Comunicacion Por Satelite Carlos Rosado Rodríguez

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COMUNICACIÓN POR SATÉLITE













































































































































































































































































COMUNICACIÓN POR SATÉLITE Carlos Rosado Rodríguez

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A C I O N A L







































































































































La información contenida en este libro se obtuvo de muy diversas fuentes y se considera confiable. No obstante, el autor no garantiza que dicha información sea completa o exacta y no asume ninguna responsabilidad por posibles errores, omisiones o daños por el uso de la misma. Las gráficas y tablas extraídos de documentos de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (urr) se reprodujeron con la autorización de dicha organización, pero su selección es responsabilidad del autor. Los volúmenes v olúmenes completos del matematerial de la urr, de los cuales se tomaron las partes reproducidas, se pueden obtener de: Unión Internacional de Telecomunicaciones Sales and Marketing Service Place des Nations - CH -1211, Geneva 20, Switzerland e-mail: [email protected] http://www.itu.int/publications Comunicación por satélite Primera edición: 1999 Segunda edición: 2003 NSTITU TUTO TO POLITÉCNICO D.R. © 2003 I NSTI NACIONAL Dirección de Publicaciones Tresguerras 27,06040, México, DF







































































































































Índice Prólogo ................................ .................................................. .................................. .................................. .......................... ........

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1. Principios y evolución 1.1. Caracter Cara cteríst ísticas icas esencial esen ciales es ................ ......................... ................. ................. ................. ................ ................. .............. ..... 1.2. Funcionamient Funcio namientoo básico de los satélites satélite s ................ ........................ ................ ............... ................ ............. .... 1.3. Constituc Cons titución ión de los sistemas sist emas de satélites satél ites ................ ........................ ................ ................ ................ ........ 1.4. Desarrollo de la comunicación por satélite ................. .......................... ................. ................. .............

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2. Redes y servicios 2.1 2.1 Redes. Rede s...................... ............................................. ............................................... ............................................ ...................................... ................. 2.2 2.2 Servicios .............................................. ...................... .................................................. ................................................. ............................. ......

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3. Enlaces por satélite 3.1. Requisito Requ isitoss esenciales esenc iales ................ ........................ ................ ................ ................ ................ ................ ................. ................ ....... 3.2. El enlace básico ............... ....................... ................ ................ ................. ................. ................ ................ ................ ................ .......... 3.3. Otros factores factor es de propagación propag ación ................. ......................... ................ ................. .................. ................. ............... ....... 3.4. Balance Balan ce de potencia poten cia ................ ......................... ................. ................ ................. .................. ................. ................ ............... ....... 3.5. Ruido ............................................. ..................... ............................................... .............................................. ...................................... ............... 3.6. Relación C/ N ......................... ................ ............... ................ ................. ................ ........... ... N total del enlace .................

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4. Conversión y tratamiento de señales 4.1. Con Concept ceptos os generale gene raless ................. ......................... ................ ................. .................. ................. ................ ................ .............. ...... 4.2. Caracte Car acterís rística ticass de las señales señ ales ................. ......................... ................ ................. .................. ................. ............... ....... 4.3. Adap Adaptación tación ................ ......................... ................. ................ ................ ................ ................ ................. ................. ................ .............. ...... 4.4. Conversión Convers ión analógico-digital analógico-d igital ................ ......................... ................. ................ ................ ................. ................. ............ 4.5. Multiplaje................................................................................................... 4.6. Modulación ................ ......................... ................. ................. ................. ................ ................. ................. ................ ................. ............. ....

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Comunicación por satélite

4.8. Compresión digital .................. .......................... ................ ................. ................. ................ ................ ................. ................. .......... 20 2000 4.9. Cifrado o encripción encripción .................. .......................... ................ ................ ................. .................. .................. .................. .............. ..... 20 2044

5. Acceso múltiple 5.1. Conceptos Conc eptos generales gene rales ................ ......................... .................. ................. ................. .................. ................. ................. ............. .... 5.2. Acceso múltiple múltipl e por distribución distri bución de frecuencia frecuen cia ................ ........................ ................ ............... ....... 5.3. Acceso múltiple por distribución distribuci ón en el tiempo ................. ......................... ................ ................ ........ 5.4. Acceso múltiple por diferenciación de código.................... código............................ ................ .............. ...... 5.5. Acceso Acces o múltiple múlti ple aleatorio aleato rio..................... ........................................... ............................................ ................................ .......... 5.6. Comparación de sistemas de acceso múltiple ........ ............ ........ ........ ........ ........ ........ ....... ....... ........

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6. Estaciones terrenas 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7.

Caracte Car acteríst rísticas icas generale gene raless ................ ........................ ................. .................. ................. ................. ................. ............... ....... Sistem Sis temaa de antena ant ena ................ ......................... .................. ................. ................. ................. ................ ................ ................ ............ Transmisores Transmisor es y receptores ................. .......................... ................. ................. .................. ................. ................. ............. .... Configuracio Config uraciones nes de estaciones estacion es ................. ......................... ................ ................ ................. ................. ............... ....... Interfaz Inte rfaz y enlace con redes rede s terrenale terr enaless ................. ......................... ................. ................. ................ ........... ... Infraestructu Infra estructura ra general y sistemas de energía ....... ........... ....... ....... ........ ........ ....... ....... ........ ....... ... Sistema de supervisión y control ................. ......................... ................ ................ ................ ................. ............. ....

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7. Segmento espacial espac ial 7.1. Condiciones Condic iones ambientales ambient ales......... ................. ................. ................. ................ ................ ................ ................. ................. ........ 7.2. Carga de comunicaciones ................ ......................... ................. ................ ................ ................ ................. ................. ........ 7.3. Plataforma...................... Plataforma ............................................ ........................................... ............................................. .................................. .......... 7.4. Integración y configuración física ................ ........................ ................. .................. ................. ................ ........... ... 7.5. Pruebas Prueba s de los satélites ................ ........................ ................. ................. ................ ................ ................ ................. ............. .... 7.6. Centro de control y estación TTS ........................................... .................... .......................................... ...................

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Índice

Apéndice A. Atenuación y despolarización en la atmósfera ................. .......................... ........... Apéndice B. Distorsiones lineales y no lineales ............ ................... ............... ................. ................. .......... Apéndice C. Interferencia Interferen cia y coordinación entre sistemas ................ ........................ .............. ...... Apéndice Apénd ice D. Fiabilidad Fiabilid ad.................... .......................................... ............................................. ........................................... ....................

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Glosario Glosario ............................................ .................... ............................................... .............................................. .......................................... ................... Índice alfabético alfabét ico......... .................. ................. ................ ................ ................. .................. ................. ................ ................ ................ ........... ...

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Agradezco cumplidamente a mis colegas Jesús Gutiérrez Albores, Gerardo Martos y Carlos Merchán los documentos de referencia que amablemente me proporcionaron, los cuales fueron de gran utilidad para la elaboración del libro, así como a mi esposa por su gran g ran comprensión y paciencia, sin las cuales hubiera sido imposible realizar esta obra.



















































































































































































































































































Prólogo Los satélites comerciales de comunicación han prestado servicios durante casi cuatro décadas, evolucionando constantemente en tecnología y aplicaciones. En ese período han demostrado su versatilidad multiplicando los servicios que proporcionan, con una alta tasa de crecimiento del tráfico total que manejan, a pesar de que otros medios de telecomunicación, telecomunicación, que en cierta medida compiten con ellos, hayan tenido en el mismo lapso un desarrollo tecnológico y comercial extraordinario. Los satélites son útiles para muchos de los servicios de telecomunicación, aunque tienen ventajas notorias para algunos de ellos y limitaciones inherende alta capacidad y calidad como las fibras ópticas, y de los nuevos servicios inalámbricos, puede preverse que los servicios por satélite seguirán siendo competitivos y de gran utilidad, evolucionando también a nuevas aplicaciones. Sin embargo, el desarrollo de los sistemas de satélites está llegando en algunos aspectos a restricciones de índole técnica y encontrando otras dificultades que deben considerarse con gran cuidado en su planeación y












































































































































das por gobiernos nacionales que iniciaron los servicios contemplados— han promovido proyectos muy importantes de sistemas de satélites, principalmente para servicios móviles y de difusión, cuya concepción implica la cobertura internacional con un alto potencial de penetración en el mercado, el cual es incipiente en el momento actual para los móviles terrestres y tiene un gran impulso de crecimiento en el caso de los de televisión por subscripción. La consideración de los asuntos mencionados fue parte de la motivación para elaborar elab orar este libro, libr o, orienta ori entado do a describi desc ribirr las caracter cara cterístic ísticas as propias pro pias de los satélites de comunicación que han causado su amplia utilización, la tecnología que emplean, y sus aplicaciones comerciales más importantes; a señalar los parámetros típicos con que operan, y a presentar las técnicas de aplicación más útiles en este campo, a la vez que a actualizar la información sobre el estado de desarrollo de los sistemas de satélites de cobertura mundial y regional. Su alcance se limita a las etapas posteriores al análisis de alternativas entre sistemas terrenales o satelitales para un proyecto de telecomunicación, aunque en los primeros capítulos se hacen algunos comentarios sobre los terrenales. El contenido del libro está dirigido a un amplio sector de posibles lectores, incluyendo a los profesionales técnicos y ejecutivos que participan en el campo de la comunicación por satélite, ya sea como operadores de servicios, usuarios o informadores, así como a otros interesados en el tema, debi-











































































































































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de los servicios, y como consecuencia de todo ello la multiplicación de sistemas satelitales, es necesario actualizar la información disponible en una forma sucinta que permita abarcar este vasto campo del conocimiento. La información recopilada, las opiniones personales vertidas, y otros elementos adicionales presentados en este documento tienen como antecedente, por una parte, mi participación en diversas etapas, distribuidas en un lapso de 24 años, en aspectos de la concepción y el desarrollo, así como de las políticas de comercialización y de operación de satélites internacionales, por haber representado a México como miembro del Comité Interino y de la Junta de Gobernadores de Intelsat, durante un intervalo de seis años y tiempo después en otro de cinco. Por otro lado, tuve también la oportunidad de participar en aspectos similares de los satélites mexicanos Morelos y Solidaridad, en este caso como Director Técnico y Director de Sistemas Satelitales de la organización Telecomunicaciones de México. Por haber tenido dichas experiencias y haber desarrollado otras actividades tanto de asesoría como de normalización y supervisión general de los servicios de telecomunicación, pude observar y estudiar los sistemas de satélites desde perspectivas diferentes, que se reflejan en el presen pre sente te libro. libr o. La organización de los temas tratados se debe a conveniencias consideradas por el autor e implica un orden, cuyas ventajas y desventajas no son sible sib le de ncilia nci lia let nt rticu rt icula la nt inte in tent ntóó












































































































































Enlac es por satélite, satéli te, proporcio • Enlaces prop orciona na los conceptos, conce ptos, los parámetros paráme tros y las ecuaciones necesarias para calcular los enlaces entre los satélites y otras estaciones de telecomunicación apropiadas. • Conversión y tratamiento de señales, presenta las formas en que las señales de origen de una comunicación a distancia se transforman y pueden combinarse, para poder ser transmitidas por satélite y recibidas en otro sitio en la forma más eficiente. • Acceso múltiple, múltiple, explica las diversas formas en que distintas redes pueden hacer simultáneamente uso de la capacidad de comunicación de un mismo satélite sin interferirse, con sus ventajas y limitaciones. Estacion es terrenas, terr enas, describe los principios tecnológicos, y ejemplos • Estaciones de los componentes constitutivos de las llamadas estaciones terrenas, que integran las redes de telecomunicación por satélite. • Segmento espacial, como complemento del anterior, explica en mayor detalle que el introductorio del capítulo 1 cada uno de los subsistemas de satélites típicos, su importancia para el desempeño global, y sus parámetros representativos. • Órbitas, cobertura y lanzamiento, abarca cuestiones técnicas de las











































































































































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sibilidad de recuperar el funcionamiento correcto de sus componentes dañados. Aunque muchos de los subsistemas subsistemas descritos son representativos de los satélites llamados geoestacionarios, geoestacionarios, además de su similitud con los de otras órbitas, la mayoría de los capítulos incluyen conceptos y técnicas aplicables a cualquier tipo de ellas. Esta segunda edición es el resultado de una revisión completa de la primera e incluye adiciones y actualizaciones actualizaciones en toda la extensión de la obra.

























































































































































































































































































1. Principios y evolución Los satélites artificiales artificiales en órbita terrestre y las sondas sond as de exploración del espacio extraterrestre se pudieron construir cuando se desarrollaron los vehículos de gran potencia que se emplean para su lanzamiento. Los satélites comerciales surgieron de la necesidad de establecer enlaces fiables de comunicación internacional de amplia cobertura, especialmente entre continentes, tanto para la comunicación telefónica y telegráfica como para distribu distribución ción de señal señales es de telev televisió isión. n.





































































































































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mero de satélites de órbitas diferentes a la geoestacionaria. De hecho, para la mayoría de los sistemas de satélites comerciales de cobertura global con inicio de operación reciente o prevista para los próximos años, se optó por el uso de órbitas más bajas que la llamada geoestacionaria.

1.1. Características esenciales Los satélites de comunicación pueden recibir y emitir señales en cualquier dirección que se tenga previsto en su diseño. Normalmente Normalmente lo hacen desde y hacia grandes áreas de la Tierra, y en algunos casos también de y hacia otros satélites. El hecho de transmitir desde un satélite una señal que pueda recibirse con intensidad similar y sin obstrucción en cualquier punto de una gran superficie geográfica es su característica más notable, siendo la causa principal














































































































































estrechos, para aumentar extraordinariamente tanto la potencia recibida de las señales del satélite como la que es posible enviarle. Se puede entonces utilizar un mínimo de energía total radiada para una alta calidad de la comunicación, gracias a su concentración, generalmente dentro de un ángulo menor que 1° en los haces de las estaciones terrenas que tienen capacidad de transmisión. Esta característica es de gran importancia para los denominados servicios denominados servicios fijos por satélite s atélite (SFS). También resulta ventajoso que la posición orbital de cada satélite, que coincide y se identifica con una longitud geográfica en el ecuador, no esté muy alejada de las longitudes geográficas extremas de su zona de cobertura. cob ertura. Debido a la agudeza de los haces de las antenas de las estaciones terrenas del servicio fijo, en general mucho mayor que la de los haces de los satélites, es necesario que éstos casi no varíen su posición orbital, para evitar la reducción de la potencia de las portadoras recibidas, y por tanto el dete-















































































































































1. Principios y evolución

los dispositivos de seguimiento de los satélites, además de la conveniencia y la reducción de las probabilidade p robabilidadess de fallas que se logran por medio de esta simplificación. simplificación. Sin embargo, las antenas de alto tráfico de estaciones terrenas de servicio públic púb lico, o, cada cad a una de las cuales cua les lo entreg ent regan an a numer n umeroso ososs usua u suario rioss medianmedi ante enlaces terrenales, comúnmente están dotadas de dichos dispositivos dispositivos de rastreo o seguimiento, por ser más sensibles a las variaciones de posi-
















































































































































aún los servicios públicos terrenales de mayor demanda y desarrollo, como en muchas áreas rurales. Las redes de radiocomunicación móvil, como las de telefonía celular y las de otros servicios inalámbricos terrenales generalmente no pueden, debido a obstáculos naturales, tener la cobertura total de un área geográfica muy grande, incluso instalando múltiples estaciones repetidoras en sitios elevados, lo uir la cober desead puede rir prolongado prolo ngado
















































































































































El periodo de circunvolución de un satélite no geoestacionario es típicamente desde menos de 2 hasta 12 horas, según la altitud de la órbita, teniendo siem pre una cobertur cobe rturaa geográ geo gráfica fica en constan con stante te movimie mov imiento nto,, como se muestra mues tra en la figura 1.3, por lo que desde cualquier punto sobre la Tierra solo se puede establecer comunicación con cada uno de los más bajos durante pocos minutos en cada ocasión. Para poder establecer comunicaciones sin interrupción entre dos estaciones terminales móviles que no estén al mismo tiempo al alcance de un satélite, deben constituir un sistema con numerosas naves de cobertura
















































































































































nicación interna. En el caso de los geoestacionarios eso se puede lograr alquilando la capacidad necesaria directamente del propietario de un satélite, o de sus agentes, o pagando solo el servicio de una red ad hoc que otra organización dedicada a estas actividades y seleccionada libremente le proporci prop orcione, one, en los l os paíse p aísess en que la reglame re glamentac ntación ión permite per mite ambas a mbas cosas. cos as. Cabe aclarar que la capacidad de tráfico planeada para un satélite o para un conjunto de satélites en la órbita geoestacionaria, con el fin de prestar















































































































































1. Princ 1. Principio ipioss y evolu evolución ción

En cambio, un operador de satélites como la Organización Internacional de Telecomunicaciones por Satélite (Intelsat), debido a que cuenta con varios satélites para cubrir cada una de las tres regiones oceánicas, y que en caso necesario puede mover satélites de una región oceánica a otra, está en posibi pos ibilid lidad ad de aument aum entar ar en una forma for ma relati rel ativam vament entee gradua gra duall la capaci cap acidad dad total de tráfico en una zona de cobertura determinada, y eventualmente de reducirla intencionalmente, lo cual le permite una mejor utilización de








































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































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