CÁLCULO DE UN ENLACE SATELITAL

CÁLCULO DE UN ENLACE SATELITAL ENTRE QUITO (ECUADOR) – LOS ANGELES (CALIFORNIA-EEUU)

Andrés Mauricio Gutiérrez Mejía Cesar Mauricio Perdomo Rozo Gersson Harley Tao Sánchez

UNIVERSIDAD EL BOSQUE Facultad de Ingeniería Electrónica

Bogotá DC, abril 6 de 2006

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CÁLCULO DE UN ENLACE SATELITAL ENTRE QUITO (ECUADOR) – LOS ANGELES (CALIFORNIA-EEUU)

Presentado por: Andrés Mauricio Gutiérrez Mejía 02170026 Cesar Mauricio Perdomo Rozo 02170039 Gersson Harley Tao Sánchez 02170051

Presentado a: Ing. GUSTAVO QUIROGA BRICEÑO

UNIVERSIDAD EL BOSQUE Facultad de Ingeniería Electrónica



























TABLA DE CONTENIDOS

Pág. INTRODUCCIÓN 1. TÍTULO 2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 3. JUSTIFICACIONES 4. OBJETIVOS 5. MARCO TEÓRICO

4 5 6 7 8 9

6. DISEÑO FUNCIONAL 7. RECOPILACION DATOS 8. CALCULO DEL ENLACE 9. COSTOS 10. CONCLUSIONES 11. ANÁLISIS LEGAL 12. GLOSARIO 13.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

29 30 39 45 47 49 51 52



























INTRODUCCIÓN

Desde su concepción, los enlaces satelitales buscan eliminar los limites en la comunicación a nivel global, siendo INTELSAT la empresa que desde 1964 se ha encargado de este hecho al brindar servicios múltiples mejorados con cada satélite que pone en orbita, es por ello que en el presente trabajo se consideraran algunos de los satélites para la comunicación entre Quito (Ecuador) y Los Ángeles (California-EEUU) Para ello es necesario tener en cuenta todos los elementos fundamentales para el diseño del enlace tales como: Posición geográfica de las ciudades, satélite utilizado (esta elección basada en el footprint del satélite), frecuencias de trabajo del enlace, las estaciones terrenas y otros aspectos. Todo lo anterior debe ser soportado por la información provista por INTELSAT, que se encarga de establecer las normas y parámetros como frecuencias de upstream y downstream del satélite y las estaciones terrenas, así como los dispositivos necesarios para el enlace (Ej: TWT)



























1. TÍTULO

“Cálculo de un Enlace Satelital entre Quito (Ecuador) – Los Ángeles (California-EE.UU.)”



























2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

Nuevamente la necesidad de comunicación ha sido el motor del desarrollo de nuevos y mejorados sistemas que permitan acortar distancias y con ello poder llegar a cualquier lugar del mundo en tan solo unos segundos, no solamente para ofrecer servicios de comunicación sino también servicios de datos. La tecnología de satélites permite lograr dicho objetivo perfilándose como un sistema de gran alcance para la intercomunicación entre lugares geográficamente separados, siguiendo un poco el principio de los radioenlaces.





























3. JUSTIFICACIONES La creciente necesidad de comunicar lugares cada vez más distantes que otro tipo de tecnologías anterior a los satélites no podía cubrir, brinda un bienestar a todos y cada uno de los participantes y usuarios de esta tecnología. Los costos involucrados para este tipo de tecnología implican que este servicio es de carácter compartido en el cual se adquieren o arriendan cierta cantidad de servicios que el satélite pueda proveer. Es valido denotar que los enlaces satelitales ofrecen una ventaja técnica al poder transmitir información en aire o vació con la flexibilidad de situarlos en terrenos geográficamente distantes. En el estudio y aplicación de los enlaces satelitales se puede observar el



























4. OBJETIVOS •

Por medio de la práctica, conocer la forma real en la cual se

implementa un enlace satelital teniendo en cuenta todos los factores, tanto internos como externos, posibles que se podrían encontrar en la vida real. •

Diseñar un enlace satelital entre las ciudades de Quito –Los Ángeles, con capacidad de 4E1.

•

Determinar cuales serían los mejores componentes que ofrecerían un óptimo rendimiento en la comunicación de los lugares anteriormente nombrados.

•

Desarrollar habilidad en el manejo de software, útiles en el diseño de enlaces satelitales bajo condiciones similares a las reales en el medio



























5. MARCO TEÓRICO 5.1. Antecedentes La concepción de satélite como un sistema de comunicación con cubrimiento mundial, llevo a varios hombres a formular las primeras iniciativas sobre este tipo de tecnología. Estas concepciones de la mano de Arthur Clark y otros hombres llevaron a pensar que un punto donde la gravedad es cero, con ello lograr poner en orbita satélites geoestacionarios que cubrieran toda la tierra. En principio se pensó en la siguiente disposición para cubrir la tierra.



























AOR : Región del océano Atlántico • POR : Región del océano Pacífico • IOR : Región océano Índico. • APR : Región Asiática y del Pacífico (esta ultima entro en servicio en •

el año 1993 con el lanzamiento de INTELSAT 501) El primer satélite INTELSAT, llamado Early Bird ("Madrugador") fue puesto en órbita sobre el océano Atlántico en 1965. Son propiedad de una compañía internacional (INTELSAT), con sede en Washington D. 5.2. Características de un satélite Los satélites se disponen una distancia con respecto de la Tierra de 42164,2 km, esta distancia se le llama Radio orbital, siendo igual a la suma de otras dos distancias que son: el Slant Range con una distancia de 35786,4 km y el Radio ecuatorial con una distancia de 6378,19 km y donde el punto subsatelital (definido (definido como la intersección de la recta que une el centro de la tierra)



























Los movimientos y posición de un satélite geoestacionario son las siguientes:

Figura 3. Posición y movimientos de un satélite geoestacionario Los movimientos de un satélite están determinados por tres tipos de giros que estan sobre si:





























ORBITA CIRCULAR Ésta es la única órbita que puede proporcionar cobertura global completa por un satélite, pero requiere un número de órbitas para hacerlo. En el campo de las comunicaciones donde la transferencia instantánea de la información es requerida, la cobertura global completa se podría alcanzar con una serie de satélites, donde cada satélite se separa s epara en tiempo y ángulo de su órbita. Sin embargo, debido al costo cos to económico, las desventajas técnicas, y operacionales, la cobertura global no se utilizan para las telecomunicaciones, aunque favorece algunos sistemas de satélite meteorológico, navegación y recursos en tierra. ORBITA ELÍPTICA INCLINADA Una órbita de este tipo tiene características únicas que han sido utilizadas con éxito por los sistemas de satélite de algunas comunicaciones,



























Círculo Polar Ártico, y esta órbita se utiliza para el sistema de comunicaciones basadas en los satélites de INTELSAT.



























5.4. Características de la transmisión 5.4.1. Técnicas de acceso múltiple Son técnicas que se emplean en redes de comunicaciones en las que varias estaciones comparten la capacidad de comunicación Se emplean para coordinar el uso conjunto de esa capacidad En una red por satélite las estaciones terrenas comparten la capacidad de comunicación de los transponders a bordo del satélite. 5.4.2. Modos de acceso múltiple en satélites Dentro de las formas en las que se puede acceder a un satélite se pueden distinguir los siguientes: • Acceso al repetidor a bordo mediante FDMA •

Acceso a canales particulares: FDMA (Acceso Múltiple por División en Frecuencia) TDMA (Acceso Múltiple por División en Tiempo) o

o



























divisiones uniformes. A pesar que puede pu ede portar información digital, no es recomendado su uso, siendo usado para transmisiones del tipo análogas. Ancho de banda preasignado según el tráfico • Portadoras con menor ancho de banda (menor tráfico) •

•

Menos portadoras que canales posibles: Asignación bajo demanda

•

Asignación de portadoras bajo demanda centralizada o distribuida



























5.4.2.2. ACCESO TDMA TDMA son las siglas de Time Division Multiple Access. Tecnología que distribuye las unidades de información en alternantes slots de tiempo proveyendo acceso múltiple a un reducido número de frecuencias. TDMA es una tecnología inalámbrica de segunda generación que brinda servicios de alta calidad de voz y datos. TDMA divide un único canal de frecuencia de radio en seis ranuras de tiempo. A cada persona que hace una llamada se le asigna una ranura de tiempo específica para la transmisión, lo que hace posible que varios usuarios utilicen un mismo canal simultáneamente sin interferir entre sí. • Sólo se transmite una portadora. Normalmente con el sistema de una portadora por estación. • Cada estación transmite sólo durante un intervalo de tiempo una ráfaga de datos •





























Figura 8 Enlace de bajada con TDMA



























Se basa en técnicas de espectro ensanchado • A cada estación se asigna un código que permite identificar la transmisión de dicha estación. El código se basa en una secuencia pseudoaleatoria (PN) •

Existen dos posibilidades • Secuencia directa (DS) Salto en frecuencia (FH) Los diferentes códigos deben tener alta autocorrelación y casi nula nu la correlación cruzada para que el sistema funcione eficientemente. •























































Nivel Nivel de de ruid ruidoo < -43 -43 dBm0p dBm0p (p=so (p=sofo fomé métr trico ico)) medido sobre 1 minuto para el 0.3% del peor mes



Nivel Nivel de de ruido ruido < -30dB -30dBm0p m0p (p= (p=so sofo fomét métri rico co)) medido sobre 5 ms para el 0.01% del peor año

BIT ERROR RATE (BER) ITU-R S.522  1/106 1/106.. Valo Valorr medi medioo sobr sobree 10 minu minuto toss para para el el 20% del peor mes  1/104. 1/104. Valo Valorr medio medio sob sobre re 1 minut minutoo para para el 0,3% 0,3%



























 Umbral Umbral de activa activación ción / desac desactiv tivació ación: n: -30 -30 a -40 dBm0 

Tiempo Tiempo de activac activación ión de la port portador adora: a: 6 a 10 ms  Tiempo Tiempo de desact desactivac ivación ión de la port portado adora: ra: 150 a 200 ms.  Ahorr Ahorroo de pot poten enci ciaa por por desac desactitiva vació ciónn de portadora: 4 dB PRE-ÉNFASIS Y DE-ÉNFASIS.





























denominada FDM.  Esta Esta señ señal al mod modula ula a su vez vez una una por porta tado dora ra de de radiofrecuencia o microondas (normalmente en FM).



























conmutación por paquetes  Sopo Soport rtaa los los siste sistemas mas exist existen ente tess Minim Minimiz izaa la c

plej plejida idadd de l

taci tación ón



























exigencia del consumidor, de los servicios en los transponders de cocanal, y de los otros servicios dentro del mismo transponder. El INTELSAT VII tiene transponders de 34, 36, 41, 72, 77, y 112 MHz de ancho de banda,



























dBW para el global. El canal 12 tiene DB 3 más EIRP cuando está asignado a los haces globales o del C-spot.



























La estación terrena receptora se caracteriza por una figura de mérito (G/T) y la Frecuencia Intermedia (IF) de banda ancha.



































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































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Historia ►

El primer saté satélite INTELSAT, llamado Early Bird ("Madrugador") fue puesto en órbita sobre el océ océano Atlá Atlántico en 1965. Son propiedad de una compañí a internacional (INTELSAT), con sede en Washington D.

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5.2. Caracterí sticas sticas de un satélite ►

Los saté satélites se disponen una distancia con respecto de la Tierra de 42164,2 km km,, esta distancia se le llama Radio orbital, siendo igual a la suma de otras dos distancias que son: el Slant Range con una distancia de 35786,4 km y el Radio ecuatorial con una distancia de 6378,19 km y donde el punto subsatelital (definido como la intersecció intersección de la recta que une el centro de la tierra)



























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5.2. Caracterí sticas sticas de un satélite ►

Diagrama de distancias entre un satelite y la Tierra

Diapositiva 22

Los movimientos de un satelite ►

Un satelite posee tres movimientos



























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Los movimientos de un satelite Estos moviminetos estan determinados por tres tipos de giros que estan sobre si: ► Pitch Pitch:: Es la rotació rotación alrededor del eje lateral o transversal ► Roll: Es la rotación alrededor del eje longitudinal Yaw:: Es la rotació rotación sobre el eje normal ► Yaw ►

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Orbitas de un satélite ►

Los saté satélites tienen tres orbitas bá básicas:



























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ORBITA CIRCULAR ►

Ésta es la única órbita que puede proporcionar cobertura global completa por un saté satélite, pero requiere un nú n úmero de órbitas para hacerlo. En el campo de las l as comunicaciones donde la transferencia instantánea de la información es requerida, la cobertura global completa se podrí podr í a alcanzar con una serie de satélites, donde cada saté satélite se separa en tiempo y ángulo de su órbita

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ORBITA CIRCULAR ►

Sin embargo, debido al costo econó econ ómico, las desventajas té técnicas, y operacionales, la cobertura global no se utilizan para las telecomunicaciones, aunque favorece algunos sistemas de satélite meteorológico, navegación y recursos en tierra.



























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ORBITA ELÍPTICA INCLINADA ►

Una órbita de este tipo tiene caracter í sticas sticas únicas que han sido utilizadas con éxito por los sistemas de satélite de algunas comunicaciones, notablemente un sistema domééstico sovié dom soviético. Para este sistema, la órbita elí ptica ptica tiene un ángulo de la inclinacióón de 63° inclinaci 63° y de un perí per í odo odo de la órbita de 12 horas.

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ORBITA ELÍ ELÍPTICA INCLINADA ►

Por diseñ diseño, el saté satélite se hace para ser visible para ocho de sus perí perí odos odos de la órbita y reducir al mí mí nimo nimo el problema del handover mientras que proporciona la cobertura substancial de la superficie de la tierra. Usando tres satélites, la cobertura convenientemente puesta en fase, provee una cobertura sobre la regió regi ón polar que otras orbitas no podrí podrí an an alcanzar





























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ORBITA GEOESTACIONARIA (ECUATORIAL) Un satélite en una órbita circular de 35.800 kilóómetros tiene un perí kil perí odo odo de 24 horas, y por lo tanto aparece inmó inmóvil sobre un punto fijo en la superficie de la tierra. Esta órbita se conoce como la órbita geoestacionaria. El satélite es visible a partir de una mitad de la superficie de la tierra, hasta el Cí C í rculo rculo Polar Ártico, y esta órbita se utiliza para el sistema de comunicaciones basadas en los satélites de INTELSAT

►

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5.3. Caracterí Caracterí sticas sticas de un enlace Elementos generales necesarios para realizar un enlace satelital: ► Estación Terrena de transmisión ► Sat Satéélite con transponders que cubran el ►



























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5.3. Caracterí sticas sticas de un enlace Para realizar la comunicació comunicación se deben tener en cuenta los aspectos mencionados a continuació continuación: satélite ► Footprint del saté ► Ubicaci Ubicacióón de las estaciones terrenas Configuracióón del trasponder ► Configuraci ► Bandas de frecuencia geográfica de la estació estación terrena ► Ventaja geográ ► Modo de acceso al satelite ►

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5.4. Caracterí sticas sticas de la transmisió transmisi ón 5.4.1. Té Técnicas de acceso mú múltiple ► Son té técnicas que se emplean en redes de comunicaciones en las que varias estaciones comparten la capacidad de comunicació comunicaci ón ► Se emplean para coordinar el uso conjunto ►



























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5.4.2. Modos de acceso múltiple en satélites Dentro de las formas en las que se puede acceder a un saté satélite se pueden distinguir los lo s siguientes: ► Acceso al repetidor a bordo mediante FDMA ► Acceso a canales particulares: ►

   

   

FDMA (Acceso Mú M últiple por Divisió División en Frecuencia) TDMA (Acceso Mú M últiple por Divisió División en Tiempo) CDMA (Acceso Mú Múltiple por Divisió Divisi ón en Có Código) Mixtas

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5.4.2. Modos de acceso múltiple en saté satélites Asignación del recurso (banda o slot Asignació temporal) ► Asignación fija ► Acceso aleatorio ►



























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5.4.2.1. ACCESO FDMA ►

FDMA es un acrónimo inglés que significa Frequency Division Multiple Multiple Access, Access, que traducido es Tecnologí a de acceso múltiple por divisió división de frecuencias, que corresponde a una tecnologí tecnologí a de comunicaciones usado en los teléfonos móviles de redes GSM

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5.4.2.1. ACCESO FDMA ►

Una de las particularidades es que la separacióón del espectro en distintos canales separaci de voz, separando el ancho de banda ba nda segú según su frecuencia, en divisiones uniformes. A



























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5.4.2.1. ACCESO FDMA Ancho de banda preasignado según el trááfico tr ► Portadoras con menor ancho de banda (menor trá tráfico) ► Menos portadoras que canales posibles: Asignación bajo demanda Asignacióón de portadoras bajo demanda ► Asignaci centralizada o distribuida ►

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5.4.2.1. ACCESO FDMA Acceso al satelite de subida

►





























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5.4.2.1. ACCESO FDMA Acceso al enlace de bajada

►

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5.4.2.2. ACCESO TDMA ►

Diapositiva 42

TDMA divide un único canal de frecuencia de radio en seis ranuras de tiempo. A cada persona que hace una llamada se le asigna una ranura de tiempo especí espec í fica fica para la transmisióón, lo que hace posible que varios transmisi usuarios utilicen un mismo canal simultááneamente sin interferir entre sí simult s í .



























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5.4.2.2. ACCESO TDMA Un cambio de la capacidad asignada a cada estacióón estaci ► es sencillo ► Proporciona mayor eficiencia que FDMA ► No requiere control de potencia de las portadoras ►

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5.4.2.2. ACCESO TDMA ►

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Enlace de bajada



























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5.4.2.3. ACCESO CDMA ►

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Uno de los aspectos únicos de CDMA es que a pesar de que existe un numero fijo fif ijo jo de llamadas telef ónicas que pueden manipularse por parte de un proveedor de servicios de telefoní telefoní a (carrier (carrier carrier), ), este no es un numero fijo. La capacidad del sistema dependeráá de muchos factores. depender





























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5.4.2.3. ACCESO CDMA ►

Los otros códigos permanecen extendidos, distinguibles del ruido de fondo. Hoy en dí dí a existen muchas variantes, pero el CDMA original se conoce como cdmaOne bajo una marca registrada de Qualcomm Qualcomm.. A CDMA se le caracteriza por su alta capacidad y celdas de radio pequeñ pequeño, que emplea espectro extendido y un esquema de codificaci ó



























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5.4.3. Comparación de eficiencia ►

La siguiente figura compara los tres métodos de acceso al saté satélite haciendo una grafica eficiencia vs. numero de estaciones terrenas. Donde se puede observar que:



























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5.4.3. Comparación de eficiencia La eficiencia de TDMA es alta debido a que esta se ve muy poco afectada con relació relación al aumento numero de estaciones terrenas ► La eficiencia de CDMA es extremadamente baja para este tipo de aplicació aplicación con satelites La eficiencia de FDMA es baja puesto que con pocas estaciones, esta decrece rá r ápidamente con el ►

•



























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OBJETIVOS DE CALIDAD Las medidas de calidad se establecen tras un filtrado que reproduce la sensibilidad del oí oí do do (ponderacióón sofom (ponderaci sofoméétrica trica)) ITUITU-T G223. La mejora es de 2.5 dB ► NIVEL DE RUIDO ITU ITU--R S.353 ► Nivel de ruido < -50 dBm0p (p=sofomé (p=sofométrico) medido sobre 1 minuto para el 20% del peor mes ► Nivel de ruido < -43 dBm0p (p=sofomé (p=sofométrico) medido sobre 1 minuto para el 0.3% del peor mes ►



























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Potencia y Ancho de banda La potencia de un locutor continuo (pausas imprescindibles) medida en una població población grande tiene una distribució distribución log normal. ► Teniendo en cuenta un factor de actividad del 25% en la lí lí nea nea telef ónica activa, resulta una potencia media pica ► Pm=-15dBm0 con una desviación tí pica de ►





























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Diapositiva 65



























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CÁLCULO DE UN ENLACE SATELITAL

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