u-iii_comunicaciones_satelitales_final.pdf

CURSO: Microondas,

Comunicaciones por Satélite y Redes

de Fibra Óptica

Unidad III: Comunicaciones

Satelitales

• Ing. Oscar Somarriba, PhDc.

• Profesor Titular, M-GTIC/UNI-FEC

• E-mail:[email protected]

Comunicaciones

Satelitales

Comunicaciones Satelitales

Libro de Freeman

Capítulos 6, 7 & 8

ING. OSCAR SOMARRIBA 4

SISTEMAS DE

COMUNICACIONES VIA

SATÉLITE

Ing. Oscar Somarriba, PhDc.

Profesor Titular, UNI-FEC

Email:[email protected]


Objetivos Generales de la Unidad

• Conocer los diferentes componentes de un

sistema digital de comunicación por satélite.

• Discutir los principales tópicos físicos,

arquitectónicos y la conexión de redes con

sistemas satelitales.

• Definir los parámetros relacionados con el

desempeño de un sistema digital de

comunicación por satélite. Así como saber

calcularlos para especificaciones dadas.

• Explicar y aplicar las tecnologías de redes

VSAT modernas.


Agenda

• COMPONENTES DE LA COMUNICACIÓN

POR SATÉLITE

• ESTACIONES TERRENAS

• ANÁLISIS DE ENLACE VIA SATELITE

• TECNICAS DE ACCESO: FDMA & TDMA

• SISTEMAS SATELITES DIGITALES

• REDES VSAT


Agenda

ESTACIONES TERRENAS

ANÁLISIS DE ENLACE VIA SATELITE

TECNICAS DE ACCESO: FDMA & TDMA

SISTEMAS SATELITES DIGITALES

REDES VSAT

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE

COMUNICACIÓN POR SATÉLITE


Objetivos de la Primera Sección

• Listar y describir los diferentes componentes

de un sistema de comunicación digital por

satélite.

• Comparar los diferentes sistemas de

comunicación digital por Satélite existentes.

• Listar las ventajas de la comunicación digital

por satélite.


Componentes de un sistema de

comunicación por satélite.

• Generalidades

• Sistemas de comunicación por Satélite

• Arquitectura de un sistema de comunicación

digital por Satélite

• Características de los sistemas de

comunicación digital por Satélite

• Ventajas de los sistemas de comunicación

digital por Satélite

• Introducción a las redes VSAT

• Review


Pioneeros en Comunicaciones Satelitales

• Konstantin Tsiolkovsky (1857 - 1935) Russian visionary of space flight First described the multi-stage rocket as means of achieving orbit. – Link: The life of Konstantin Eduardovitch Tsiolkovsky

• Hermann Noordung (1892 - 1929) Postulated the geostationary orbit. – Link: The Problem of Space Travel: The Rocket Motor

• Arthur C. Clarke (1917 – 19 March 2008) British visionary that postulated the entire concept of international satellite telecommunications from geostationary satellite orbit including coverage, power, services, solar eclipse. – Link: "Wireless World" (1945)

http://www.informatics.org/museum/tsiol.html


Source: Union of Concerned Scientists [www.ucsusa.org]

Misiones de los Satélites


La Atmósfera Terrestre

Source: All about GPS [www.kowoma.de]


GENERALIDADES

Un sistema de comunicación por Satélite está

compuesto por :

• Un sistema de comunicación que consta de: el

Satélite, el Canal y, la Estación Terrena.

• Un sistema de comunicación que consta de:

el Satélite, el Canal y el Usuario.

Satélites de comunicaciones

• ¿Qué es un satélite de comunicaciones?

– Un “retransmisor radioeléctrico” en el espacio

– Recibe, amplifica y reorienta señales hacia la tierra

o a otros satélites (ISL)

¿Por qué emplear las comunicaciones por satélite?

• Alto cubrimiento geográfico

• Reducción del problema

de la línea de vista

• Elevada confiabilidad (99.9% Up

time)

• Difusión confiable de

información

• Fácil de instalar

• Soporta diversas aplicaciones:

– Video

– Datos

– Voz

¿Por qué emplear comunicaciones satelitales?

• Ideal para redes

distribuidas y

punto multipunto

• Ancho de banda

asimétrico

• Bajo BER

• Entrega

simultánea de

datos a varios

puntos

• Independencia de

una red pública


SATÉLITE

Diferentes tipos de Satélites:

• Satélite Tradicional

Funciona como un espejo o simple

repetidor.

•Recibe señales

•Amplifica

•Cambia la frecuencia, Amplifica, y

retransmite.


SATÉLITE (Contin.)

Diferentes tipos de Satélites

•Satélite Regenerrativo:

Ofrece la posibilidad de procesar las

señales en el espacio antes de

retransmitirlas hacia la tierra

•Demodula las señales

•Conmuta en banda base, de ser

necesario

•Modula las señales

•Ejecuta las otras funciones del Satélite

convencional

Tipos de Satélites

• GEO

– A 36000 Km.(~5,6 del radio de la tierra)

– Período orbital 23 h, 56 min. y 4 seg.

• MEO

– Altura entre 10.075 y 20.150 Km.

– Su posición relativa respecto a la superficie no es

fija.

• LEO

– Situados a 1.500 Km. por termino medio

– Períodos orbitales se encuentran entre los 90 y los

120 minutos.

– Constelación de satélites.

Satélites Geoestacionarios

• Ventajas:

– Los satélites tienen la misma velocidad angular

que la tierra, con lo que pueden establecer

radioenlaces con estaciones terrenas cuyas antenas

apuntan a un punto fijo en el cielo.

– La elevada altitud de la órbita posibilita que 3

satélites sean suficientes para cubrir toda la

superficie terrestre.

Satélites Geoestacionarios

• Desventajas:

– Las zonas de servicio de los satélites (footprints)

son muy grandes, con lo que se malgasta parte de

ella en regiones indeseadas como océanos, zonas

poco pobladas, etc.

– Debido a la elevada altitud de la órbita, las

pérdidas por atenuación son considerables. No es

posible diseñar terminales portátiles de bolsillo.

– También a causa de la distancia, el retardo de

propagación es lo suficientemente elevado

– Al ser la órbita ecuatorial, la cobertura empeora

notablemente con la latitud.

Parámetros de GEO ideal

Periodo del satélite (T) 23 hr, 56 min, 4 seg

Radio de la Tierra (r) 6,377 Km

Altitud del satélite (h) 35,779 Km

Radio de la Órbita (d = r+h) 42,157 Km

Inclinación (respecto al

ecuador) 0

Velocidad tangencial del

satélite (v) 3.074 km/seg

Excentricidad de la órbita 0

PARÁMETROS DE UNA ÓRBITA GEOESTACIONARIA

Satélites de Orbita Baja

• Ventajas:

– Débil atenuación del enlace, lo que posibilita la

reducción del tamaño de los satélites y de los

terminales, que pueden ser fácilmente de bolsillo.

– Retardo de propagación tolerable para servicio de

voz en tiempo real.

– Posibilidad de cobertura en los polos (con órbitas

inclinadas).

– Las zonas de servicio son pequeñas, permitiendo

un mejor aprovechamiento de las mismas.

– Una red LEO puede contar con ISL´s, lo que

supone una alternativa a las redes terrestres.

Satélites de Orbita Baja

• Desventajas:

– Para obtener cobertura global, necesitamos

una constelación de decenas de satélites.

– El empleo de ISL´s, conlleva un aumento

considerable de la complejidad del satélite.

– Debido a la elevada velocidad del satélite

respecto de la tierra, la conmutación de

llamadas en curso (handover) es frecuente.

Características

Resumen de orbitas

• Distancia a la tierra: (GEO, MEO, LEO)

• Plano orbital respecto al plano ecuatorial

terrestre: (ecuatorial, inclinada, polar)

• Trayectoria orbital: (circular, elíptica)

• Geosíncrona: Circular con período de un día

sideral.

• Geoestacionaria: Igual que el geosíncrono pero

tiene cero grados respecto al plano ecuatorial.

Bandas de Frecuencias

BANDASFRECUENCIA DE

TRABAJO

Banda P 200-400 Mhz.

Banda L 1530-2700 Mhz.

Banda S 2700-3500 Mhz.

Banda C

3700-4200 Mhz.4400-4700 Mhz.

5725-6425 Mhz.

Banda X 7900-8400 Mhz.

Banda Ku1 (Banda PSS) 10.7-11.75 Ghz.

Banda Ku2 (Banda DBS) 11.75-12.5 Ghz.

Banda Ku3 (Banda Telecom) 12.5-12.75 Ghz.

Banda Ka 17.7-21.2 Ghz.

Banda K 27.5-31.0 Ghz.

Banda C Banda Ku Banda Ka

La banda C se refiere al margen 5,9 – 6,4 GHz para el canal ascendente y 3,7 – 4,2 para el descendente. Proporciona transmisiones de más baja potencia que la Ku, más cobertura geográfica, con un plato del orden de 3 m, con un mayor margen de error de apuntamiento.



La banda Ku utiliza el margen 14-14,5 GHz para al canal ascendente y 11,7 – 12,2 GHz para el descendente. Esta banda proporciona más potencia que la C y, el plato de la antena receptora es del orden de 1,22 m., pero la cobertura es menor, no la afectan las interferencias terrestres, pero sí las perturbaciones meteorológicas, producen distorsiones y ruido en la transmisión.



Existe actualmente una banda de frecuencias emergente en el sector civil que proviene del ámbito militar. Se trata de la banda Ka, que opera entre 18 y 31 GHz, con la que se espera satisfacer la creciente saturación de las bandas C y Ku.


EARTH STATION ANTENNAS.ppt


SISTEMAS SATELITALES

(Recapitulando)

Orbitas Satelitales:

• Satélites de baja órbita (LEO):

Distancia: 2000 Km

Período de rotación: 90 min- 2 hrs.

Retardo: 140-220 ms

Ejemplos: Globalstar (48 Satélites a 1400

Km), Iridium (66 Satélites a 780 Km).



• Satélites de órbita intermedia (MEO):

Distancia: 10,000 - 14,000 Km

Período de rotación: 6 hrs

Retardo: 220 ms

Ejemplos:

– Odyssey, 36 Satélites a 10,356 km

– ICO-Global, 10 Satélites a 10, 355 km

– El Sistema GPS, 24 satélites @ 20,200 km

– El Sistema Galileo, 30 satélites@23,200 km.


• Satélites de órbita geoestacionaria (GEO):

Distancia: 35,800 Km

Período de rotación: 24 hrs (En sincronía con

la tierra)

Retardo: 370 ms

Ejemplo: INTELSAT VII.



COMPARACIÓN DE LAS ÓRBITAS

Ventajas Desventajas

LEO Diversidad

Satélites mas baratos

Menor potencia

Menor retardo de la señal

Cantidad de satélites

Sistema de comunicación complejo

MEO Menos cantidad de satélites Requieren más potencia que los LEO

GEO Posición fija sobre la tierra

Pocos satélites

Satélites más grandes y caros

Mayor retardo


HEO - Highly Elliptical Orbits

• HEOs (i = 63.4°) are suitable to provide coverage at high latitudes (including North Pole in the northern hemisphere)

• Depending on selected orbit (e.g. Molniya, Tundra, etc.) two or three satellites are sufficient for continuous time coverage of the service area.

• All traffic must be periodically transferred from the “setting” satellite to the “rising” satellite (Satellite Handover)


ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DE

COMUNICACIÓN DIGITAL POR

SATÉLITE

• Segmento Espacial:

Está compuesto por el conjunto de satélites

utilizados.

• Segmento Terrestre:

Estaciones Terrenas.


Datos, Telefonía, TV

Segmento Espacial

Estación de

Control

Segmento Terrestre

Datos, Telefonía, TV

Arquitectura de un sistema de

comunicaciones por Satélite


Características de los sistemas de

comunicación por satélite

• Bandas de Frecuencias Utilizadas

• Modulación

• Sistemas de Acceso Múltiple

• Reuso de frecuencias por polarización

ortogonal


SATÉLITE

Up-link

Forward

Down-link Reverse Down- link

Reverse Up-link

BANDAS DE FRECUENCIAS UTILIZADAS


Banda de Frecuencia Rango (GHz)

L 1- 2S 2- 4

C 4- 8

X 8- 12Ku 12- 18

K 18- 27

Ka 27- 40Milimeter 40- 300

Bandas de Frecuencias Utilizadas


MODULACIÓN

Codificación de la fuente:

• PCM

• ADM

• ADPCM

Modulación:

• PSK

• QPSK

• MSK

Bandas de Frec. Disponibles para


Factores que afectan el desempeño

de un “Satellite Link”

• Distancia entre la antena de la Estación Terrena

(E/T) y la antena del satélite

• Para el DL (downlink), la distancia terrestre entre la

antena de la E/T y el “aim point” del satélite

– Se muestra como una huella del satélite (“footprint”)

(Figura en la siguiente página)

• Atenuación Atmosférica

– Afectada por oxígeno, agua, ángulo de elevación, &

frecuencias altas

Satellite Footprint


Diagrama Simplificado de un

transponder (from Freeman)

Transponder

• A communications satellite’s transponder, is the series of interconnected

units which form a communication channel between the receiving and the

transmitting antennas.

• A transponder is typically composed of:

• An input band limiting device (a band pass filter)

• An Input low-noise amplifier (LNA), designed to amplify the (normally

very weak, because of the large distances involved) signals received from

the earth station

• A frequency translator (normally composed of an oscillator and a

frequency mixer- used to convert the frequency of the received signal to

the frequency required for the transmitted signal

• A output band pass filter

• A power amplifier (this can be a TWT or a solid state amplifier).

Wikipedia


Satellite Network Configurations


DETERMINACION DEL RANGO Y

ANGULO DE ELEVACION

Fuente: Freemam página 309



ANGULO DE ELEVACION (2)

Ejemplo 1



DETERMINACION DEL RANGO, AZIMUT Y ANGULO

DE ELEVACION por medio Gráficos

Aplicación del rango al Cálculo de las Pérdidas

de Espacio Libre (A0) en enlace satelitales

• We can generalize the path loss for other frequencies and path lengths using the formula:

• where A0 is the free-space path loss in decibels, f is the frequency in gigahertz, and R is the path length in kilometers.

• The term on the right can be expressed in terms of the elevation angle from the Earth station toward the satellite,

Pérdidas de Espacio Libre

• The term on the right can be expressed in terms

of the elevation angle from the Earth station

toward the satellite. i.e.

• where φ is the latitude and δ is the longitude of

the Earth station minus that of the satellite (e.g.,

the relative longitude).

Pérdida de Espacio Libre: Ajuste

del rango Inclinado (slant range)

• Substituting for R in Ao we obtain the correction term in decibels to

account for the actual path length. • This is referred to as the slant range adjustment and is a function of the

elevation angle, θ as shown in Figure 2.2.


MUX

Modula

ción

Acceso Múltiple

DATOS

VOZ

Cod.

De la

fuente

y Mod.

Analógica SSB

FM

FDM FM FDMA

Digital PCM

DM

PCM

TDM

TDM

PSK

QPSK

TDMA

FDMA

CDMA

SISTEMAS DE ACCESO MÚLTIPLE


f

t

Usuario 1

Usuario 2

Usuario 3

Usuario m

f

t

Usu

ario

1

Usu

ario

2

Usu

ario

3

Usu

ario

m

FDMA, TDMA y CDMA

FDMA

TDMA

f

t

U 1 U 2 U 3

U m

U 4

CDMA


REUSO DE FRECUENCIAS POR

POLARIZACIÓN ORTOGONAL

• Una onda esta circularmente polarizada

cuando el campo eléctrico mantiene una

longitud constante y rota en el tiempo

• Polarización circular derecha es aquella onda

donde el vector del campo eléctrico rota en

contra de la rotación del reloj

• Polarización circular izquierda es aquella

onda donde el vector del campo eléctrico rota

en la dirección de rotación del reloj


VENTAJAS DE LA

COMUNICACIÓN SATELITAL

DIGITAL

• QPSK-TDMA permite acomodar gran

cantidad de estaciones terrenas con bajas

pérdidas

• Rápida respuesta a las variaciones de tráfico

• Corrección de errores

• CDMA permite utilizar ¨micro earth stations¨

(antenas de 0.5-m)


Agenda

ANÁLISIS DE ENLACE RF

TECNICAS DE ACCESO:

FDMA & TDMA

SISTEMAS SATELITALES DIGITALES

REDES VSAT

ESTACIONES TERRENAS




Objetivos de la Segunda Sección

• Listar y describir los diferentes componentes de

una estación terrena de comunicación digital por

satélite.

• Realizar cálculos relativos a Ganancia de antenas,

potencia isótropica radiada equivalente (PIRE).

• Conocer los diferentes tipos más comunes de

Amplificadores de Potencia y de bajo ruido usado

en Estaciones Terrenas.


Estaciones Terrenas (Agenda)

• Antenas de Estaciones Terrenas

• Amplificadores de Potencia

• Amplificador de bajo ruido

• Convertidores Ascendentes

• Convertidores Descendentes

• Moduladores y Demoduladores

• Monitoreo y Control

• Review


Estación Terrena

Estación Terrena

Estaciones Terrenas

SATELITE


Diagrama Funcional de una E/T Digital

Encoder Modulador U/Converter HPA

E

ANTENA

B

LNA D/Converter Demodulador

RT

Decoder

LEYENDA

E/T = ESTACION TERRENA

HPA = AMPLIFICADOR DE ALTA POTENCIA

LNA = AMPLIFICADOR DE BAJO RUIDO

U/CONVERTER = CONVERTIDOR ASCENDENTE

D/CONVERTER = CONVERTIDOR DESCENDENTE

EB = EQUIPO DE BANDA BASE

RT = RED TERRESTRE


Receptor de rastreo

Servomecanismo

de la antena

Control de

apuntamiento

de la antena

Rastreo

D

I

P

L

E

X

O

R MOTORES DE

MOVIMIENTO

Antena

Programa Planta de

baterías locales

ESTACIONES TERRENAS

Señales en

banda base

Amplificador de

bajo ruido

Receptor

Modulador Amplificador de

alto poder

Amplificador de

Transmisor

Señales en

banda base

Demodulador Convertidor

Reductor

Convertidor

elevador

Sistema de

alimentación de

energía

Entrada de

datos de

apuntalamiento

Red comercial


Agenda

Antenas de Estaciones Terrenas


• Amplificadores de bajo ruido





• Review


Antenas de Estaciones Terrenas

• La antena es un transductor electromagnético.

• La antena de una E/T tiene tres requerimientos:

– Tener una ganancia altamente directiva

– Debe tener una baja temperatura de ruido.

– Tener Un apuntalamiento Fácil

• Tipos de antenas:

– Antena parabólica

– Antena Cassegrain


Parámetros de una antena

• Ganancia:

– La “gain” de una antena es la razón de la potencia

(ó recibida) por ángulo sólido unitario radiada por

la antena en una dirección dada, a la potencia (ó

recibida) por ángulo sólido unitario radiada por

una antena isotrópica alimentada por la misma

potencia total.

– Máxima ganancia es la dirección de máxima

radiación y tiene un valor dado por

efectivamax AG2

4


Parámetros de una antena (Cont.)

• Patrón de radiación:

– El patrón de radiación de una antena indica las

variaciones de la ganancia con la dirección.

• Ancho de haz de media potencia

– Es conveniente caracterizar el ancho del patrón de

radiación por medio de un ángulo entre la

dirección en la cual cae a la mitad de su valor

máximo. Este ángulo es llamado Ancho de haz de

3dB.


Lóbulos Secundarios

Lóbulo Principal

Dirección de máxima

ganancia

PATRÓN DE RADIACIÓN

DE LA ANTENA


Dirección de máxima radiación

Ancho del haz

Arco geoestacionario

Haz principal de radiación


Revisando el Patrón de Radiación

de la ANTENA

Los parámetros mas importantes del patrón de

radiación son:

– Su Ganancia, El factor de amplificación de señales de la

antena.

– Su Ancho de Haz, lo cual es el una medida del ángulo

sobre el cual la mayor parte de la ganancia se mantiene.

– Sus lóbulos laterales, que es una medida de la ganancia

fuera de los ejes de apuntalamiento deseado.


Antena de la Estación Terrena

La intensidad de la señal radiada depende de la

ganancia de la antena, la cual es una función

de:

– El diámetro de la antena D (m)

– La longitud de onda de la señal radiada = c/f

– La velocidad de la luz, c = 3x108 m/s

– La eficiencia de la apertura de la antena (construcción)

( <1). Un valor típico es 0.6

– La incertidumbre del ángulo de apuntalamiento


Ganancia de la antena y patrón de

radiación

• Ganancia máxima es:

donde D = diámetro de la antena (m), etc.

• Ancho del haz:

Dirección de máxima radiación

2

max

DG

D

-3 dB

-3 dB

-3dB

grados 70 3dB-D

hazdelAncho


EJERCICIO

Calcule la ganancia máxima y el ancho de haz

de una antena de 1 m de diámetro, a 6 GHz y

12 GHz, y de otra antena de 4 m de diámetro,

también a 6 GHz y 12 GHz.


PIRE: Potencia Isótropica Radiada

Equivalente (o Efectiva)

• PT = Potencia del transmisor (W)

• GT = Ganancia de la antena transmisora (depende de )

Señal

PT = 0º

1

2

GT ()

PIRE =PT GT

[GT] dB = [Gmax]dB-12(/-3dB)²

Cuando = O , PIRE es máximo PIRE max = PT Gmax


EL ALIMENTADOR DE LA

ANTENA

• El alimentador es una fuente puntual de

energía que ilumina de manera uniforme la

superficie parabólica.

• El alimentador realiza las siguientes funciones:

– Conformar el haz para proporcionar iluminación

uniforme al reflector principal.

– Separación de las señales de TX y RX con

pérdidas e interferencia mínima.

– Convertir la polarización de las señales de los

enlaces ascendentes y descendentes (circular

<==>lineal)


EL ALIMENTADOR DE LA

ANTENA (Cont.)

• Producir señales de error que representen el

grado de descentramiento de haz principal.

• Los componentes del alimentador son:

– bocina cónica corrugada (sistema Cassegrain)

– Diplexor, este último permite las señales de TX y

RX utilicen la misma guía de ondas, manteniendo

al mínimo la acción recíproca entre ellas.


Antena Parabólica

D

OMT= Orthomode transducer

Transductor Ortomodal (ejemplo

VSAT)


Outdoor unit,

includes feed horn,

OMT, LNB and BUC LNB = Low Noise Block Converter

BUC= Block Up Converte


Antena Cassegrain


Agenda

•Antenas de Estaciones Terrenas

Amplificadores de Potencia

• Amplificadores de bajo ruido





• Review


Amplificadores de Potencia

• El HPA es el que imprime la potencia final de

transmisión a la señal de bajo nivel de las

portadoras RF provenientes del equipo de

comunicación terrestre hacia el satélite en el

enlace ascendente o de subida.

• Los amplificadores de Potencia (HPA) mas

utilizados son:

– Klistrón

– TWTA (Tubos de Ondas Progresivas)

– SSPA (Amplificadores de Potencia de Estado

Sólido)


Principales Características de HPA

BANDA C (5.925-.245 GHz) Banda Ku (14-14.5 GHz)

TIPO DE HPA Ancho de Banda

(MHz)

Potencia de Salida

(Watts)

Ancho de

Banda (MHz)

Potencia de Salida

(Watts)

TWTA 500

50-10000

500 50-3000

KLISTRÓN 40/80 400-5000 100 1500-2000

SSPA (FET) 500 5-50 500 1-6


Configuración de Redundancia (1+1)

HPA 1

HPA 2

CARGA ACOPLADA

Divisor de

Potencia

Desde el Convertidor

de Subida ALIMENTADOR

DE LA ANTENA

SWITCH

DE GUIA

DE ONDA


Agenda



Amplificadores de bajo ruido





• Review


Amplificadores de bajo ruido

• Señal de llegada muy débil

• Baja Temperatura de ruido, T

• Ganancia alta,G. / Típicamente, 40-60 dB


LNA disponibles en el mercado

TIPO FORMA DE

REFRIGERACION

TEMPERATURA DE

RUIDO TIPICA (º K)

PARAMÉTRICO CRIOGÉNICA 15

PARAMÉTRICO TERMOELÉCTRICA 35-40

PARAMÉTRICO COMPENSACIÓN

DE TEMPERATURA

50-60

FET TERMOELÉCTRICA 45-60

BANDA C

(3.7-4.2 GHz)

FET COMPENSACIÓN

DE TEMPERATURA

75

PARAMÉTRICO CRIOGÉNICA 20

PARAMÉTRICO TERMOELÉCTRICA 80-100

PARAMÉTRICO

COMPENSACIÓN

DE TEMPERATURA 100-150

FET TERMOELÉCTRICA 90-140

BANDA Ku(11.7-12.2

GHz)

FET COMPENSACIÓN

DE TEMPERATURA

200-250


Circuito Equivalente del Amplificador

Paramétrico

1

2

3

Señal de

entrada

Señal de

salida

Carga

C sen wpt

Resuena a la

frecuencia w1 Resuena a la

frecuencia w2

Te (w1/w2) Tv

Tv la temperatura de operación

del Varactor

wp = w1+ w2


Amplificador FET de GaAs

min s

FET de

GaAs

Red de

Acople de

entrada

Red de

Acople de

salida

F = Figura de Ruido = Fmin + 4rn(Abs(s- min)²/(1-Abs(s)²)*(Abs(1+ min)²)

con Fmin = Figura de ruido mínima del Amplificador FET

s = Coeficiente de reflexión de la fuente

min = Coeficiente de reflexión de la fuente que produce Fmin

rn = Resistencia de entrada normalizada del amplificador FET

Carga


Agenda



• Amplificadores de bajo Ruido

Convertidores Ascendentes




• Review



• Un Convertidor de ascendente acepta la

portadora modulada en IF desde el modulador,

y traslada la frecuencia IF fo a la frecuencia de

subida RF fu en el espectro ascendente del

satélite, mezclando fo con la frecuencia del

oscilador local (LO), fl .

• Conversión simple se ilustra:

fo

fu

fl

BPF

Mixer

BPF = Filtro Pasabanda



(Continuación)

• Este proceso (Conversión) se puede hacer un

uno (conversión simple) o dos pasos

(conversión doble o dual) • La Conversión dual se ilustra:

fo

fu

fl1

BPF 1

Mixer 1

fl2

BPF 2

Mixer 2



• El filtro pasabanda selecciona una de las

bandas laterales.

• El proceso de conversión genera frecuencias

espurias de los productos cruzados y genera

frecuencias armónicas, por lo que todas ellas

deben ser mitigadas en esta etapa.

• En esta etapa se amplifica la señal IF hasta el

nivel requerido por la etapa RF.

• Se provee ecualización para el Retardo de

Grupo.


Agenda





Convertidores Descendentes



• Review


Convertidores Descendentes

• Un Convertidor de Descendente (CD) recibe la

portadora modulada RF desde el LNA, y

traslada su radio frecuencia fd de las

frecuencias de bajada del espectro del satélite

a la frecuencia intermedia fo .

• Esta operación igual que la conversión de

subida puede realizarse por conversión simple

y conversión dual.


Agenda






Moduladores y Demoduladores


• Review



• El modulador toma la señal Banda Base (BB)

(multiplexada o no) y la traslada a frecuencia

intermedia (IF).

• Los principales objetivos del Bloque Modulador son:

– Maximizar la eficiencia de potencia o de ancho de banda

utilizado.

– Incorporar los algoritmos de control de errores.

– Realizar filtraje para ajustar la señal modulada al ancho de

banda requerido y frecuencias indeseadas sean eliminadas.

– Trasladar en frecuencia la señal BB (modular).



• El bloque de Demodulación realiza la

operación reversa al Modulador.

• Traslada la señal IF a señal en Banda Base.

• Realiza la operación decodificación para

realizar el control de errores.

Ejemplos de Algunas Aplicaciones



Sistema DBS TV/FM (inicios de la Rx de

TV por satélite)


DBS = Digital Broadcast Satellite

Content Delivery Networks

• A content delivery network (CDN) is a point-to-multipoint satellite network that uses the broadcast feature to inject multimedia content (particularly Web pages and specific content files such as software updates and films) into remote servers and other types of caching appliances.

• The remote cache could be a dedicated server connected to the local infrastructure of the Internet.

• This greatly reduces the delay associated with accessing and downloading the particular content.

• Another style of CDN is to put the content directly into the PC hard drive; for this to work, the PC must have a direct connection to the remote CDN terminal.

• The first CDNs appeared during the Internet boom of 1999–2000; many have not survived the shakeout.

• However, some organizations are using and developing CDNs as a structure to propagate content to remote locations to bypass the cost and congestion of the terrestrial Internet.

• The ground equipment and software to create a CDN may be blended with that used for digital TV, The fact that the content appears to be local to the user enhances the interactive nature of the service.

• Thus, the central content store does not directly process requests from users.

Content Delivery Networks

• Structure of a content delivery network with reliable file transfer. (Courtesy of Scopus.)

105

Satellite Delivered Digital Audio Radio Service

• Satellite construction and launch was hardly a challenge for S-DARS; however, producing the appropriate receiving terminal proved to be more time consuming than the original business plans considered.

– Sanyo WorldSpace receiver.

106

Data Communications and the Internet

• The total end-to-end latency for data transfer results from several components: access lines, equipment processing, uplink and downlink propagation, and data processing in servers.


Agenda






•Moduladores y Demoduladores

Monitoreo y Control

• Review


Monitoreo y Control

• Excepto por la antena, en la E/T se necesita

usar redundancia (equipo “standby”) para: el

HPA, el LNA, y los Convertidores de subida y

de bajada.

• El proceso de detección de modos de fallas

críticas y la resolución de estos modos por

conmutación automática del equipo fallado al

redundante se conoce como monitoreo y

control (M&C).


Monitoreo y Control (Cont.)

• Enfocando la parte o la terminal RF de la E/T

se tienen los siguientes componentes:

– Lógica de conmutación de los equipos redundante:

HPA, LNA, y Convertidores.

– Unidad de Adquisición de Datos (DAU).

– Unidad de Control de la antena (ACU).

• Las alarmas de fallas, indicación de status, y

otros valores son colectados en la DAU, la

cual pasa estos valores a la computadora de

M&C.


Monitoreo y Control de la E/T

HPA, LNA

U/C, D/C

Terminal RF

Antena

Lógica

Unidad de

Control de la

Antena

DAU

RS-232, RS-422

IEEE-488

Sistema RF de M&C

M& C Remoto

Tráfico

Módem

Autoanswer

PSTN NCC

M&C

Computadora

Principal

de la E/T

M&C Remoto

Terminal

de

Monitoreo


Review

Por favor complete el ejercicio.

1. Liste las cuatro mayores equipos del terminal RF de una Estación Terrena (E/T) de comunicaciones vía satélite:

A. ____________________________________

B. ____________________________________

C. ____________________________________

D. ____________________________________

2. ¿ Cuál es la PIRE de una E/T con una potencia alimentada a la antena transmisora PT de 10 W y una Ganancia de antena

transmisora, en la dirección del satélite GT de 40 dB?

3. ¿ Cuál es la pérdida de ganancia debido desapuntalamiento de la antena de 20 m a 14.5 GHz con un =0.02 ?

4. ¿Qué tipo de HPA son los más utilizadas en general por una red VSAT?

A. Klistrón

B. TWTA

C. SSPA

D. b y c

5. Considere el lado del transmisor de una E/T con los siguientes parametros P.I.R.E.=87.5 dBW, GT de 66.2 dB. El

subsistema de HPA emplea una configuración de redundancia 1+1semejante al mostrado en la lámina 64 donde la pérdida

del switch de guía de onda es de 0.2 dB; la pérdida interna de los HPA es de 0.8 dB; y el HPA se requiere operar a 3 dB

de su potencia de salida máxima. Encuentre la potencia de salida máxima de cada HPA, asumiendo un margen de P.I.R.E.

de 0.5 dBW y pérdidas del alimentador de 1 dB.


Agenda

TECNICAS DE ACCESO:

FDMA & TDMA


REDES VSAT

ANÁLISIS DE ENLACES


COMUNICACIÓN POR SATÉLITE.

ESTACIONES TERRENAS.


Agenda

Introducción

• Análisis de los enlaces por satélite

• Análisis de subida

• Análisis de bajada

• Análisis de intermodulación

• Análisis de Interferencia

• Review


• El término enlace abarca todo el trayecto de

comunicaciones, desde la fuente de la información,

pasando por todos los pasos del proceso de

transmisión, por el Tx y el canal, hasta el Rx

inclusive, con todos sus pasos de procesamiento de la

señal, y terminando en el destino de las información.

• Un enlace de satélite se compone de 3 segmentos

principales:

La E/T transmisora y el enlace ascendente

El satélite

El enlace descendente y la E/T receptora

Introducción


Introducción (Cont.)

• El análisis de los enlaces por satélite consiste

en cálculos y tabulaciones de la potencia útil y

la potencia de ruido interferente halladas en el

receptor.

• Para realizar el cómputo de enlace se puede

hacer uso de un Modelo de un sistema de

comunicación por satélite (Análisis de enlace

RF)

• Niveles de potencia / RF


Agenda

• Introducción

Análisis de los enlaces por satélite





• Review


Análisis de un enlace básico

Receptor

Convertidor

descendente

TWTA

HPA

+

+ LNA

PIRES

G/ T n b (t)

n s (t)

s s (t)

G s / T s

PIRE = P T G T

s (t)

P T G T

)(ˆˆ tnts


Concepto básico de un enlace

Densidad de flujo

(W / m2 )

Pt (W)

Antena Receptora

Señal

Pt (W)

Potencia radiada (W)

Antena transmisora

Densidad de flujo

(W / m2 )

Antena receptora

Enlace de Subida Enlace de Bajada

Densidad de Flujo F

=(PT / 4 R ²)GT


Densidad de Flujo en el punto del

Receptor

• Potencia recibida en el área A= F* A

• La F en escala logarítmica:

– F dBW/m² = PIREdBW -20 log R-10 log (4*106)

• Una antena receptora ´recoge´ la señal y esta

cantidad depende del tamaño de dicha antena:

PR = F* Ae (Watios) donde

Ae= Apertura efectiva de la antena

RXGAe /)4/( 2

Ejemplo 2

• FSL (A0) en dB = 37.80+20log(Dnm)+

+20*log F en MHz

• Donde D = distancia o rango en millas

náuticas (nm). 1 Milla náutica es 1852 km.

• Problema: El ángulo de elevación de un GEO

es 21° y la frecuencia de Tx es 3.941 GHz

¿Cuál es la pérdida de espacio libre (FSL, por

sus siglas en ingles) en dB si Dnm=21,201

nm?


Resolución Problema 2

• Aplicando: FSL (A0) en dB =

37.80+20*log(Dnm)+ +20*log F en MHz

• Obtenemos:

– LFSL (dB)= 37.80 + 20*log(21,201) nm +

20*log 3941 MHz

– LFSL = 196.24 dB


Problema 3

• ¿Cuál es la PIRE de la E/T requerida para

saturar un HPA basado en TWT de un

transponder de un satélite si este requiere de

una densidad de flujo de potencia de -88

dBW /m2 para la saturación del TWT? Asuma

que la distancia al satélite es 37,007 km, y que

1 dB es asignado para pérdidas (atenuación)

por gases atmosféricos.

• As= El área de La superficie de una esfera

• As= 4*pi*Rs2 donde Rs es la distancia al

satélite desde el emisor o transmisor. ING. OSCAR SOMARRIBA 122

Resolución Problema 3

• As= 4*pi* (37,007)* 37,007 * 106

• As= 1,72098 * 1016

La formula es S(dBW/m*m)= PIRE (dBW)-

10log (As)- LA (pérdidas por absorción de los

gases atmosféricos)

y la PIRE = 162.36-88-1 = +73.36 dBW



Ganancias de potencia

2

max

DGAntena transmisora de la estación terrena

Amplificador de potencia de la estación terrena P = Dato del proveedor

contornosD

G

2

max

Antena receptora del satélite

Amplificador de bajo ruido del satélite P = Dato del fabricante

Amplificador de potencia (transpondedor) P = Dato del fabricante

contornosD

Gmax

2

Antena transmisora del satélite

Antena receptora de la estación terrena

2

DGmax

Amplificador de potencia de la estación terrena P = Dato del proveedor

Ejemplos de contornos


Mas Contornos



Pérdidas de potencia

2.4

DistL

Pérdidas naturales por la distancia y propagación

en el “espacio libre”

Atenuación producida por los gases de la atmósfera Gráfica de LA (f)

Atenuación por lluvia: C, Ku

Conexiones 1 dB

Desalineación de antenas

dB

DL3

12

Ganancias - Pérdidas = Potencia total de recepción

= P total recepción

Contornos y nomograma

Atenuación producida por los

gases de la atmósfera


Fuente: Comunicaciones satelitales de la UPM


Pérdida de potencia por

propagación en el espacio libre

PT

Distancia R

Gt GR

PR

Densidad de flujo = F (W / m2 )

Area “efectiva”

de la antena receptora

Aef (m2 )=(eficiencia de recepción) * Area real

PR = Potencia total recibida = FA ef (W) = (P T G T)

22 44 R

APIRE

R

Afefe

Fracción capturada del PIRE

El área efectiva A e f es función de la ganancia G R :

1;4

4 2

22

22

aigualfuesesiaperturalaedrealáreaDD

G R

2

2

2

4

4

41

RL

L

GGPP

GAAGPero

RTTR

RefR ef


Atenuación L en función de las

coordenadas geográficas del satélite

y de la estación terrena

R R o

R o = altitud del satélite sobre el nivel del mar, en el plano ecuatorial = 35,786 km

R = distancia de la estación terrena al satélite

l = latitud de la estación terrena ; e = longitud de la estación terrena

s- e = longitud relativa entre la estación terrena y el satélite

Partiendo de L

)cos(cos142.01

44

2

222

esl

o

o

oo

R

R

R

RRR

GHzadBdeordendelesR

ydBadeR

R o

o

62004

3.10356.11

22


EJERCICIO

E/T

LATITUD O

POSICIÓN DE LA ESTACIÓN :

LATITUD 12 , LONGITUD 86

DATOS DE SATÉLITE:

SATELITE: Solidaridad 1

LONGITUD: 109.2

BANDA DE OPERACIÓN: Ku

Antena Receptora

Señal

100 W

D = 4m, = 0.6

G = 42 dB en la

dirección de la E/T

ENCONTRAR:

PIRE de la E/T, la Atenuación L

del trayecto, y la potencia recibida

por el satélite

Frecuencia: 14 GHz

L

Satélite


Pérdidas adicionales

Atenuación por lluvia L lluvia

Atenuación por gases

de la atmósfera L ATM

Tx Rx

PT PR

LTX LRX

LTX = pérdidas en el alimentador, conexiones, etc.

del transmisor aprox. 1 dB

LRX = pérdidas en el alimentador, conexiones, etc.

del receptor aprox. 1 dB

Pérdidas por des-alineación o mal

apuntamiento de las antenas, LD

aprox. 3 dB máx.

dBL

dBL

dB

RRxD

dB

TTxD

2

3

2

3

12

12

ADEMÁS DE PÉRDIDAS POR

DESACOPLAMIENTO DE

POLARIZACIÓN Lp


Cálculo del atenuación por lluvia

(Nomograma)


Atenuación por lluvia, L lluvia

Distancia equivalente

L lluvia = ()(Distancia equivalente a través de la lluvia)

= Atenuación específica (dB/km)

- depende de la intensidad de la lluvia y

de la frecuencia de la transmisión

- La distancia equivalente depende del ángulo

de elevación; normalmente varía entre 5 y 10 km

AL DISEÑO DE UN ENLACE SE LE DEBE DAR MARGEN DE LLUVIA

Para la polarización circular es igual a

la media aritmética de los valores

calculados para polarización horizontal y

vertical en el nomograma

136

Ejercicio

6 km

E = 60°

Nube

Frecuencia de transmisión 1 = 6 GHz

Frecuencia de transmisión 2= 14 GHz

Polarización vertical

Calcule la atenuación mínima por

lluvia que ocurre durante 0.01 %

del tiempo en un año promedio

Ver el Ejemplo 2 del capítulo 9 del libro de Freeman,

página páginas 481-482


Ejemplo: Niveles de potencia con valores

típicos Banda C

Señal de

salida 1 mW

Condiciones de cielo despejado

+60dB

+24 dB + 106 dB +24 dB

nivel de megawatts

efectivos +50dB

HPA Señal de

entrada

1 mW

+42dB

nivel de picowatts

+50 dB +40 dB

demodulador LNA


Ruido y temperatura de ruido

Ruido interno, generado por la electrónica del receptor

dBKuT

TF

KCk

P

kB

NT

kTBN

amb

noeq

,1

,

.

.

Ruido por atenuación en conexiones .. 1 ambeq TpérdidaT

Ruido captado por la antena del satélite Ver caso 1.

Ruido captado por la antena de la estación terrena Ver caso 2.

Cálculo (referido a la entrada)

RxoTx

totaleq destinodereceptordelentradalaaT .

FIGURA DE MÉRITO =

totaleq

receptoraantena

T

G

.

Ruido y temperatura de ruido

• En otros sistemas el ruido en el Rx fue caracterizado

por la figura de ruido expresada en dB. Ahora,

nosotros trabajamos (comunicaciones satelitales)

frecuentemente con temperatura de ruido del sistema

menos que 290 K, entonces este valor convencional

base o de referencia de la temperatura de ruido de

ambiente no es muy conveniente.

• Por lo tanto, la Figura de ruido no es útil con niveles

de ruido tan bajos.

• En vez, se ha vuelto común el uso de la temperatura

equivalente de ruido Te.



Figuras de Méritos

SOLIDARIDAD

BANDA “C”

BANDA “Ku”

BANDA “L”

+2.5 (36 MHz)

+2.0 (72 MHz)

+2.5 (54 MHz)

-1.0 (34 MHz)

INTELSAT VII

-11.6 Cobertura Global

- 8.5 Cobertura Hemisférica

- 5.5 Cobertura Zonal

+4.8 East spot

+2.5 West spot


Ruido

Ruido es toda señal eléctrica indeseable, que contribuye con energía en el receptor

y distorsiona la señal deseada (información).

Ruido interno: Es el ruido generado en la electrónica del receptor

Ruido externo:

Debido a radiaciones de cuerpos en el campo de vista de la antena receptora :

A) Antena del satélite: la Tierra

B) antena de la estación terrena: gases atmosféricos, lluvia, fuentes galácticas

y cósmicas, el Sol, y la Tierra ( para ángulos de elevación pequeños).

Interferencias de otros transmisores (satélites o microondas terrestres)

Una vez que la señal deseada y el ruido se han combinado, no pueden separarse,

y cualquier amplificador amplifica a ambos.

El ruido, y no la ganancia del amplificador, limita la calidad del sistema


Densidad espectral de potencia

del ruido

Pno

No (f) W/Hz

B (ancho de banda del receptor)

No es la potencia de ruido por cada unidad de ancho de banda.

Si se considera constante a No. Entonces No es ruido blanco

Si en el ancho de banda B hay una potencia total de ruido N(Watts), entonces:

)(

)()/(

HzB

WNHzWNo

f (Hz)


Temperatura de ruido

La temperatura de ruido de una fuente que genera ruido es la temperatura

a la que un elemento pasivo de referencia ( por ejemplo, una resistencia)

debería estar para generar la misma cantidad de ruido que la fuente de rui-

do.

N N = ruido térmico = kTB

temperatura física

T

Fuente de ruido

Su temperatura física

no es necesariamente T

N = potencia del ruido térmico (W)

k = constante de Boltzmann = 1.38 x 10 -23

T = temperatura absoluta (°K)

B = ancho de banda (Hz)

k

N

Bk

NT

fuentelade

ruidodeaTemperatur

o

T en °K = T en °C + 273°


Temperatura efectiva de ruido a

la entrada de un sistema

N = (kTeB)G

- no genera ruido interno

- genera ganancia G

- ruido de

entrada

- T física = T e

sistema

equivalente

ficticio

sistema

real N = (kTeB)G

- genera ruido interno

- genera ganancia G

- cero ruido

de entrada

- T = 0°

T e = Temperatura efectiva a la entrada

= 290 °k

To = Temperatura ambiente de referencia

o

e

T

TF

ruidodeFigura

1

F (dB) = 10 log F


Temperatura efectiva de ruido a la

entrada de un atenuador

Todo proceso de atenuación que involucre absorción de energía está

asociado con la generación de ruido térmico por el medio absorbente

Atenuador

(línea de transmisión,

guía de onda,

alimentador, etc.)

Temperatura física = T l

pérdida = L El ruido a la

salida está atenuado por L

Te

T e = (L-1)Tl Temperatura

efectiva a la entrada

A la salida del atenuador:

LTT

L

TLT ls

ls

11

)1(

Problema 4

• Si la Figura de Ruido de un atenuador es 1.1

dB, ¿Cuál es la Temperatura equivalente de

ruido?


Resolución 4

• Fórmula NF (dB) =10*log(1+(Te/290))

• 1.1 dB = 10*log(1+ Te/290)

• 1+ (Te/290) = 1.29

• Te = 84.1 K




entrada de una antena y del receptor

alimentador receptor

T L , L

T

T R, G

T A = 290 °K

RLA T

LT

L

TT

11

temperaturas referidas a la

entrada del receptor

Si el haz de la antena es muy ancho,

se deben añadir aproximadamente 5 °K a

T a , como contribución de la radiación

galáctica alrededor de la Tierra

Tierra

(cuerpo negro a 290 °K)

Caso 1 : antena y receptor de un satélite:


Caso 2: antena y receptor de una estación terrena

Atenuador (L lluvia, T lluvia)

ruido ( Ttierra )

TA

ruido ( T cielo ) TA = Tcielo + T Tierra Con cielo despejado

Tierra

lluvia

lluvia

lluvia

cieloA T

LT

L

TT

11

La contribución de la Tierra a la temperatura de ruido de la antena depende

del tipo de antena (montaje, diámetro, etc), del ángulo de elevación, de los

lóbulos secundarios del patrón de radiación, y de la frecuencia de operación.

Valores prácticos para T Tierra : aprox. 10 °K Cassegrain grande, 100°K antena

pequeña.




La contribución de la lluvia a la temperatura de ruido de la antena depende de

la atenuación L lluvia que se calcule y de su temperatura media efectiva T lluvia



T lluvia 1.12 T ambiente (°K) - 50° K

T ambiente es la temperatura ambiente en donde esté la estación terrena

Una vez calculada T A , la fórmula del caso 1 se aplica para referir la temperatura

total a la entrada del receptor de la estación terrena.

Calculo de la C/N0

• En el libro de Freeman se presentan dos

métodos ver páginas 321-322.

• En el primero C/No es una medida a la entrada

del 1er etapa activa de sistema receptor. En

estos sistema este es el LNA (“Low-Noise

Amplifier”) u otro dispositivo llevando a cabo

una función similar. Ver figura 6.6 del libro.

• No=kT y C/No= C/kT

• También usamos en dB,

• No= -228.6 dBW/Hz + 10*log Tsys

• Usualmente Tsys= Tantena + T rx



Calculo de la C/N0 (1)

• En el libro de Freeman se presentan el 2do método,

ver páginas 3223-326.

• En el segundo método de calcular C/No involucra

G/T.

• G/T es llamada la Figura de Mérito del sistema de Rx

satelital.

• G/T= G (dB)- 10 *log(Tsys)

• Tsys= Tantena+ Tr

• Tantena= Temperatura de ruido de la antena

• Tr= Receiver noise que incluye el ruido de todos los

contribuyentes desde el plano de referencia a la salida

en banda base del d modulador.


Problema 5

• Dado que la Te de un sistema es 84.1 K, ¿Cuál

es la densidad espectral de ruido No?


Solución 5

• N0= -228.6 dBW/Hz + 10*log(84.1)

• N0 = -228.6 +19.25

• N0 = -209.35 Dbw/Hz


Problema 6

• La IRL (Isotropric Receive Level) desde un

satélite es –55 dBW; el sistema de recepción

de la E/T (Estación Terrestre) tiene una

ganancia de antena de 47 dB, y una pérdida de

alimentador de 0.1 dB, una pérdida de guía de

onda de 1.5 dB, una pérdida de inserción por

acoplador direccional de 0.2 dB, y una pérdida

por filtro pasa banda de 0.3 dB; la temperatura

de ruido del sistema (Tsys) es 117 K. ¿Cuál es

la C/N0?


Resolución del Problema 6

• Considerando el downlink IRL como sigue:

• IRL(dBW)= PIREs(dBW)+ FSL (dB)

• Considerando C (RSL):

• C= -155 dBW-47 dB-0.1 dB-1.5 dB-0.2 dB-

0.3 = -110.1 dBW

• Calculando N0= -228.6 dBW/Hz+10log 117 K

N0 = -207.92 dBW/Hz

Así C/ N0 = -110.1 dBW- (-207.92 dBW)= 97.82 dB.

En este ejemplo, C/ N0= C en dBW- N0 (dBW)


Problema 7

• Asuma un E/T con una antena con un ángulo de

elevación de 10°, clear sky, con una concentración

de vapor de agua del 3 g/m3, y las siguientes pérdidas

óhmicas: guía de onda pérdidas de 2 dB, pérdidas en

el alimentador 0.1 dB, pérdidas de inserción del

acoplador direccional (para hacer mediciones) de 0.2

dB, pérdidas de inserción de un filtro pasa banda de

0.4 dB. Estas pérdidas son referidas al plano de

entrada, lo cual es tomado como la entrada del LNA

(Ver figura en la slide siguiente) ¿Cuál es la

temperatura de ruido de la antena Tantena? La frec.

de operación es 12 GHz.



El mismo problema 7 consolidado

Asuma una estación terrena con una antena a un ángulo de elevación de 10°, el cielo

despejado, 3 g/m3 de concentración de vapor de agua. Las pérdidas ohmicas como sigue:

guías de onda de 2 dB, pérdidas del alimentador 0.1 dB, pérdidas por inserción del acoplador

direccional de 0.2 dB, y una pérdida de inserción del filtro pasa-banda de 0.4dB. Estas son las

pérdidas sobre el plano de referencia, las cuales son tomadas como entradas al LNA. ¿ Cuál

es la temperatura de ruido de la antena Tant?. La frecuencia de operación es de 12 GHz.

LNA

Filtro PB

Acoplador

direccional

pérdida = 0.2 dB

Pérdidas W/G

Tant 2.0 dB

Pérdidas del

alimentador = 0.1 dB

Plano de referencia

T r

Pérdidas Filtro

0.4 dB

Resolución del Problema 7


Resolución del Problema 7 (1)


Resolución del Problema 7 (2)

• Determinar de la figura 6.7 el ruido de cielo

para un ángulo de elevación de 10° y una

frecuencia de 12 GHz, obtenemos el valor 19

K.

• La suma óhmica de las pérdidas en el plano de

referencia es Laa = 0.1 dB+ 2 dB+0.2 dB+0.4

dB =2.7 dB entonce laa= log-1(2.7/10)= 1.86

• Por lo que usando la ecuación 6.28 del libro

obtenemos, Tantena= ((1.86-1)290)+19/1.86=

114.3 K



RELACION PORTADORA A RUIDO

• Uno de los parámetros para medir la calidad

de un enlace es la relación entre la potencia de

la portadora recibida y la potencia de ruido

total del receptor (C/N)

n

.

P Ncon BkT

P

N

C

totalequ

recibidatotal

)( . LBkT

GPIRE

N

C

totalequ

Rs


Relación C/N

Demodulador

LNA

C/N

• S/N (Sistema analógico)

•BER (Sistema Digital )

Para Calcular C/N , el enlace se divide en tres secciones:

• Enlace de Subida

• Transpondedor (ruido de Intermodulación)

• Enlace de Bajada


Relación Portadora sobre Ruido

(C/No)s (C/No)b

(C/No)i

La información puede ser cualquier tipo de señal,

y su modulación y ancho de banda pueden variar

según cada caso específico

En el enlace de subida, a la portadora P se le añadirá ruido y habrá un cociente (C/No)s

En el enlace de bajada, a la portadora P se le añadirá ruido y habrá un cociente (C/No)b

Posiblemente, en el satélite, a la portadora P también se le añadirá ruido de intermodulación,

y habrá un cociente (C/No)i

Tomando todas las contribuciones de ruido:

Cálculo del C/N0 usando la técnica

del Link Budget

• C/N0= PIRE- FSL (dB)- otras pérdidas- G/TdB/K - k

• Otras pérdidas puede incluir:

– pérdidas por Polarización

– Pérdidas de apuntalamiento

– Pérdidas de contornos

– LA, Pérdidas por absorción de gases

– Atenuación en exceso debido a lluvia (si aplica)


Ejemplo 1 de Link budget (A)

• Tenemos un D/L (downlink) en 4 GHz,

sistema FDM/FM, con una ángulo de

elevación de 5°. La PIRE del satélite es +30

dBW. Las FSL son 196.78 dB. La G/T del

equipo terminal es + 20 dB/K. Calcular C/N0.

• Ver página 333 del libro de Freeman.


Ejemplo 1 de Link budget (B)


Ejemplo 2 de Link budget (A)

• Calcular la G/T requerida, donde la frecuencia

del U/L (uplink) es 6 GHz y la PIRE de la

terminal es + 70 dBW, y el ángulo de

elevación de la terminal es 5 grados. La C/ N0

en el satélite es 102.16 dB (típico de un enalce

en el U/L para video). La FSL es 200.3dB.

Favor denote la Figura de Mérito (G/T) por la

variable X.


Ejemplo 2 de Link budget (B)

(Véase página 334)


Ejemplo 2 de link budget (C)

• Este valor de G/T (+6.86 dB/K) se obtiene cuando

sustituimos X, derivaremos un valor de C/N0 de

102.16 dB.

• Por otra parte no es buena idea trabajar sin margen

para compensar degradaciones del enlace así como

errores en la estimación del link budget. Si sumamos

un margen de 4 dB entonces la G/T requerida sería de

+10.86 dB/K.

• Otra alternativa al margen es aumentar la potencia de

transmisión (Aumentando) la PIRE, y también

aumentando el tamaño del antena.



Relación Portadora sobre Ruido Total

1111 )()()()( i

o

b

o

s

oo N

C

N

C

N

C

N

C

dBHz log10/ KTGLPIREN

C

Con

o


Relación Portadora sobre Ruido Total

(INTELSAT)

1111 )()()()( ibsT T

C

T

C

T

C

T

C

KdB/ /)/( TGLPIRETC

Con

Ejemplo de Cálculo la C/No del

Sistema (A) página 335


111 )()()( d

o

u

oo N

C

N

C

N

C

OR

Ejemplo de Cálculo la C/No del

Sistema (B) página 335

• Considerar un sistema “bent-pipe satellite”

donde la C/N0 en U/L = 105 dB y para el D/L

C/N0= 95 dB. ¿Cuál es la C/N0 ? Convertir

cada valor de C/N0 a su valor a equivalente

numèrico:

• log-1 (105/10)= 3.16 * 1010

• log-1 (95/10)= 3.16 * 1010

• Invirtiendo cada valor y sumando. Invirtiendo

este valor y tomando 10log

• (C/No)s = 94.6 dB/Hz



Agenda

• Introducción


Análisis de subida




• Review


Enlace de subida (C/No)s

G Rx

L alim

T, (C/No)s Portadora + ruido

Pérdidas de propagación

y absorción atmosférica L

alimentador

P T

P TX

G TX

Potencia recibida satéliteAlim

RXTXTX

L

G

L

GPP

*

kT

G

LLGPNC RX

alim

TXTXso

111FIGURA DE MÉRITO :

No= kT


Enlace de subida (C/Ts)

Gs

L alim

(C/Ts) Portadora + ruido

alimentador

P HPA

P T

G T

dB/K arg/ ascendsatelssTXs enmTGLPIRETC FIGURA DE MÉRITO:

dBFeeder PérdidasGPIREP TTXHPA


Agenda

• Introducción



Análisis de bajada



• Review


Potencia recibida terrenaestaciónAlim

RXTXTX

L

G

L

GPP

*

Portadora


y absorción atmosférica L

P HPA

P TX

G TX

L alim

L alim

G Rx

Portadora

+ ruido

(C/No)b

kT

G

LLGP RX

alim

TXTX

111

Enlace de bajada (C/No)b

T, (C/No)b

LNA


Portadora


y absorción atmosférica

L

P TX

G TX

L alim

L alim

Gb

Portadora

+ ruido

C/Tb edescendentbFunc enmTGLPIRE arg/

Enlace de bajada (C/Tb)

Tb , (C/Tb)

LNA

XIBOPIREPIRE saturaciónFunc

IBO = Back-off de entrada del HPA =

PIRE de saturación / PIRE de operación

HPA

X = relación de ganancia

de compensación entre

IBO y OBO

enmPIREPIRE satéliteFunc arg

margen = márgenes por lluvia y desalineamiento


Agenda

• Introducción




Análisis de intermodulación


• Review


Análisis de intermodulación: (C/No)i

• Un amplificador de potencia (HPA) tiene una

característica no lineal.

• La no linealidad del HPA genera productos de

intermodulación (ruido) además de amplificar

a la señal original.

• Vamos a considerar dos componentes:

– Ruido de intermodulación en el HPA del satélite

– Ruido de intermodulación en el HPA de la E/T


Análisis de intermodulación: C/Ti

6.2284log10/ KHzIMPIRETC SATFuncSATIM

en dB/ ºK, donde

IMSAT = Intermodulación producida en el transpondedor

(por ejemplo valor dado por INTELSAT )

Ruido de intermodulación en el HPA del satélite:

PIREFUNC = PIRE de funcionamiento de la portadora

Ruido de intermodulación en el HPA de la Estación Terrena:

Este valor sólo se considera para el caso si la reducción de potencia del HPA

en de 7 dB funcionando con múltiples portadoras. (Sistema INTELSAT). Entonces,

lo podemos NO considerar por el momento .


Ejercicio

25 dB

30 dB

Alim.

L = 1dB

T=1000°K

LNA

HPA

10 W

Alim.

L = 1dB

L = (198 + 2) dB

L = (197 +1)dB

L=0.5dB

T=130°K

LNA

L=0.5dB

16 dBW

Calcule (C/No) s y (C/No)b

Suponga que (C/No)i = 87 dBHz y calcule la relación total portadora

sobre densidad de ruido a la antena del LNA de la estación terrena receptora

Suponga que la señal recibida ocupa 10 MHz de ancho de banda.

Calcule su potencia total a la entrada del LNA.

G= 52 dB

G= 50 dB

HPA


Agenda

• Introducción





Análisis de Interferencia

• Review


Análisis de Interferencia

• Este tipo de contaminación para una portadora

puede incluir, entre otras:

– Interferencia para o desde un Sistema de satélite

adyacente.

– Interferencia Terrestre.

– Interferencia por Polarización Cruzada.

– Interferencia por canal Adyacente.


RESUMEN

• Un cómputo simple de enlace se compone de

tres ecuaciones básicas:

– PIRE = 10 log Pt+Gt (dBW)

– C/T = PIRE -L+ Gr/T (dBW/K)

– C/T = Relación portadora/ruido térmico

– C/No = C/KT+228,6 (dBHz)

– C/No = Relación portadora/densidad de ruido

– C/To = C/Ico+10 log (Ancho de banda)- 228.6

– Interferencia cocanal en los satélites


Review


1. Enumere las principales cinco figuras de mérito importantes de considerar en los cálculos de enlaces vía satélite:

A. ____________________________________

B. ____________________________________

C. ____________________________________

D. ____________________________________

E. ____________________________________

2. A continuación se plantean los parámetros de las portadoras de las estaciones terrenas y los parámetros del satélite

(INTELSAT VII) que se utilizarán en el ejercicio. Ver lámina 136. La estación maestra esta Managua (D =11 m, de Tx =

0.71, de Rx = 0.66 ) y para las estaciones remotas en otras lugares del país (D = 3.7 m, de Tx = 0.58, de Rx = 0.72 ).

Ganancias de Tx: 55.6 dB (E/T maestra) y 45.3 dB (E/T remotas). Ganancias de Rx: 51.8 dB (E/T maestra) y 42 dB (E/T

remotas). Las coordenadas geográficas de Managua: Latitud 12.06 °, Longitud: 86.19 °.

Las coordenadas geográficas de Puerto Cabezas: Latitud 14.01 °, Longitud: 83.23 °.

TA= 30 K (E/T master) y TA= 28 K (E/T remota). TE= 45 K (E/T master) y TE= 45 K (E/T remota). Pérdidas del

Alimentador: 3 dB.

Realice los siguientes cálculos:

A) Calcule para el enlace Managua-Puerto Cabezas (cielo despejado): Pérdidas de Espacio libre, PIRE de funcionamiento,

PIRE de la estación transmisora,PIRE del satélite, G/T, C/T total

B) Calcule para el enlace Managua-Puerto Cabezas (cielo degradado): Pérdidas de Espacio libre, PIRE de funcionamiento,

PIRE de la estación transmisora,PIRE del satélite, G/T, C/T total


PARAMETROS del ejercicio 2

Parámetros del segmento espacial dado por INTELSAT:

PIRESAT de saturación del transpondedor 32.9 dBW

Ancho de Banda 36 MHz

Densidad de Flujo de saturación (DFS) -87 dBW/m²

G/TSAT del Sistema de Recepción -5.5 dB/K

PIRE del satélite (PIRESATEL) 10.3 dBW-273 kbps

6.5 dBW

7.3 dBW-136.5 kbps

3.5 dBW

Interferencia cocanal (C/Ico) 19.0 dB

Relación de compresión de ganancia del transpondedor 1.8 dB

PIRE de Intermodulación del transponder (IMSAT) -37 dBW/4kHz

Parámetros de la portadora a 256 kbps:

Relación FEC 3/4

Eb/No 10.7 dB

Ancho de banda ocupado 163.8 KHz

C/T punto de funcionamiento -163.5 dB/K

C/No punto de funcionamiento 65.0 dBHz

C/N punto de funcionamiento 12.85 dB

Frecuencia de funcionamiento 6.22 GHz / 3.995 GHz

Margen Ascendente y Descendente 0.4 dB


Agenda


COMUNICACIÓN POR SATELITE

ESTACIONES TERRENAS


TECNICAS DE ACCESO:

FDMA

TDMA


REDES VSAT

TECNICA DE ACCESO

(Introducción)

• Acceso se refiere a la manera en el cual un

sistema de comunicación utiliza un transponder

de satélite. Existen tres técnicas de acceso:

• Frequency division multiple access (FDMA)

• Time division multiple access (TDMA)

• Code division multiple access (CDMA)


TECNICAS DE ACCESO

FDMA



Agenda

• SISTEMA DE ACCESO AL SATELITE

• FDM-FM-FDMA

• SCPC

• MCPC

• Productos de Intermodulación

• Relación C/Intermodulación + Ruido

Frequency-Division Multiplexing

• Alternative uses of channels in point-to-point

configuration

– 1200 voice-frequency (VF) voice channels

– One 50-Mbps data stream

– 16 channels of 1.544 Mbps each

– 400 channels of 64 kbps each

– 600 channels of 40 kbps each

– One analog video signal

– Six to nine digital video signals

Frequency-Division Multiple

Access

• Factors which limit the number of subchannels

provided within a satellite channel via FDMA

– Thermal noise

– Intermodulation noise

– Crosstalk

Forms of FDMA

• Fixed-assignment multiple access (FAMA)

– The assignment of capacity is distributed in a fixed

manner among multiple stations

– Demand may fluctuate

– Results in the significant underuse of capacity

• Demand-assignment multiple access

(DAMA)

– Capacity assignment is changed as needed to

respond optimally to demand changes among the

multiple stations

FAMA-FDMA

• FAMA – logical links between stations are

preassigned

• FAMA – multiple stations access the satellite

by using different frequency bands

• Uses considerable bandwidth

DAMA-FDMA

• Single channel per carrier (SCPC) – bandwidth divided into individual VF channels

– Attractive for remote areas with few user stations near each site

– Suffers from inefficiency of fixed assignment

• DAMA – set of subchannels in a channel is treated as a pool of available links

– For full-duplex between two earth stations, a pair of subchannels is dynamically assigned on demand

– Demand assignment performed in a distributed fashion by earth station using CSC

Reasons for Increasing Use of

TDM Techniques

• Cost of digital components continues to drop

• Advantages of digital components

– Use of error correction

• Increased efficiency of TDM

– Lack of intermodulation noise

FAMA-TDMA Operation

• Transmission in the form of repetitive sequence of frames

– Each frame is divided into a number of time slots

– Each slot is dedicated to a particular transmitter

• Earth stations take turns using uplink channel

– Sends data in assigned time slot

• Satellite repeats incoming transmissions

– Broadcast to all stations

• Stations must know which slot to use for transmission and which to use for reception

FAMA-TDMA Uplink

FAMA-TDMA Downlink


SISTEMA FDM/ FM/ FDMA

f 1 f 2 f n Hacia tierra

f 1 f 2 f m

Banda de Guarda

Ancho de Banda

de la portadora

Ancho de Banda del

Transpondedor


Modulación en Frecuencia

FM

Ruido

e Interferencia

s (t)

Filtro de frec.

intermedia Limitador Discriminador

x (t) y (t)


Retraso de paquetes

s

L

RTT

FDMApFDMA

1

Para paquetes con longitud exponencialmente distribuida:

Para paquetes con longitud constante:

s

L

RL

R

TTFDMA

FDMA

pFDMA

2

2

Tp es el retraso de propagación del sat, aproximadamente .25 s.R FDMA es el bit rate de la portadora

(b/s). L la longitud de un paquete (bits), y es la relación promedio de generación de paquetes (s -1)


Densidad espectral de ruido

B B

- f c f c

No/2

Sn (t)

Snc(f) = Sns(f)

No

- B/2 B/2 f


Representación fasorial de

una señal de “narrow band” más

la señal de ruido

(t)- (t) (t) - (t)

x(t) r(t)

A


Relación de señal a ruido

2

m

r

f

f

b

B

N

C

N

S

2

r

m

f

f

B

b

N

S

N

CConsecuentemente, la relación señal

a ruido de todos los canales es :

La potencia de ruido por canal: pWpN

S

10

90log 1

Relación de señal a ruido de un canal de teléfono:

Donde fm, es la máxima frecuencia de banda base.

B = 2 ( f + fm)


FDM-FM-FDMA

• En los satélite analógicos, la modulación FM ha sido

utilizada para modular la portadora en sistema que

usan FDMA.

• Existen dos técnicas FDMA en operación hoy en día:

– Transmisión Multichannel-per-channel, aquí su

multiplexan varias señales SSB de teléfonos en BB

y se transmiten en una portadora modulada en FM

y emitida en RF al satélite (FDM-FM-FDMA)

– SCPC (Single Channel Per Carrier) transmite cada

canal telefónico con una portadora RF en el

transpondedor FDMA


frecuencia

R R R C

EN

TR

AL

TE

LE

FO

NIC

A

F PAIS F

f

BB recibida

en el país F

F E D C B

BB de 60

canales

Banda Base

f B f A f C f E f D

R R

Satélite

A

R= Regreso

B

C

D

E

f f

F

CE

NT

RA

L

TE

LE

FO

NIC

A

Flujo de señales en

un sistema SCPC


CT

CT

CT

CT

B

C

D

E

CE

NT

RA

L

TE

LE

FO

NIC

A

Mod.

Mod.

Mod.

f1

f2

fM

Demod.

Demod.

CE

NT

RA

L

TE

LE

FO

NIC

A

f2

fZ

fX

fY

SATELITE

Flujo de señales en un

sistema SCPC


Potencia de ruido a la

salida, para un sistema SCPC

Si f es la desviación del tono de prueba: 2

2f

N

S

Entonces : 3

22

4

3

mo fN

fA

N

S

2

2

3

mm f

f

f

B

N

C

Donde: BN

AN

Co2

2

Es la relación portadora a ruido

mffB 2Y el ancho de banda de la portadora es:


Canales múltiples por

portadora MCPC

Carrier MCPC

Señal de

entrada

Señal de

entrada

Señal de

entrada

Señal de

entrada

Mod. FEC

encoder

M

u

l

t

i

p

l

e

x

e

r


Productos de Intermodulación

Modelo de amplificador

no lineal

Portadoras a la entrada Portadoras a la salida

Frecuencia

f1 f2

f1 f2 6f1-5f2 5f1-4f2 4f1-3f2 3f1-2f2

2f1-f2

6f2-5f1 5f2-4f1 4f2-3f1 3f2-2f1 2f2-f1

Generación de productos de

Intermodulación en un dispositivo

no lineal ( TWT del transponder del sat)


Distribución del producto de

intermodulación de tercer orden

r

n 1 2 3 4 5 6 7 8

1

2

3

4

6

5

7

0

0 0

1 0 1

8

1 1 1 1

2 1 2 1 2

2 2 2 2 2 2

3 2 3 2 3 2 3

3 3 3 3 3 3 3 3


r

n 1 2 3 4 5 6 7 8

1

2

3

4

6

5

7

0

0 0

0 1 0

8

1 2 2 1

2 4 4 4 2

4 6 7 7 6 4

6 9 10 11 10 9 6

9 12 14 15 15 14 12 9

Distribución del producto de

intermodulación de tercer orden


Agenda



ESTACIONES TERRENAS


TECNICAS DE ACCESO:

FDMA

TDMA

REDES VSAT

TECNICAS DE ACCESO:

TDMA


Acceso Múltiple por División en el

Tiempo = TDMA


Agenda TDMA

INTRODUCCION A TDMA

• ESTRUCTURA DE LA TRAMA TDMA

• ESTRUCTURA DE LAS RAFAGAS TDMA

• EFICIENCIA DE LA TRAMA TDMA

• ESTRUCTURA DE SUPERTRAMA TDMA

• ADQUISICION DE TRAMA Y SINCRONIZACION

• DETERMINACION DE LA POSICION DEL

SATELITE

• PLAN DE TIEMPO DE LAS RAFAGAS

• CONTROL POR LA ESTACION MAESTRA

• TEMPORIZACION Y EQUIPOS TDMA

• REVIEW


Acceso múltiple por división en el

tiempo TDMA

Uplink Downlink


1 ciclo de tiempo

Tiempo

de guarda

Ráfaga

digital

1

2

3

4

5

ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO


Agenda TDMA

• INTRODUCCION A TDMA

ESTRUCTURA DE LA TRAMA TDMA






SATELITE




• REVIEW


Estructura de la trama TDMA

RB1 RB2 Traffic burst Traffic burst RB1

Tf

Trama TDMA

Ráfagas de tráfico

RB = Reference Burst = Ráfaga de Referencia

TB= Traffic Burst = Ráfaga de Tráfico


Agenda TDMA



ESTRUCTURA DE LAS RAFAGAS TDMA





SATELITE




• REVIEW


Estructura de las Ráfagas TDMA

Canal de señalización

Transmit timming channel

Ráfaga de

Referencia

Management channel

Order wire channel

Unique word

Carrier and clock recovery

Preamble Signalling

Channel

Traffic

data

Ráfaga de

Tráfico

Information

subburst N

Information

subburst 2

Information

subburst 1

Service Channel

Order wire channel

Unique word



Detector de palabra única (UW)

+

+

+

Detector

de Umbral

1 2 N

1 2 N

Datos de

Entrada

Sumador

Modulo - 2

Primer bit de la secuencia UW

Bit (N-1)-énesimo de la secuencia UW

Bit N-ésimo de la secuencia UW

Preset

threshold

Pulso de

detección

de la UW

...

...

UW = Palabra única


Agenda TDMA




EFICIENCIA DE LA TRAMA TDMA




SATELITE




• REVIEW


EFICIENCIA DE LA TRAMA

TDMA

• La eficiencia de la Trama TDMA depende del

porcentaje de la trama Tf asignada al tráfico de

datos. Tf es la longitud de la trama TDMA.

• La eficiencia de la Trama esta definida:

TDMA=1-(Tx/Tf)

donde Tx es la porción de overhead de la

trama, si existirán n ráfagas

n

i

ipgx TnTT0

,

Tg = Intervalo de guarda ; Tp,i = preámbulo de la ráfaga i


Ejercicio

Considerar un sistema TDMA con una trama y ráfagas como se

muestra en las págs. 167 y 169, respectivamente. Calcular la

eficiencia de la trama basada en los siguientes parámetros:

1) Longitud de la trama TDMA: 15 ms.

2) Tasa de los bits de las ráfagas TDMA: 90 Mbps.

3) Cada una de las 10 estaciones transmite 2 TB de un total de 20 TB en

la trama + 2 RB.

4) La long. De la secuencia de portadora y reloj son 352 bits. La

Longitud de UW = 48 bits.

5) El Canal de order wire consume 510 bits

6) El Canal de manejo consume 256 bits

7) El canal de transmisión de temporización usa 320 bits.

8) El canal de servicio tiene 24 bits.

9) El tiempo de guarda se asume es de 64 bits.

R = 98.29 %


Agenda TDMA





ESTRUCTURA DE SUPERTRAMA TDMA



SATELITE




• REVIEW


Estructura de la Super-Trama

TDMA

Trama 1 Trama 2 Trama N

Super- trama

NTf

PARA PROVEER CONTROL Y COORDINACION, LA

ESTACION DE REFERENCIA TIENE QUE ENVIAR

INFORMACION A TODAS LAS ESTACIONES EN LA RED,

Y PARA ELLO SE UTILIZA LA SUPERTRAMA.


SUPERTRAMA CON VARIABLES

ESTACIONES DE TRAFICO

Super -trama

RT = Ráfaga de Tráfico

SSB= Supertrama de Ráfaga Corta

RB1 RB2

RT

RT SSB1

Trama 1

RB1 RB2 RT RT SSB

N

Trama 2

RB1 RB1


Estructura de ráfaga corta en una

supertrama de

Other ( demand assignment) Service channel

Unique word



Agenda TDMA






ADQUISICION Y SINCRONIZACION DE TRAMA


SATELITE




• REVIEW


Adquisición y Sincronización de

Trama

En un sistema TDMA, una E/T de tráfico debe

realizar las siguientes tareas:

– En el lado RX, la E/T debe ser capaz de recibir TB

direccionadas para ella, desde el satélite.

– En el lado Tx, la E/T debe ser capaz de transmitir

TB destinadas a otras estaciones de forma

periódica en cada trama de tal manera que las

ráfagas lleguen al transpondedor sin colisionar con

las ráfagas de las otras Estaciones terrenas de

tráfico.


Transmisión de la sincronización

de ráfaga

Receive

burst

timing

Receive

burst

time

plan

Burst

synchronizer

Transmit

burst

timing

Transmit

burst

time

plan

Estación de referencia Estación de trafico

= error


Retraso de transmisión de la trama.

TB

RB RB RB TB

RB RB RB

RB RB

Tf

(M + k)Tf

2dN

c

Tf

(M+k)Tf

DN+kTf

BN

to t1

Tiempo del

Satélite

Tiempo de la

estación de referencia

Tiempo de la

estación N DN

+kTf

BN Transmit burst timing

Transmit frame timing

Receive frame timing

DN = MTf-(2dN/c)


Agenda TDMA







DETERMINACION DE LA POSICION DEL

SATELITE




• REVIEW


Rango de una estación

RfR STFTRFTKTc

d *

2

KTf = el número entero de tramas

Donde:

RFT = receive frame timing

TFT* = transmit frame timing immediately preceding RFT

SR = suma de los retardos internos de propagación de los lados Tx y Rx

de la estación de referencia y el transpondedor del satélite.

dR denota el rango desde la estación de referencia R al satélite S

222 )()()( NsNsNsN ZZYYXXd

dN denota el rango desde la estación de tráfico N al satélite S


Agenda TDMA






• ADQUISICION Y SINCRONIZACION DE TRAMA

• DETERMINACION DE LA POSICION DEL SATELITE

PLAN DE TIEMPO DE LAS RAFAGAS

CONTROL POR LA ESTACION MAESTRA


• REVIEW


Recieve

timing

Recieve

burst

time

plan

Transit

timing

Transmit

burst time

plan

DN

Transmit frame

delay decoder

Determinación de

la posición del sat.

Transmit frame

delay encoder

Transmit

timing

Clock

DN

Estación de

referencia R

Estación de

rango K Estación de

rango M

Estación de

tráfico N

Determinación de la posición del satélite

por la adquisición del tiempo de trama


Corrección de la posición de la ráfaga

para la sincronización de la trama transmitida

Recieve

burst

timing

Recieve

burst

time

plan

Transit

timing

Transmit

burst time

plan

Transmit frame

delay decoder

Recieve burst

timing

Transmit frame

delay encoder

Reference

burst

Transmit

timing

Clock

DN

Estación de

referencia R

Estación de

tráfico N

Burst

synchronizer

DN


Agenda TDMA






• ADQUISICION Y SINCRONIZACION DE TRAMA

• DETERMINACION DE LA POSICION DEL SATELITE



TEMPORIZACION Y EQUIPOS TDMA

• REVIEW


Período de la trama en el satélite

Tf + TR

c

TtdTt

fR

f

c

tdt R

t fTt

Tiempo de

satélite

Tiempo de

la estación

de referencia


Interface TDMA

i fi

Switch

terrestre

Interface TDMA

i fi

Switch

terrestre

A B

Interconexión de los switches

terrestres a través de un enlace satelital


Red digital terrestre conectada

a un enlace TDMA

Sistema

TDMA

Interfaces

Terrestres

Red digital

terrestre

Reloj TDMA

data data

Reloj terrestre


Sistema

TDMA

Alineado de

trama y

buffers doppler

Red digital

terrestre

Sistema

TDMA

Alineado de

trama y

buffers doppler

Red digital

terrestre

Interfaces plesiosíncronas


Interfaces asíncronos

Sistema

TDMA Red digital

terrestre

Stuffers

y buffers

Doppler

Destuffer

y buffers

Doppler

reloj reloj

Sistema

TDMA Red digital

terrestre

Stuffers

y buffers

Doppler

Destuffer

y buffers

Doppler

reloj reloj

data data


Stuffing , Destuffing

Recuperación

del reloj

Buffer

elástico

Circuito de

decisión de stuff

Mul

ti

p

l

e

x

e

r

Rk

Ro

escribir

leer Control de

bits de stuff

Reloj de el

sistema TDMA

Buffer

elástico

Stuff

control bit

detector

Phased-

locked

loop

escribir leer

Reloj del

sistema TDMA

Ro Rk

DESTUFFING

STUFFING


Sistema

TDMA Red digital

terrestre

buffers

Doppler

Reloj

TDMA

Reloj

TDMA

Sistema

TDMA Red digital

terrestre

buffers

Doppler

Reloj

TDMA

Reloj

TDMA

data data

Interfaces

terrestres

Interfaces

terrestres

Interfaces síncronas para

redes terrestres digitales


Configuraciones de ocupación de

un transpondedor de 72

MHz con TDMA

Video

analógico

TDMA

1.5 Mb/s SCPC

con telefonía

analógica

Bandas de

guarda

75 MHz

Portadora

única TDMA

120 Mb / s

75 MHz

Ocupación completa Ocupación parcial


Espectro del transpondedor

MCPC/FDMA

SCPC/FDMA

TDMA


TDMA

Características:

- Ocupación total del ancho de banda

del transpondedor por una sola portadora

- Utilización del amplificador en estado

de saturación (satélite y estaciones terrenas)

Ventajas:

- Utilización de todo el ancho de banda

y de toda la potencia del transpondedor

Desventajas:

- Equipo de sincronización

complejo

- G/T grande de las estaciones

terrenas


VSATs a Maestra

A B

C D

A B C D

A

B

C D

A B

C

D A B

C D

B

A

C

D


Maestra a VSAT’s

A

B

C D

A

B C

D

A

B C

D


TDMA de banda angosta en un

transpondedor de usos

múltiples

Video

TDMA

2.5 MHz

SCPC (voz)

30MHz

Ancho de banda del transpondedor


Consideraciones de

ingeniería de sistemas

de acceso múltiple


Factores

A) Capacidad

B) Potencia y ancho de banda

C) Interconectividad

D) Crecimiento

E) Servicios

F) Interface terrestre

G) Seguridad de comunicación

H) Costo- beneficio


Comparación de las técnicas de

acceso múltiple

SCPC SCPC

(DAMA) TDM / TDMA TDMA

Número reducido

de

estaciones terrenas

Tráfico de voz y

datos (baja, media

y alta capacidad)

Configuración

estrella principal-

mente

Número amplio

de estaciones

terrenas

Tráfico de voz

principalmente

(baja capacidad)

Configuración

estrella o malla

Número amplio

de estaciones

terrenas

Número moderado

de estaciones

terrenas

Tráfico de datos

(baja y mediana

capacidad)

Configuración

estrella princi-

palmente

Tráfico de voz y

datos (mediana

y alta capacidad)

Configuración

estrella o malla


Review


1. Liste tres de los principales componentes que conforman una trama TDMA:

A. _____________________________________

B. _____________________________________

C. _____________________________________

2. Considere una Trama TDMA con los siguientes parámetros:

Longitud de Trama TDMA: 16 ms

Velocidad de los datos de la ráfaga TDMA: 60 Mbps

32 ráfagas de tráfico y 2 ráfagas de referencia

Seceuncia de CCR (Carrier and Clock Recovery sequence) de secuencia: 256 bits

Secuencia de UW (Unique Word): 20 bits

Canal de “order wire”:512 bits

Canal de manejo: 256 bits

Canal de temporización de transmisión: 320 bits

Canal de servicio: 256 bits

Tiempo de Guarda: 32 bits

(a) Encontrar la eficiencia de la trama

(b) ¿ Cuántas portadoras T1 pueden ser acomodadas en la trama TDMA?

(c) ¿ Cuántos canales de voz de32 kbps pueden ser acomodados en la trama TDMA ?

ING. OSCAR SOMARRIBA 261 ING. OSCAR SOMARRIBA 261

Agenda



ESTACIONES TERRENAS


TECNICAS DE ACCESO:

FDMA

TDMA


REDES VSAT

Sistemas de Comunicaciones

Digitales Satelitales

• Introducción

• Operación digital de “Bent-pipe Satellite

Systems”

– Digital FDMA & IDR

– Digital TDMA

• Processing Satellites

• Link Budget for Digital Satellites


Introducción

• Casi todos los sistemas satelitales en el mundo

son digitales.

• Se describen los sistema FDMA y TDMA

digitales.


Operación digital de “Bent-pipe

Satellite Systems”

• Sistema FDMA:

– La operación de FDMA digital es muy similar al

caso analógico discutido antes. En vez de utilizar

una señal FDM/FM, una forma de onda digital es

transmitida en ese segmento usando técnicas de

modulación como QPSK.

– Dado que no se tiene regeneración en el

transponder del satélite, la señal en D/L sufre

cierta cantidad de distorsión debido al transponder

del satélite, el cual es un mixer y convertidor

descendente. Entonces el ruido de IM es la mayor

problema.



Satellite Systems” (2)

• Intelsat Digital Operation conocida como

sistema “IDR (Intermedia Data Rate) digital

carrier” es introducido.

• Las portadoras IDR en el sistema INTELSAT

utilizan QPSK coherente operando a diferentes

tasa de información desde 64 kbps a 44.736

Mbps. La tasa de información es definida

como tasa de bits entrando a la unidad de canal

antes de la aplicación de c/q overhead o FEC.


Sistemas IDR


IDR

• El ancho de banda ocupado en el sistema IDR

es aprox. Igual a 0.6* tasa de datos.

• Para proveer banda de guarda entre portadoras

adyacentes, el ancho de banda nominal del

satélite es 0.7* tasa de datos


Performance de IDR

(ver detalles en página 384, Freeman)


IDR Channel unit Diagrama en

Bloque de una unidad de canal IDR



Satellite Systems (3)

• Sistemas TDMA:

– Con TDMA digital, cada estación terrena tiene

acceso al Transponder en un time slot asignado

para su transmisión, y todos los U/Ls usan la

misma frecuencia portadora.

– Esto es similar a lo estudiado.


Satélites con Procesamiento Digital

• A diferencia de los Satélites que son

repetidores RF (“bent-pipe satellites”), estos

operan en un modo digital y, como mínimo se

demodula la señal de U/L para la regeneración

para banda base.


Sistema básico con repetidor

regenerativo


Switched-SatelliteTDMA

(SS/TDMA)

• Ahora llevamos el procesamiento un paso

adelante empleando antenas avanzadas “beam

switching”, de haces conmutados. Esta técnica

provee enrutamiento troncal, incrementando la

capacidad del satélite para reuso de frecuencia

adicional.


Switched-SatelliteTDMA

(SS/TDMA): El concepto


SS/TDMA

• Las señales TDMA desde una zona geográfica

están cíclicamente interconectadas a otros

“beams” o zonas así que un conjunto de

transponder aparece tener capacidad de saltos

de haces. Una ventana de sincronismo es

usualmente requerida para sincronizar las

señales TDMA de las terminales en tierra a la

secuencia de conmutación en el satélite.


Ejemplo 1 de satélite digital (A)

• Un cierto sistema de satélite opera a

2,048Mbps, la modulación es QPSK con

detección coherente, además usa codificación

convolucional con tasa de ½ usando un

decodificador Vterbi (hard decision) ; pérdidas

por implementación de modulación de 2 dB;

(C/No)s = 77 dB; y deseamos un margen de -

5dB. Calcular el BER que permita el margen


Ejemplo1 de satélite digital (B)


Ejemplo 2 de satélite digital (A)

• Un enlace U/L a 6 GHz trabajando en un

satélite de procesamiento tiene un BER=1* 10-5.

• LA PIRE del terminal es + 65 dBW y FSL al

satélite es 199.2 dB. ¿Cuál G/T requiere sin

coding? . ¿Cuál G/T se requiere con FEC? El

satélite utiliza una antena de “earth coverage”

ver Tabla 7.18. del libro de Freeman.


Ejemplo 2 de satélite digital (B)


Ejemplo 2 de satélite digital (C)


Ejemplo 3 satélite digital (A)

• Un enlace descendente satelital (D/L) tiene una

PIREs de + 30 dBW a 7.35 GHz. La BER deseada es

1* 10-6 ; la modulación es BPSK con detección

coherente; FEC es implementado con codificación

convolucional , con una tasa r= ½, K=7, y

decodificación Viterbi con una cuantificación de

receptor de 3 bits; la tasa de datos es 45 Mbps y la

FSL es 202.0 dB ¿Cuál es G/T del equipo terminal

asumiendo un margen de 5dB? Asuma que el satélite

usa un spot beam. Ver Tabla 7.19 del libro de

Freeman.


Ejemplo 3 satélite digital (B)


Ejemplo 3 satélite digital (C)

• La G/T requerida es la suma (ver Tabla en la lámina

anterior) de 26.18+4.9+2.0+5.0 igual +38.08 dB/K.

Si ese valor es ahora sustituido por el valor inicial de

G/T de 0 dB/K, la última entrada en la tabla o antes

de la variable primera de “sum” será cero. El valor

para la Eb/N0 fue derivado de la figura 4.12, en la

curva de la izquierda, usando el BER = 1*10-6 (10.5

dB), luego de la Figura 4.19, donde obtenemos la

ganancia de codificación de 5.6 dB para K=7 y

R=1/2. Entonces restamos, dejando la Eb/N0 en 4.9

dB (10.5 -5.6 dB).


Ejemplo 4 de Link budget para Sistemas IDR (Tabla 7.20)

284

ING. OSCAR SOMARRIBA 285 ING. OSCAR SOMARRIBA 285

Agenda



ESTACIONES TERRENAS


TECNICAS DE ACCESO:

FDMA & TDMA


REDES VSAT


INTRODUCCIÓN A REDES

VSAT

• Definición de VSAT

• Configuraciones de Redes VSAT

• Aplicaciones

• Partes Involucradas en Redes VSAT

• Estaciones Terrestre para Redes VSAT

• Aplicaciones


Definición de VSAT

• Las VSAT (Terminales de muy pequeña Abertura) son

estaciones terrenas mucho más pequeñas que las

convencionales, que ahora suministran comunicaciones fiables

para sistemas digitales y de vídeo.

• Los diámetros de las antenas parabólicas de las VSAT varían

entre 0.6 m (2 ft) a 2.4 m (7.8 ft) dependiendo de la capacidad

deseada de la estación


CONFIGURACIONES DE

REDES VSAT

• Las VSAT estan conectadas por enlaces de radio frecuencia

vía un satélite. Las redes VSAT actuales usan satélites

geoestacionarios. Operan en las bandas C y Ku.

• Un enlace de radio frecuencia es una portada modulada que

transporta información.

• Las dos configuraciones básicas son:

• Una Red VSAT basada en una arquitectura en forma de estrella

• Una red VSAT basada en una arquitectura en forma de malla.


Configuraciones de Redes VSAT

Uplink Downlink

Satélite


CONFIGURACIONES DE

REDES VSAT- RED ESTRELLA

VSAT

HUB

VSAT

VSAT

VSAT VSAT

VSAT


CONFIGURACIONES DE

REDES VSAT- RED MALLA

VSAT VSAT

VSAT VSAT

VSAT VSAT


APLICACIONES

APLICACIONES CIVILES:

Aplicaciones civiles unidireccionales: • Difusión de acciones en el mercado y de noticias

• Educación continua a distancia

• Introducción a nuevos productos en ubicaciones

remotas

• Distribución de vídeo o programas de TV


APLICACIONES (CONT.)

APLICACIONES CIVILES

BIDIRECCIONALES: • Transacciones interactivas de computadoras

• TeleConferencias de baja velocidad de datos

• Interrogación a bases de datos.

• Transaciones bancarias

• Sistemas de reservación

• Proceso de distribución remota y telemetría

• Comunicaciones de voz

APLICACIONES MILITARES


PARTES INVOLUCRADAS EN

REDES VSAT


ESTACIONES TERRESTRES

PARA REDES VSAT

• Equipos de la estación VSAT

• La estación Hub


Equipos de la estación VSAT


ESTACIONES TERRESTRE

PARA REDES VSAT

• Un estación VSAT esta compuesta de equipos

separados: la unidad exterior (ODU), y la

unidad interior (IDU).

• La ODU es la interfase VSAT al satélite

• La IDU es la interfase a las terminales de los

usuarios o a una LAN.


LA ESTACION HUB

• La estación Hub posee un tamaño (diámetro)

mayor que las VSAT

• El Hub posee adicionales Módulos funcionales

(Interfase de Banda Base, Procesamiento de

acceso al satélite)

• Una Hub esta equipada con un NMS (Network

Management Service)

• Rango de precio entre U$ 105- 106


SUBSISTEMAS DEL HUB

UNIDAD INTERIOR

Terminal RF (Convertidores

Ascendente/Descendente, TX,

RX)

Procesamiento de

acceso al satélite

(modulador, demo-

dulador, mux,

temporización)

Interfase de

BandaBase Computer

HOST

NMS

Estaciones de Trabajo

Gráficas


Conectividad VSAT-VSAT

{Tomado de Tanenbaum}

Descripción Técnica de una Red

VSAT y su Operación (1)

• La mas utilizad topología para redes VSAT es la

configuración en estrella. El Hub es la pieza central y

casi siempre esta colocado en la cas matriz de una

corporación o empresa usualmente en la capital de un

país. Un Hub podría tener una antena con un

diámetro 5 m o 11 m, mientras un terminal VSAT

podría tener una antena con un diámetro en el rango

de 0.6 a 2.4 m. La potencia de salida RF en el Hub

varía de 100 a 1000 W, mientras que la VSAT estará

en el rango de 1-10 W.


Descripción Técnica de una Red

VSAT y su Operación (2)

• Para reducir los cargos recurrentes del segmento

espacial, se trata de utilizar tan poco ancho de banda

como sea posible en el transpondedor del satélite.

• El “Outbound traffic” (tráfico o circuitos en la

dirección del Hub a la VSAT) es usualmente

transportado en flujo de bits TDM, 56 kbps, 64 kbps,

128 kbp, 256 kbps, 384 kbps (etc.). El “Inbound

traffic” (tráfico o circuitos en la dirección de la

VSAT al Hub) , dependiendo grandemente en el

perfil del tráfico, utilizará algún tipo de asignación

por demanda o por contención, por encuesta (polling)

, u otro protocolo con data rates de 1200 bps a 64

kbps o mayor.


Ejemplo de Link Budget para Típica VSAT

operada en la Banda Ku (1)

• Las VSATs usualmente opera en la banda Ku debido

a que es más favorable PIRE permitida en el D/L

cuando es comparada con la banda C.

• Un modelo de VSAT bajo consideración es un

sistema de dos vías usando las frecuencias de la

banda Ku. El enlace Outbound es 128 kbps en un

formato TDM empleando la modulación QPSK con

detección del coherente usando codificación

convolucional con tasa r=1/2, K=7 y cuantificación

de 3 bits, con decodificación de Viterbi.




• El tráfico del enlace Inbound tiene una tasa de

datos de 32 kbps usando un formato de trama

tipo HDSL, con un FEC similar. El enlace de

128 kbps con tasa de codificación de ½ tiene

un tasa de símbolos codificado de 256

símbolos/s. Este enlace requiere un canal RF

de 200 kHz.

• La tasa de información de 32 kbps y tasa de

símbolos codificada de 64 kbps requiere un

canal RF de 50 KHz.

• .




• El BER, bajo condiciones de cielo claro, es

1*10-9; para el caso de condiciones de

degradación el BER puede decaer 1*10-6 .

• También se tiene una pérdida implementación

por modulación de 2 dB así que Eb/N0 para

operaciones en condiciones de cielo despejado

es 8.5 dB; para una operación degrada se tiene

6.7 dB para el canal outbound de 128 kbps.




• El canal inbound de 32 kbps también requeiere

8.5 dB para condiciones de cielo despejado y

6.7 dB para el caso de operación degrada. Para

mitigar la caída de lluvia en la banda Ku, y

existe un margen de 4 dB en ambos enlaces.

• El ángulo de elevación de ambas, Hub y

VSAT es 10° . El rango (distancia) al satélite

(ver figura 6.5 del libro de Freeman) es 25,

220 sm.




• La frecuencia de un enlace oubound es 14,100

MHz, su equivalente en el D/L es 11,800

MHz.

• La frecuencia del U/L inbound es 14,300

MHz, su equivalente frecuencia en D/L es

12,000 MHz. Los transponders del satélite en

cuestión cada uno tiene una PIRE de * 44

dBW sobre un ancho de banda de 72 MHz,

asumiendo condición de carga completa. La

G/T de los transponder son en cada caso es 0.0

dB/K ING. OSCAR SOMARRIBA 307



• La portadora inbound en el D/L tiene una

PIRE de +12.4 dBW; para el outbound en el

D/L, el PIRE de la portadora de la VSAT es

18.4 dBW. Estos valores de PIREs fueron

calculados asumiendo una densidad de

potencia uniforme a través de todo el ancho de

banda del satélite de 72 MHz. Por lo que la

PIRE = +44 dBW-10log(72,000/200) =+18.4

dBW. El valor de 12.4 dBW es calculado en

forma similar o sea +44 dBW-log(72,000/50).




• La Hub tiene los siguientes parámetros:

Potencia transmitida, 500 W o +27 dBW;

pérdida de las líneas de transmisión de 2 dB,

abertura de la antena de 5m . Su ganancia a

14,000 MHz es 53.5 dB y a 11,800 MHz es

52.0 dB; Tsys = 200 K, as que la G/T del hub

es + 29.0 dB/K. Las PIRE = + 78.5 dBW.

• Los parámetros postulados del terminal VSAT

en este sistema son los siguientes:

G/T = ?, es desconocido. Asumimos que su

eficiencia es 65%.

• ING. OSCAR SOMARRIBA 309



• La Tsys para el sistema rx consiste de la suma de Tant y Tr.

Entonces, Tr=100 K y Tant=120K. Así Tsys=220 K.

• La PIRE de la VSAT es desconocida , las pérdidas por líneas

de transmisión son 1 dB; la potencia de transmisión de salida

es desconocido (en el rango de 0.5- 10 W). El link budget del

D/L (outbound) determinará la apertura de la antena.

• Las perdidas de espacio libre son los siguientes:

– (14.1 GHz) FSL (dB)= 207.59 dB

– (14.3 GHz) FSL (dB)= 207.71 dB

– (12.0 GHz) FSL (dB)= 206.19 dB

– (11.8 GHz) FSL (dB)= 206.05 dB




• ¿Cuál C/N0 neta es requerida para una Eb/N0 de 8.5

dB?

• N0= -228.6 dBW + 10*log Tsys con Tsys= 220 K

• Así, N0= -228.6 dBW + 10*log220= -205.17 dBW

• Eb debe tener 8.5 dB más alta que -205.17 dBW o

196.67 dBW. La tasa de datos en el canal es 128

kbps; así C= RSL=196.67 dBW+10*log(128+10-3) o

-196.67+51.07 dB= -145.6 dBW. Entonces es

objetivo:

– C/ N0(t)= 145.6 dBW –(-) 205.17 dBW = 59.57 dB




• Despreciando el ruido generado por el satélite

(productos de IM):

• Convirtiendo valores en dB en valores

numéricos, tenemos:

• 905,7330 1/[1/(5128*106)+1/(C/N0(d))]=>

C/N0(d) 60 dB




• Colocando este valor en el link budget del D/L en las

láminas anteriores, podemos calcular ahora la G/T

para el VSAT. El C/N0 calculado es 39.45 dB; la

C/N0 requerida = 60 dB así que existe un déficit en

20.55 dB en la C/N0.

• Sustituyendo 20.55 dB para el valor de G/T. En otras

palabras, la G/T debe ser 20.55 dB/K en vez de 0.0

dB/K . Si deseamos un margen de 4 dB, sumaremos a

este valor , o sea la G/T será 24.55 dB. Usaremos este

valor para calcular la apertura de la antena.

• Para calcular la apertura de la antena requerida de la

VSAT, necesitamos la ganancia de la antena usando

la identidad matemática de identidad para G/T. La

Tsys fue calculado en 220 dB.




• G/T= G(dB)-10*log220

• 24.55 dB= G(dB)-23.42 dB G(dB)=47.97 dB

• La ganancia de la antena podría se calculada usando la fórmula :

– G(dB)=20*log(D)+20*log(11,800MHz)+10*log0.65-49.92

– D= 2.5m

• El próximo problema es calcular la potencia de tx de U/L de la

VSAT. LA PIRE de ese U/L esta basado en una antena con una

apertuta de 2.5 m. Calcular la antena de ganancia en la

frecuencia del U/L de 14.3 MHz. Esto da una G(dB)= 49.65 dB.

• Utilizando una potencia de tx de un 1W (o dBW). La PIRE de

los VSAT en el U/L es entonces = 0-1 dB+49.65 dBW=+48.65.

Ahora veamos el link budget inbound.




• Calcular el valor equivale numérico de cada

valor C/N0. Esto permite calcular C/N0(t) :

• C/N0(t) = 61.11 dB

• N0 = -228.6 dBW/K +10*log200 K=-205.59 dBW/Hz

• C/N0(t) = C(dBW)- N0 (C= RSL)

• 61.11 dB=RSL(dBW)-(-205.59 dBW/Hz)

• RSL= -144.48 dBW

• Eb= -144.48 dBW-10*log(32*103)=-189.53 dBW

• Eb/N0 =-189.53-(-205.39 dBW/Hz) =16.06 dB (Calculado)

• Eb/N0 (requerido)= 8.5 dB

• Margen= 7.56 dB


TECNICAS DE ACCESO (1)

• Técnicas de Acceso Aleatorios:

– ALOHA PURO

– SLOTTED ALOHA

– ALOHA con REJECT SELECTIVE (SREJ)

– R-ALOHA o ALOHA con Capacidad de

Reservación.


Througout vs. Delay para algunos

esquemas ALOA


TECNICAS DE ACCESO (2)

• Técnicas de Acceso por demanda asignada (DAMA):

– DAMA es un sistema de acceso múltiple está basado en el

concepto de un POOL de canales de tráfico que puede ser

asignado por demanda. Cuando un usuario VSAT tiene

tráfico, al Hub se le hace una petición por un canal. Si el

canal está disponible, el hub asigna el canal a la VSAT, lo

cual entonces procede a transmitir su tráfico. Cuando la

transacción de tráfico es completada , el canal utilizado es

retornado al pool de los canales disponibles.

• Existe sistema DAMA, basados en FDMA o en TDMA

• En el primer caso tenemos SDMA /SCPC.

• DAMA es útil para tráfico más o menos continuo.


TECNICA DE ACCESO (3)

• FDMA de Asignación Fija

• Cuando tenemos un flujo de tráfico casi continuo es

estimado desde la VSAT al Hub, la operación SCPC

podrías ser una alternativa atractiva. En este caso,

cada VSAT se le asignada una slot de frecuencia en

un base de un periodo completo.

• El ancho de banda de la slot debe ser lo suficiente

para acomodar el flujo del tráfico.

• Otra alternativa es TDMA, donde una time slot es

asignada en un periodo para la conectividad.


Time Division Multiple Access and ALOHA

• TDMA is a truly digital technology, requiring that all information be converted into bit streams or data packets before transmission to the satellite. (An analog form of TDMA is technically feasible but never reached the market due to the rapid acceptance of the digital form.)

• Contrary to most other communication technologies, TDMA started out as a high-speed system for large Earth stations.

• Systems that provided a total throughput of 60 to 250 Mbps were developed and fielded over the past 25 years.

• However, it is the low-rate TDMA systems, operating at less than 10 Mbps, which provide the foundation of most VSAT networks.

• As the cost and size of digital electronics came down, it became practical to build a TDMA Earth station into a compact package.

Time Division Multiple Access and

ALOHA

• Lower speed means that less power and bandwidth need to be acquired (e.g., a fraction of a transponder will suffice) with the following benefits:

– The uplink power from small terminals is reduced, saving on the cost of transmitters.

– The network capacity and quantity of equipment can grow incrementally, as demand grows.


ALOHA

• TDMA signals are restricted to assigned time slots and therefore must be transmitted in bursts.

• The time frame is periodic, allowing stations to transfer a continuous stream of information on average.

• Reference timing for start-of-frame is needed to synchronize the network and provide control and coordination information.

• This can be provided either as an initial burst transmitted by a reference Earth station, or on a continuous basis from a central hub.

• The Earth station equipment takes one or more continuous streams of data, stores them in a buffer memory, and then transfers the output toward the satellite in a burst at a higher compression speed.


ALOHA

• At the receiving Earth station, bursts from Earth stations are received in sequence, selected for recovery if addressed for this station, and then spread back out in time in an output expansion buffer.

• It is vital that all bursts be synchronized to prevent overlap at the satellite; this is accomplished either with the synchronization burst (as shown) or externally using a separate carrier.

• Individual time slots may be pre-assigned to particular stations or provided as a reservation, with both actions under control by a master station.

• For traffic that requires consistent or constant timing (e.g., voice and TV), the time slots repeat at a constant rate.


ALOHA

• Computer data and other forms of packetized information can use dynamic assignment of bursts in a scheme much like a DAMA network.

• There is an adaptation for data, called ALOHA, that uses burst transmission but eliminates the assignment function of a master control.

• ALOHA is a powerful technique for low cost data networks that need minimum response time. Throughput must be less than 20% if the bursts come from stations that are completely uncoordinated because there is the potential for time overlap (called a collision).


ALOHA

• The most common implementation of ALOHA employs a hub station that receives all of these bursts and provides a positive acknowledgement to the sender if the particular burst is good.

• If the sending station does not receive acknowledgment within a set “time window,” the packet is re-sent after a randomly selected period is added to prevent another collision.

• This combined process of the window plus added random wait introduces time delay, but only in the case of a collision.

• Throughput greater than 20% brings a high percentage of collisions and resulting retransmissions, introducing delay that is unacceptable to the application.


ALOHA

• An optimally and fully loaded TDMA network can achieve 90% throughput, the only reductions required for guard time between bursts and other burst overhead for synchronization and network management.

• The corresponding time delay is approximately equal to one-half of the frame time, which is proportional to the number of stations sharing the same channel.

• This is because each station must wait its turn to use the shared channel.

• ALOHA, on the other hand, allows stations to transmit immediately upon need. Time delay is minimum, except when you consider the effect of collisions and the resulting retransmission times.


ALOHA

• TDMA is a good fit for all forms of digital communications and should be considered as one option during the design of a satellite application.

• The complexity of maintaining synchronization and control has been overcome through miniaturization of the electronics and by way of improvements in network management systems.

• With the rapid introduction of TDMA in terrestrial radio networks like the GSM standard, we will see greater economies of scale and corresponding price reductions in satellite TDMA equipment.

Code Division Multiple Access

• CDMA, also called spread spectrum communication, differs from FDMA and TDMA because it allows users to literally transmit on top of each other.

• This feature has allowed CDMA to gain attention in commercial satellite communication.

• It was originally developed for use in military satellite communication where its inherent anti-jam and security features are highly desirable.

• CDMA was adopted in cellular mobile telephone as an interference-tolerant communication technology that increases capacity above analog systems.


• It has not been proven that CDMA is universally superior as this depends on the specific requirements.

• For example, an effective CDMA system requires contiguous bandwidth equal to at least the spread bandwidth.

• Two forms of CDMA are applied in practice: (1) direct sequence spread spectrum (DSSS) and

(2) frequency hopping spread spectrum (FHSS).

• FHSS has been used by the OmniTracs and Eutel-Tracs mobile messaging systems for more than 10 years now, and only recently has it been applied in the consumer’s commercial world in the form of the Bluetooth wireless LAN standard. However, most CDMA applications over commercial satellites employ DSSS (as do the cellular networks developed by Qualcomm).


• Consider the following summary of the features of spread spectrum technology (whether DSSS or FHSS): – Simplified multiple access: no requirement for coordination

among users;

– Selective addressing capability if each station has a unique chip code sequence—provides authentication: alternatively, a common code may still perform the CDMA function adequately since the probability of stations happening to be in synch is approximately 1/n;

– Relative security from eavesdroppers: the low spread power and relatively fast direct sequence modulation by the pseudorandom code make detection difficult;

– Interference rejection: the spread-spectrum receiver treats the other DSSS signals as thermal noise and suppresses narrowband interference.


• A typical CDMA receiver must carry out the following functions in order to acquire the signal, maintain synchronization, and reliably recover the data: – Synchronization with the incoming code through the

technique of correlation detection;

– De-spreading of the carrier;

– Tracking the spreading signal to maintain synchronization;

– Demodulation of the basic data stream;

– Timing and bit detection;

– Forward error correction to reduce the effective error rate;


• The first three functions are needed to extract the

signal from the clutter of noise and other signals.

• The processes of demodulation, bit timing and

detection, and FEC are standard for a digital

receiver, regardless of the multiple access

method.

Multiple Access (Resumen)

• The bottom line in multiple access is that there is no single system that provides a universal answer.

• FDMA, TDMA, and CDMA will each continue to have a place in building the applications of the future.

• They can all be applied to digital communications and satellite links.

• When a specific application is considered, it is recommended to perform the comparison to make the most intelligent selection.

Ejemplo de Diseño de una RED VSAT (1)

• Para introducir al diseño de una red VSAT modesta para

soportar transacciones donde el retraso mínimo y el costo son

requerimientos primordiales. El sistema operará en la banda

Ku. La red soporta una cadena de 50 tiendas. El Hub está

localizado en los cuarteles generales de la compañía. La

transacción de mensajes inbound esta basada en trama tipo

HDSL de 40 octetos, incluyendo el overhead. La tasa de datos

de inbound es 9600 bps con tasa de codificación

convolucional de 1/2 , K=7, y 3 bits de “soft decision” en el

Rx con decodificación proveyendo una ganancia de

codificación de 5.3dB (Ver figuras 4.19 y Tabla 4.7) . El flujo

TDM outbound es 19.2 kbps con codificación similar. LA

modulación QPSK es utilizada en ambos casos.

Cada terminal puede tener tanto como 16 contadores de

atención en operación a la vez, y el peor caso es una

transacción por minuto por cada estación de revisión.



• La verificación de tarjeta de crédito y la realización

de un cargo de una transacción actual sigue un

formato de trama HSDL. Así, la tasa de trama para el

peor caso, para una sucursal, es 16 tramas por

minuto, es decir es 40 x 8 o 320 bits por trama.

• La duración de una transacción es entonces, es

320/9600 segundos o 33ms . El tiempo online por

almacén o sucursal es 0.528 por 60 segundos (i.e., 16

x 33 ms). Asumiendo que todos los 50 almacenes

tienen un mismo perfil de tráfico, nosotros tenemos

50 x 0.528 para el peor caso, la intensidad de tráfico

pico. Esto sería 26,4 segundos por minutos. Este

valor está muy por encima del 18 % permitido por

ALOHA Pure.



• Entonces se nos presentan tres posibilidades. (1)

Utilizar Slotted Aloha involucrando un incremento en

el costo y la complejidad. (2) Tener 3 canales

inbound, dividiendo el tráfico hasta situarnos en el

requerimiento del 18% de Aloha Puro. Así, en cada

canal, habría sólo tráfico de 17 tiendas o 9.601

segundos por minuto o alrededor 15 %. (3) Utilizar

una tasa de datos inbound más alta, por ejemplo, 32

kbps.

• La decisión es tomada por la negociación de cargos

recurrentes del segmento espacial basados en el

ancho de banda frente a los costos de la complejidad

de ALOHA Ranurado.



• El flujo de bits TDM outbound tiene

suficiente capacidad a 19.2 kbps debido a que

el tráfico predominantemente es VSAT-a- Hub

o sea el tráfico inbound.

• Los ancho de bandas som calculado utilizando

un filtro de 1.5 Nyquist Cosine rolloff. La tasa

por símbolos es el doble la tasa de bitios (tasa

de coding de 1/2) así el canal inbound se

calculaen 10x2x1.5 o 30 KHz y el canal

outbound es calculado como 20x2x1.5 o 60

kHz . Ambos utilizan QPSK coherente.



• El satélite utiliza un spot beam para que el sistema

tenga una PIRE de +45 dBW dispersa

uniformemente en el ancho de banda de 72 MHz del

transbordador.

• LA PIRE de la portadora D/L inbound es +14.21

dBW. La PIRE de la portadora de D/L inbound tiene

+11.18 dBW. La BER de ambos inbound y outbound

con condiciones de cielo despejado es 1x10-9 ; basado

en la modulación QPSK con detección coherente y

codificación FEC tiene una Eb/N0 de 8.5 dB,

incluyendo las pérdidas por implementación de la

modulación de 2dB. También se dejan de margen

5dB para casos de lluvia e interferencia.

• El ángulo de elevación es de 20° para ambos casos.



• Los rangos de los satélites geoestacionarios son

21,201 nm (millas náuticas). La asignación de

frecuencias versus las funciones de los flujos de

tráficos y la pérdidas de FSL están señalados en la

Tabla 8.3



• Para el U/L inbound, la potencia de salida del

tranmisor VSAT es 1 W(0 dBW) . En el caso

dela U/L outbound (i.e., en el Hub) la salida de

potencia del transmisor se asume que es 1W

también. La G/T del satélite en ambos casos es

1 dB/K.



• La C/N 0(t) objetivo es calculado como sigue,

basados en la Eb/N0 de 8.5 dB. La Tsys en el Hub

es 200 K. Así N0= -228.6 dBW +10*log200=-

205.59 dBW. Eb debe ser mayor o estar encima

de este valor por 8.5 dB, o sea –197.09 dBW.

• C= RSL = -197.09 dBW +10*log9600= -157.24

dBW. O sea la C/N 0(t) para los enlaces inbound

debe ser

• C/N 0(t) = -157.24 dBW-(-205.59dBW)= 48.35 dB

• A este valor C/N0 le sumamos el margen de 5 dB

para obtener un total de 53.35 dB.



• Usando la ecuación 6.32, calculamos la C/N 0(t) neta.

• Calculamos los equivalentes numéricos de cada valor de C/N0:

– U/L: 67.40 dB= 5,495,408.7

– D/L: 58.34 dB= 682,338.7

– La C/N 0(t) =57.83 dB.

• El próximo paso es calcular los link budget outbounds.



• La C/N0 objetivo para los enlaces outbound es calculad a

continuación. La Eb/N0 deseada es 8.5 dB. Tsys del

sistema rx d ela VSAT es 206 K; asi N0 para ese sistema

es – 228.6 dBW+1º*log206= -205.46 dBW. Eb debe estar

8.5 dB encima de este valor ; es decir – 196.96 dBW.

• C=RSL= -196.96*10+log(19.2x103) = 154.12 dBW.

• El valor objetivo para C/N 0(t) es -154.12dBW-(-205.46

dBW)= 51.33 dB. Para completar el diseño a este valor le

debemos agregar el margen de 5dB requerido es decir

obtenemos un valor de 56.33 dB.

• Ahora calculamos la C/N 0(t) outbound para estos link

budgets.


Ejemplo de Diseño de una RED

VSAT (13)

• Calculamos los equivalentes numéricos de cada valor de C/N0:

– U/L: 69.98 dB= 9,954,054

– D/L: 57.65 dB= 582,115

– La C/N 0(t) =57.40 dB.

• Este último valor esta justamente dentro del rango del

valor objetivo de 56.33 dB. Debe ser notado que el

Hub es comparativamente pequeño, por ello es

probable que no requiera alguna forma de tracking.

• Los enlaces U/L inbound aparecen

sobredimensionados, pero la G/T requerida en el D/L

VSAT dicta el diámetro de antena que el U/L debe

usar. ING. OSCAR SOMARRIBA 348

Ejemplo de Diseño de una RED

VSAT (14)

• De igual manera, el U/L outbound aparece

sobre dimensionado, pero el D/L inbound

requiere un valor de G/T que necesita un

diámetro de antena de 10pies.

• Es aconsejable equipar el uplink outbound

con un HPA de 10 W y utilizar la potencia de

salida decrementada (i.e, 1 W). Esto provee un

una margen adicional de 10 dB en ese U/L.

• Cualquier reducción adicional en los

parámetros de enlace degradaría el desempeño

por debajo de lo especificado.



Review


1. Liste las cuatro mayores bandas de frecuencias usada en las comunicaciones vía satélite:

A. ____________________________________

B. ____________________________________

C. ____________________________________

D. ____________________________________

2. ¿ Qué frecuencias o banda de frecuencias es un usada para los enlaces cruzados en la comunicación

entre satélites ?

3. ¿ Qué significado o A qué se refiere tiene ”very small apertura” en las siglas VSATs ?

4. ¿Qué tipo de sistema satelital es utilizado en general por un sistema VSAT?

A. Elíptico

B. Geoestacionario

C. LEO

D. Intelsat

5. ¿ Por qué se necesita de una estación HUB en las redes VSAT de topología estrella? Y

¿ Dé una razón de peso por que el tamaño del Hub es mucho mayor que las VSAT que sirve ?

6. ¿ Que tipo de topología VSAT tiene utiliza COCESNA en su comunicaciones satelitales?

7. ¿ Por qué la banda Ku es frecuentemente más deseable que la banda C para la operación de una

Red VSAT? ¿ Cuál es la principal desventaja de la banda Ku en comparación con la banda C?

u-iii_comunicaciones_satelitales_final.pdf

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