Fundamentos de los sistemas satelitales. Capítulo 2 IT

Transcripción

1 Fundamentos de los sistemas satelitales Capítulo 2 IT

2 Un poco de humor Es momento de ver la realidad, mis amigos,... No somos exactamente científicos en cohetes 2

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 3

4 Características básicas de los sistemas satélites 4

5 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

6 Un sistema de comunicaciones de tres satélites geoestacionarios provee una cobertura casi mundial. 6

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) 7

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 8

9 Mínimo ángulo de elevación Causas que afectan el mínimo ángulo de elevación de la antena de la estación terrena (>0 o ) 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 9

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 10

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 11

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 12

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 13

14 Bandas de frecuencias para las comunicaciones satelitales 14

15 La constelación de satélites no GEO usada por el sistema Iridium. 15

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 16

17 Pisada típica satélite de comunicaciones doméstico en USA mostrando su cobertura 17

18 Satellite Footprint Pisada típica de un satélite en banda C 18

19 El satélite JCSat 2a operado por SkyPerfect JSAT y fabricado por Boeing. (Fuente: Sky Perfect JSAT.) 19

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 20

21 Configuración básica de un sistema satelital 21

22 Subsistema de comunicaciones del satélite 22

23 Funciones del subsistema de comunicaciones del satélite 23

24 Esquema de la estación terrena 24

25 Configuración básica de la estación terrena 25

26 Organizaciones 26

27 Operadores 27

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 28

29 Las microondas terrestres y los sistemas de cable requieren múltiples saltos, comparado al satélite que provee la misma capacidad con un solo salto. 29

30 El modem satelital de Hughes para uso con los satélites GEO de Inmarsat 4. (Fuente: Hughes Communications, Inc). 30

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). 31

32 Estación terrena en banda Ku, altamente transportable para desastres y aplicaciones temporales (flyaway). 32

33 El receptor XM Xpress RC tiene la habilidad de almacenar los últimos 60 minutos de radio. (Fuente: XM Satellite Radio) 33

34 El satélite Boeing 702 es ejemplificado por el Galaxy IIIC, con 87 transpondedores. (Fuente: Boeing). 34

35 El satélite Iridium LEO, fabricado por Motorola, Lockheed Martin, and Ray-theon. (Fuente: Lockheed Martin) 35

36 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 36

37 El segmento de tierra de una red satelital que proveen sistemas interactivos de dos vías a varias ubicaciones 37

38 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

39 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

40 Ejemplo de un terminal de abonado VSAT usado en comunicaciones de datos de dos vías. (Fuente: Hughes Communications, Inc) 40

41 Ilustración de las leyes de Kepler del movimiento planetario 41

42 Periodo de la órbita (en horas) versus altitud, basada en la 3ra ley de Kepler. 42

43 Las tres orbitas más populares para las comunicaciones satelitales: LEO, MEO, y GEO 43

44 Efectos de la atenuación atmosférica para trayectos espacio a Tierra como una función de la frecuencia (condiciones de aire limpio): A atm aplicadas para una estación terrena ubicada en el ecuador en la misma longitud que la del satélite GEO. 44

45 El espectro de RF identificando las bandas de frecuencias comúnmente usadas y sus designaciones: HF, VHF y UHF 45

46 Las regiones de la UIT 46

47 Efecto de un haz ancho en una antena de una estación terrena para usar en un arco tipo GEO. 47

48 Mejora en el arco GEO utilizando estaciones terrenas con antenas de anchos de haces estrechos Haz principal Main beam de la of antena earth de la station estación antenna terrena 48

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 49

50 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 50

51 Atenuación por lluvia como una función de la frecuencia para diferentes ángulos de elevación terrestres. 51

52 Ubicación espectral y longitudes de onda para transmisión óptica 52

53 Sistema de transmisión óptico SILEX del satélite ARTEMIS, enlazado con un satélite de observación terrestre tipo LEO. (Source: European Space Agency.) 53

54 Muchas gracias por su atención UNI FIEE Lima Perú 54