 3 K fondo) Persianas térmicas. Radiadores. Sistemas de refrigeración Telemedida, telemando y seguimiento. TTC Interfaz con el segmento terreno. PCM/PSK. Antenas con cobertura omnidireccional Subsistema de propulsión Motores de apogeo y de control. Propulsión sólida, líquida, (hidracina), gas frio, eléctrica Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 22

23 Plataforma (IV) Alimentación de energía. Panéles solares: Flujo solar: 1370 w/m 2 Si 18 %, AsGa 23 % eficiencia Baterías. NiCd, Ni H 2, Ni MH Necesarias para los eclipses Satélites geoestacionarios: 45 días centrados en los equinoccios y de duración máxima de 70 minutos Primavera Nucleares:Isótopos Sg en eclipse ene 26- feb mar abr Duración del eclipse Fecha del año 27- ago sep 24- oct dic Km Verano Invierno Otoño Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 23

24 Carga util (Pay Load) Subsistema de antenas Varios tipos de antenas para diferentes bandas y misiones. Subsistema de transpondedores: Sección de entrada. Sección de cambio de frecuencia. Transposición Sección de salida: Amplificación TWT (TOP) o de estado sólido Filtro de entrada Amplificador de bajo ruido Conversión de frecuencia Amplificador de potencia Antena de recepción Antena de transmisión Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 24

25 Subsistema de antenas Cobertura global: Bocinas con anchura de haz θ = 17 º Puntuales: reflectores parabólicos: Concentran la energía en una zona pequeña Conformadas: Reflectores parabólicos con alimentadores múltiples. Adecuan el diagrama de radiación a la zona a cubrir. Móviles: Reflectores parabólicos actuados mecánicamente o con alimentadores múltiples. Pueden cambiar la orientación del diagrama de radiación Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 25

26 Subsistema de transpondedores (I) IMUX DBS OMUX DBS Ch 23 Ch 23 17,3-17,7 LNA + Down Conv Ch 27 Ch 27 Antena DBS Ch 31 Ch 31 Antena DBS 5178 MHz Ch 35 Ch 35 Ch 39 Ch 39 Canal de TVA Desde FSS MHz Ch 6 Antena TVA Ch 6 TVA beacon MHz Beacon Ch 27 OMUX TVA Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 26

27 Subsistema de transpondedores (II) Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 27

28 Telemedida, seguimiento y Telecomando (TTC) Enlace entre la nave y el centro de control en tierra: Permite monitorear las telemetrías del estado del satélite (Telemetry). Transmite los comandos apropiados. (Command). Evalua la trayectoria del satélite (Tracking) mediante la medida de distancia (Ranging). Sistema crítico para la misión espacial Alta fiabilidad mediante redundancia. Centro de Control de Satélites: Responsable de la operación y control de los satélites. Incluye los sistemas operacionales que permiten la supervisión, control y mantenimiento en la posición orbital de los satélites: Campo de antenas y los subsistemas de control. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 28

29 Lanzaderas El lanzamiento es un segmento diferenciado de los demás dada su importancia crítica para la puesta en órbita y su coste. El/los satélites irán alojados en la cofia del lanzador clásico. Para las lanzaderas tipo shuttle, los satélites van alojados en la bodega Los satélites necesitan un motor de perigeo adicional Ariane Delta Ariane 4 Long March H-1, Titan Space Shuttle LM-4 Ariane V France USA France China Japan USA USA China Europa Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 29

30 Lanzamiento Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 30

31 Segmento terreno Sistema de antena. Amplificadores de recepción de bajo nivel de ruido. Amplificadores transmisores de alta potencia. Convertidores de frecuencia y modems. Equipos de multiplexación y demultiplexación. Equipos de conexión con las redes terrestres. Equipos auxiliares y alimentación de energía. Infraestructura general BANDA BASE FRECUENCIA INTERMEDIA ALTA FRECUENCIA Equipo Interfaz con la red terrenal Equipo alimentación Multiplexación y demultiplexación Equipo de procesado de señal Equipo supervisión y mando Modulador Demodul. Up converter Down converter Combinador Divisor Amplificador de Potencia Duplexor Amplificador de B. Ruido Seguimiento Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 31

32 Sistema de antena (I) Diámetros desde 60 cm (recepción de TV) hasta 70 m (exploración espacial). Tipos de antenas: Cassegrain (Subreflector hiperbólico) Gregorian (Subreflector parabólico) Descentradas (Offset) Ancho del haz entre puntos a 3 db λ BW = 70 D Ganancia por directividad κ: eficiencia del alimentador (0,5-0,8), 4πA πd G = κ = κ 2 λ λ 2 producto de varios factores πd G(dB) = 10log κ λ Lóbulos laterales. Antenas a partir de 1995 ϕ el ángulo con respecto al eje en la dirección de la órbita del satélite geoestacionario. 2 G = 29 25log ϕ G = 10 dbi 1º ϕ 48º dbi 48º ϕ 180º Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 32

33 Sistema de antena (II) T Temperatura de ruido de la antena A 1 = α Τ F A0 1 ΤA0 + 1 α = T + T C S F T F 1 + α ( T T ) T C : temperatura de ruido debido cielo despejado T S : temperatura de ruido de la antena debida al suelo T atm :temperatura física de la atmósfera 270 K T F : temperatura física de los elementos de alimentación (Si no están refrigerados = T 0 = 290 K) α F : pérdidas resistivas debidas a los elementos no radiantes del sistema de alimentación α atm :Atenuación debida a la atmósfera y a las precipitaciones (veces) F 1 1 α Sistemas de posicionamiento y seguimiento. Dependen del tamaño de la antena relativo a la longitud de onda. Antenas pequeñas: D/l < 150 Sin seguimiento. Ajuste manual Antenas de tamaño medio: Seguimiento por programa, o pasos. Antenas grandes: Seguimiento monopulso. atm atm C Temperatura de ruido de la antena con cielo despejado T A0 Angulo de elevación (grados) f (GHz) Diám. (m) T c (K) 1 11, ,3 2 11,45 18,3 7,3 3 17,6 10 8,3 4 18,4 13 9,3 5 31, ,5 6 18,75 11,5 4,5 Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 33

34 Elementos de comunicaciones (I) Amplificador de bajo ruido. LNA. NF: 0,7-1,5 db; G: db El amplificador de entrada debe tener la menor figura de ruido posible. Deberá estar situado lo más cerca posible del diplexor de antena para evitar pérdidas, Δ 7 K por cada 0,1 db de pérdidas. Temperatura total de ruido del sistema de recepción T A Τ S = T1 T2 Tn g1 g2 gn Τ A + T R T R T i Τ2 Τ3 = Τ 1+ + g1 g1g = Τ (F 1) 0 n Τn g g...g 1 2 n Amplificador de alta potencia. HPA. Amplifica las señales para ser enviadas al satélite. Pueden ser Klystrons, Tubos de ondas progresivas (TWT) o de estado sólido. El TWT es un amplificador de banda ancha de hasta 500 MHz, con lo que puede amplificar varios canales de forma simultanea. Sin embargo esto produce productos de intermodulación por lo que debe trabajar fuera de saturación. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 34

35 Elementos de comunicaciones (II) Convertidores de frecuencia. Convierten las señales de FI a microondas (up-conv) y viceversa (down conv.) FI de 70 o 140 MHz y conversión mediante varias etapas. Moduladores/demoduladores. Superponen o extraen las señales de información a la portadora de FI. Para señales analógicas modulación de FM. Para señales digitales QPSK. Se está pensando en utilizar GMSK u otras más avanzadas. Equipos de procesado de señal. Multiplexación/demultiplexación, sincronización en las TAM, encriptado/desencriptado, codificación y decodificación Interfaz con la red terrenal. Para enlaces con centrales de conmutación o nodos de inserción, extracción por fibra óptica, cable coaxial, o radioenlaces. Para aplicaciones sencillas, VST, DBS, etc, enlace directo con la aplicación o protocolos de comunicaciones (RS-232, X-25, etc) Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 35

36 Infraestructura Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 36

37 Tecnicas de Acceso Multiple Varias estaciones de la misma red intercambian información a través de un único punto nodal, el satélite. (Tráfico) Acceso Multiple por División de Frecuencia (FDMA). Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA). Acceso Múltiple por División de Código (CDMA). Secuencia Directa (DS-CDMA) Salto de frecuencia (FH-CDMA) Acceso Múltiple Aleatorio en el Tiempo (TRMA). Por la forma de asignar los recursos del satélite a los usuarios. Preasignados, de una forma fija o parcialmente fija, ciertos usuarios disponen de determinados recursos frecuencias portadoras, slots temporales, o códigos Asignación por petición Acceso Multiple Asignado bajo Demanda, (DAMA:) En un satélite (o dentro de un transpondedor) pueden utilizarse diferentes técnicas de acceso, y/o combinaciones de las anteriores. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 37

38 FDMA (I) Características de FDMA. División del ancho de banda de cada transpondedor en bandas más pequeñas (portadoras) Pequeña banda de guarda para evitar solape de espectros. Cada portadora puede modularse analógica (FM) o digitalmente (PSK). Cada estación terrena transmite continuamente. El receptor del enlace descendente selecciona la portadora deseada de acuerdo con la frecuencia utilizada. Hacen falta tantos receptores como portadoras se desee seleccionar. Puede utilizar sistemas preasignados o sistemas de asignación por petición La División del ancho de banda total en el satélite en varios canales es una forma de acceso múltiple por división de frecuencia. Es el método más sencillo de implementar y el primero que se utilizó. Actualmente no es muy utilizado como método único de acceso. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 38

39 FDMA (II) Una portadora por estación: Las señales en BB son multiplexadas y moduladas por una portadora FDM/FM,para señales analógicas, TDM/PSK, para señales digitales. P Una portadora por enlace (SCPC): Cada una de las señales en BB, o cada usuario modula una portadora FM, para señales analógicas, PSK, para señales digitales. P B C y C B N f B C N(N-1) f y A A y A C A B A B C A B C Emisores Receptores A B C A B C Emisores Receptores Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 39

40 FDMA (III) Principal inconveniente: Aparición de productos de intermodulación en la banda ocupada producidos por la característica de transferencia no lineal de los amplificadores de potencia. f IM = m 1 f1 m 2 f 2,... m N f N ; m i : 0,1,2,3... C N C = N C + N C + N Para reducir el ruido de intermodulación: trabajar lejos de la saturación del amplificador reduciendo la potencia a la entrada del mismo, Back-off de entrada (BO IN ). Reducción de la potencia de salida, Back-off de salida (BO out ), SAT Potencia de salida Transferencia del TWT (C/N 0 ) IM db/hz O -1 TOTAL O -1 ASC O -1 DESC O Incremento del número de portadoras -1 INTERM Potencia de entrada Potencia relativa a saturación SAT -20 db -10 db 0 db Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 40

41 TDMA (I) Cada estación dispone totalmente del ancho de banda del transpondedor pero sólo en un determinado intervalo de tiempo. Sólo existe una portadora en el sistema a la vez, elimina los productos de intermodulación y permite al amplificador trabajar en el punto de saturación Las señales en BB TDM/PSK son moduladas por una portadora A B C La transmisión de discontinua y en ráfagas (burst) R B t1 t 1 t2 t 3 t 2 t3 t Velocidad binaria de entrada, R b Estructura de trama T F Velocidad binaria total: R T R = T R b T T F B A B Emisores C A B Receptores Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 41

42 TDMA (II) Trama Intelsat, Eutelsat símbolos, 2ms RB 1 Ráfaga de referencia TBa RB2 TBb 64 símbolos Tiempo de guarda Rec. portadora y reloj bit UW TTY SC VOW VOW CDC RB 1 : Ráfaga de referencia de la estac. 1 TBx: Ráfaga de tráfico de estación x UW: Palabra única, secuencia de bits que permiten la sincronización y resolución de la ambigüedad de fase. SC : Canal de servicio, alarmas y manejo de red. símbolos Ráfaga de tráfico RB1 Rec. portadora y reloj bit UW TTY SC VOW VOW Tráfico n x 64 Preámbulo CDC: Canal de control y retardo. Contiene la información de retardo Dn. TTY, VOW: Ordenes telegráficas y telefónicas para comunicaciones entre estaciones símbolos Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 42

43 TDMA (III) Sincronización. La sincronización es fundamental para evitar que las ráfagas de una estación se solapen con las de otras. Debido al movimiento de los satélites, incluso en órbitas geoestacionarias, hace que la sincronización no sea sencilla. Las estaciones debe transmitir de forma que su ráfaga llegue con un retardo dn con respecto a la de referencia. El inicio de trama transmitida (SOTFn) para cada estación es distinto. El problema de la sincronización es determinar ese inicio de trama (SOTFn). Distancia Inicio trama k d 1 d 2 d N d n B 0 B 1 B 2 B n B N B 0 Inicio trama k+ 1 Satélite Km 75 Km 85 Km SOTFn SOTF1 d 1 B 1 B 0 d n B n Estación 1 Estación referencia Estación n SOTF N d N B N Estación N Tiempo Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 43

44 TDMA (IV) Sincronización en lazo abierto Inicio trama k Distancia m Tf Inicio trama k+m Bo Bo B n Relación entre el inicio de la trama en transmisión y recepción Satélite SOTFn SORFn = Dn = mtf 2 Rn / c SORFn SOTFn Bo Rn /c Dn dn Dn = mtf-2rn/c Bn Estación n Tiempo Para que Dn >0, es necesario escoger m, tal que mt F sea mayor que el valor 2R n /c para la estación n que está más alejada del satélite La estación n identifica SORF n por medio de la palabra única de la estación de referencia y transmite en el instante D n + d n posterior La posición del satélite puede ser proporcionada por la estación de control de órbita. Mediante el campo CDC puede difundir los valores de D n a cada una de las estaciones. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 44

45 TDMA (V) Sincronización en lazo cerrado: La estación n recibe su ráfaga y mide el tiempo entre la detección de la palabra única de la ráfaga de referencia y la de su propia ráfaga. d on (j) es el valor observado en la recepción de la trama para un valor de D n (j) usado para determinar el tiempo de transmisión La diferencia e n (j) = d on (j) - d n es el error de posición de la ráfaga. La estación incrementa el valor de D n D ( j + 1) = D ( j) e ( j) Bo Bn Bo Bn Satélite n n n Bo Bn Recepcion Bn d on (j) e n (j) d n Bn Transnision D n (j) d n D n (j+1) d n D n (j+1) = D n (j) - e n (j) Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 45

46 TDMA (VI) Eficiencia de TDMA. Relación de la capacidad del canal para un único acceso y para acceso múltiple, considerando que se ocupa todo el ancho de banda en los dos casos. Porcentaje de datos con información con respecto a los totales transmitidos (incluyendo preambulo, guardas y ráfagas de referencia (sumatorio) η =1 t i T F La eficiencia depende del número P de ráfagas en la trama. Si p es el número de bits en la cabecera y g la duración en bits equivalente del tiempo de guarda, y con dos ráfagas de referencia. (R: régimen binario del canal) η = 1 ( P + 2)( p + g) / RT F Ventajas: No importan las no linealidades del TWT, trabajan en la zona de saturación obteniendo así el máximo rendimiento. No es necesario ningún ajuste de potencia. Todas las estaciones transmiten a la misma potencia y a la misma frecuencia. Inconvenientes. Necesidad de sincronización. Necesidad de dimensionar la estación para una alta eficiencia. Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 46

47 CDMA (I) Cada estación transmite continuamente y de forma simultanea en todo el ancho de banda del canal mediante técnicas de espectro ensanchado La interferencia entre las estaciones es resuelta por el receptor que identifica al transmisor/es deseados por medio de un código. Los códigos utilizados son secuencias binarias ortogonales con ciertas propiedades de correlación, que se combinan con la señal de información en cada transmisor. (espectro ensanchado) Códigos m-secuencia, códigos Gold, Kasami Lógica de Realimentación Reloj Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa m Salida de la secuencia PN Dos técnicas para el acceso múltiple por división de código. Secuencia directa DS-CDMA Salto de frecuencia FH-CDMA (frequency hopping). Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 47

48 CDMA (II) Secuencia directa DS-CDMA La señal de información m(t) a una velocidad R b = 1/T b,en NRZ, m(t) = 1, se multiplica por una secuencia p(t), también en NRZ de tasa R c = 1/T c R c (10 2 a 10 6 ) > R b. T c : periodo de chip. s(t) = m(t) p(t) cosϖ c t Transponder r(t) = m(t) p(t) + m(t) p(t)cos 2ϖ x (t) = m(t) p(t) p(t) = m(t) c t Datos m(t) p (t) Filtro Banda Base Señal ensanchada S(t) FPB r(t) x(t) Demodulador. CBPSK DPSK Datos Generador código PN Oscilador fc Oscilador fc Sistema de Sincronización Reloj Chip Transmisor Generador código PN Receptor Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 48

49 CDMA (III) Señales temporales y densidad espectral de potencia de un sistema DS-CDMA m(t) p (t) Sss (t) T c T b Sss (t) p (t) m(t) m(t) S ss (t) Tiempo m(t) Tiempo Otros usuarios Señal deseada B 1/T s f W ss T c f B W ss f r(t) = s(t) + s (t) s(t) = m(t)p(t) cosϖ x(t) = m(t)p(t) i 2 + ct y si (t) = i i m i (t)pi (t)p(t) = m(t) + m (t)p (t) cosϖ c m (t)p i t i (t)p(t) mensaje más el ruido debido a la interferencia de los otros usuarios. Si los códigos elegidos tienen una baja correlación cruzada este ruido será pequeño Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 49

50 CDMA (IV) Salto de frecuencia (FH-CDMA) El mensaje modula a una portadora cuya frecuencia es generada por un sintetizador, que está controlado por un código, a velocidad Tc T b : Periodo de bit. B = 1/T b Transponder Ganancia del proceso G = Wss/B T h : Periodo de salto. Wss = 1/T h Datos Modulador Señal ensanchada Filtro B ancha Filtro paso B Demod. Datos Oscilador Sintetizador frecuencia Sintetizador frecuencia Sistema de Sincronización Transmisor Generador código PN Generador código PN Receptor Reloj Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 50

51 CDMA (V) Sincronización (dos fases): Adquisición: la señal recibida es correlada (multiplicada, filtrada paso banda y detectada) con una secuencia generada localmente. Cuando la secuencia generada este en fase con la recibida, la autocorrelación será máxima y se habrá logrado la adquisición de la sincronización. Para conseguir esto se desplaza la fase de la secuencia generada en un chip Tc. Seguimiento: se utiliza básicamente un lazo enganchado en fase. Una técnica utiliza dos lazos, uno con un desfase de chip medios hacia delante p(t + Tc/2) y otro con el mismo desfase de retardo p(t Tc/2), que multiplican a la señal de entrada. Las dos señales producidas atacan a un detector de envolvente, cuyas salidas son restadas para producir una señal de error, que una vez filtrada controla el avance o el retroceso del generador de secuencias. Receptor RAKE Permite recibir a varios usuarios de forma simultanea Permite mediante integración simultanea de varios caminos poder realizar técnicas de cancelación de interferencias Correlador 1 Correlador 2 Z 1 Z2 1 2 Z T > ( )d t < 0 m (t) Correlador M Z M Radiocomunicación Comunicaciones por satélite 51

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