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Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 1
Tema 6Sistemas de comunicaciones por satélite
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 2
• Introducción (Evolución y conceptos básicos)
• Estructura de un sistema de comunicaciones porsatélite
• Operación de un sistema de comunicaciones porsatélite
• Redes de comunicación por satélite
• Sistemas de satélites NO GEO
• Servicios por satélite
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 3
Un poco de historia
• Fuerza gravitatoria = Fuerza centrífuga
1929
GM m
d2
= M d 2
• d = 35.806 Km
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 4
• Hermann Noordung en 1929(The Problem of Space Fight, The Rocket Engine)– Describe el concepto de órbita geoestacionaria.
• Arthur C. Clarke en 1945 (Extraterrestrial
Relays, Wireless World)– Describe el uso de la órbita geoestacionaria para
comunicaciones (actualmente la más usada por lossatélites de comunicaciones)
– Describe la cobertura global usando 3 satélitesa 120 grados (sistemas DRSS (USA) y DRS(ESA))
Un poco de historia
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 5
1957 (4 de Octubre) SPUTNIK I (URSS)
Se inicia la carrera del espacio
1958 SCORE (Signal Communicating by Orbiting Relay Equipment) USA - órbita elíptica baja, 8 W, 35 días
1960,1964 ECHO (I,II) Repetidores pasivos (30 m) AT&T
1962,1963 TELSTAR (I,II) Repetidor en tiempo real: transpond., AT&T- se inicia el uso de la banda C
1963,1964 SYNCOM I,II,III – Geoestacionario NASA + DoD
1965 INTELSAT I (Early Bird) utilización comercial
Un poco de historia
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 6
1965 MOLNYA (URSS)- órbita elíptica de 12 horas
Durante los años 70 y 80 se utilizó la órbita GEO en banda C.
Al saturarse la banda C, comienza la explotación de la banda Ku.
Se crean consorcios de explotación comercial(INTELSAT, INMARSAT, EUTELSAT).
La WARC dividió la órbita GEO y asignó posiciones a cada país.
En la década de los 90 surgieron aplicaciones móviles y de internet consatélites de órbitas bajas e intermedias que no lograron una implantacióncomercial.
Un poco de historia
1992 Lanzamiento HISPASAT 1A
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 7
S a t é l i t e INTELSAT I INTELSAT II INTELSAT III INTELSAT IV INTELSAT V INTELSAT VI
1er lanza. 1965 1967 1968 1971 1980 1986
Peso (kg) 34 76 152 595 1020 1800
Pot (W) 46 85 125 569 1220 2100
BW (tot) MHz 50 130 360 450 2250 3360
#Circ.Telef. 240 240 1500 5000 24000 33000
Evolución SatélitesINTELSAT
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 8
• Servicio Fijo• Servicio Móvil (marítimo, terrestre y
aeronáutico)• Servicio de Radiodifusión (sonido e imagen)• Servicio de Radiodeterminación• Servicio de Exploración de la Tierra
– Meteorología– Geodesia– Exploración de recursos
• Servicio de Exploración del Espacio• Servicio de Radioaficionados• Servicio Entre Satélites
Servicios por Satélite
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 9
BANDAS
MICROONDAS
L 1 - 2 GHzS 2 - 4 GHzC 4 - 8 GHzX 8 - 12 GHzKu 12 - 18 GHzK 18 - 27 GHzKa 27 - 40 GHz
Nº Símbolo Frecuencia
8 VHF 30 - 300 MHz9 UHF 300 - 3000 MHz10 SHF 3 - 30 GHz11 EHF 30 - 300 GHz
Denominación Bandas deFrecuencia
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 10
Ubicación de Satélites
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 11
Tiposdeórbita
Altura sobre el nivel del mar Velocidad delsatélite
Función delsatélite
Ventajas
Órbitabaja
250-1 500 km 25 000-28 000km/hr.
•Comunicaciones yobservación de laTierra.
Poco retraso en las comunicaciones. Serequiere menor potencia.
Órbitapolar
500-800 km sobre el eje polar 26 600-27 300km/hr.
•Clima•Navegación.
Están perpendiculares sobre la línea delEcuador, por lo que pueden observardistintas regiones de la Tierra.
Órbitageo-estacionaria
35 786 km sobre el Ecuador 11 000km/hr. •Comunicaciones
•Clima.•Navegación•GPS.
Al dar la vuelta a la Tierra a su mismavelocidad, siempre observa el mismoterritorio
Órbitaelíptica
Perigeo (cuando está más cerca de laTierra) 200- 1 000 km Apogeo (cuandoestá más lejos) ~ 39 000 km
~34200km/hr.~5 400km/hr.
•ComunicacionesServicios a grandes latitudes.
Tipos de órbita
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 12
Visibilidad desde Hispasat 1C
Visibilidad Cobertura
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 13
REDTERRENAL
EstaciónTerrena
TX
ENLACEASCENDENTE
ENLACEDESCENDENTE
SEGMENTO TERRENO SEGMENTO ESPACIAL
REDTERRENAL
EstaciónTerrena
RX
Estructura sistema decomunicaciones por satélite
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 14
Estructura de un satélite
• Plataforma (carrocería y motores, común en muchossatélites)
• Carga útil La carga útil es la razón de ser delsatélite, es aquella parte del satélite
que recibe, amplifica y retransmite lasseñales con información útil(TRANSPONDEDORES)
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 15
Subsistemas de plataforma• Subsistema de Estructura: Se construye con metales muy ligeros que a la vez tienen gran
resistencia.
• Subsistema de Propulsión: Compuesto por múltiples motores o impulsores de bajo empuje,que sirven al satélite para realizar pequeñas correcciones y cambios de velocidad paracontrolar su orientación en el espacio y proporcionar el control adecuado de los parámetrosde la órbita.
• Subsistema de Control de orientación: Este sistema permite al satélite saberconstantemente donde está y hacia donde debe orientarse para que las emisiones lleguen a lazona deseada, considerando su natural movimiento Norte-Sur y Este-Oeste alrededor de unpunto. Además, orienta los paneles solares hacia el Sol, sin importar cómo esté posicionadoel satélite.
• Subsistema de Potencia. Como fuente de energía secundaria, las baterías proveen energíasuficiente para alimentar a los sistemas e instrumentos cuando la energía proveniente del Solno puede ser aprovechada. La fuente primaria de energía para el satélite lo constituyen lasceldas solares que son colocadas en grupos para conformar lo que se conoce como panelsolar.
• Subsistema de Telemetría, seguimiento y control Es el encargado de contactar con lasestaciones terrenas del centro de control. Esto permite el correcto mantenimiento de lossubsistemas del satélite.
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 16
Cuerpo interior estabilizado a Tierra
Tambor exterior rotatorio
Tierra
Volantes de Inercia
Estabilizado por spin Estabilizado en tres ejes
Mantenimiento de laOrientación
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 17
Flujo solar en GEO: 1.39 KW/m2
Eficiencia: 10 al 15 %
SolMenor número de
células (1/3)
Se requiere mayor número de células
Ej: INTELSAT IV
Ej: INTELSAT V
Generación de Energía
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 18
ANTENA Rx ANTENA TxBPF BPFTWTA
Transpondedores Transparentes
BPF PSK
DEMOD
PSK
MODBPF BPFTWTA
ANTENA Rx ANTENA Tx
Transpondedores Regenerativos
Carga útil:Arquitecturas de Transpondedores
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 19
LNA Low Noise Amplifier (amplificador bajo nivel de ruido)
DRV Amplificadores previos
HPA High Power Amplifier (amplificador de potencia TWTA)
IMUX Multiplexor de entrada
OMUX Multiplexor de salida
OL
LNAIMUX
AMP DRV HPAOMUX
OL
fu fd
OL
LNAIMUX
AMP DRV HPAOMUXfu fd
Carga útil:Características de los TPDs
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 20
Características de lostranspondedores
• Respuesta en frecuencia plana
• Retardo de grupo constante en toda la banda
• LinealidadEl punto de trabajo, para potencia máxima de salida, es el punto de saturación.
Para establecer el punto de trabajo se definen los Backoff de entrada y salida
como:
ibopire
pire saturación=
obopire
pire saturación=
obo
iboPisat
Posat
input
output
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 21
Antenas
• De hilo (monopolos, dipolos) para TT&C
• Bocinas (haz ancho, cobertura global)
• Reflectores (haz más estrecho)
• Arrays (cobertura puntual)
Haz puntualAntenas de apertura:
2
4 AG =
4
2D
A=
DdB
70)(º3=
)(º)(º
48360
21
=G
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 22
Antenas de HISPASATAntenas de HISPASAT
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 23
Terminal de usuario
Procesador
TV
LNB
RF IFIF BB
RF
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 24
Estación terrena receptora
DemoduladorLNBSalida de datos
FIRF
El LNB suele tener una figura de ruido comprendida entre los 0,5 y 1 dB
G/T = Gr-10log (Ta + Tr)
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 25
Recepción en antena colectiva
Se puede usar también TDT como cabeceras. Estos elementos convierten la señal QPSK en QAM, optimizando su transmisión por la red de cable colectiva
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 26
Estación terrena transmisora
ModuladorConversor
Hacia arribaHPA
Señal de datos
QPSK si se usa DVB-S
FI RF
PT
P 8W => SSPA P > 8W => TWT
La potencia de transmisión (PT ) siempre se mide a la entrada de la antena
PIRE
PIRE = PT + GT
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 27
modulador
Entrada digital Salida Analógica
• Modulaciones de angulares(fase/frecuencia) (PSK)
• Modulaciones de amplitud (ASK)
• Modulaciones híbridas
Modulaciones
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 28
QPSK
00
1011
01
2 bits/simbolo
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 29
Modulación R/W (bps/Hz)
PAM, ASK 2log2M
QAM log2M
PSK log2M
FSK (2log2M)/M
o
(John G. Proakis: ‘Digital Communications’)
Resumen modulacionesdigitales
==00
2
2
1
, N
EQ
N
EerfcP bb
b QPSKBPSK
0
senN
E
MerfcP s
sMPSK
Con codificación Gray:M
PP
sb
2log
Cuando la demodulación es coherente :
P erfcM
E
Ns
s2
0
sen
Si la demodulación es diferencial:
P erfcM
E
Ns
ssen
2 0
M-DPSK
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 30
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 31
Lae -> Latitud Norte de la estación
Loe -> Longitud Oeste de la estación
Las -> Latitud Norte punto subsatélite
Los -> Longitud Oeste punto subsatélite
cos( ) cos cos cos( )
sin sin
= +L L L L
L L
ae as oe os
ae as
d rr
r
r
r
Elsin
r
r
r
r
s
e
s
e
s
e
s
e
s
= +
=
+
1 2
1 2
2
2
cos
cos
cos
d
Estación
Centro
Tierra
Horizonte
local
Punto subsatélite
El
re
rs
Elevación y distancia
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 32
La particularización de las expresiones anteriores a
la geometría de la órbita geoestacionaria resulta:
)cos(cos)cos( osoeae LLL=
Kmd cos30254.002288.142157=
d
sinEl =
42157cos
Elevación y distancia enGEO
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 33
Para un satélite geoestacionario: llamando l a la diferencia de longitudes
L la latitud de la estación y al ángulo central entre la estación y el
punto subsatélite se tiene.
s l L
tansin s sin s L
sin s sin s l
= + +
=
1
2
2 1
12
( )
( ) ( )
( ) ( )
1) SS al SO de laET Az=180 +
2) SS al SE de la ET Az=180 -
3) SS al NO de la ET Az=360 -
4) SS al NE de la ET Az=
Cálculo delAcimut
Vertical
local
Norte
Este
El
Az
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 34
Ajuste de la polarización
Se ajusta girando el LNB respecto a la línea deapuntamiento hacia el satélite en el sentido de lasagujas del reloj.
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 35
d
Centro
Tierra
Horizonte
local
Punto subsatélite
El
re
rs
( )2 17 4
5 76 3
=
= =
max
El
.
.
o
o o
( )
Angulo de Visión( )sin
r
sin El
r
sinr
rEl
e s
e
s
=+
=
90
1cos
GEO
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 36
La
titu
d E
sta
ció
n
Ábacos (Elevación)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
80 70 60 50
50
40
40
30
30
30
20
20
20
10
10
10
10
ELLongitud relativa
Ejemplo:Lae= 15º|Loe-Los|= 10º= 17.96º
El= 68.92º
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 37
1) SS al SO de laET Az=180 +
2) SS al SE de la ET Az=180 -
3) SS al NO de la ET Az=360 -
4) SS al NE de la ET Az=
Latitud
Estación
Longitud relativa
0 10 20 30 40 50 60 70 800
10
20
30
40
50
60
70
80
80
8070
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
alfa
1) SS al SO de laET Az=180 +
2) SS al SE de la ET Az=180 -
3) SS al NO de la ET Az=360 -
4) SS al NE de la ET Az=
Latitud
Estación
Longitud relativa
0 10 20 30 40 50 60 70 800
10
20
30
40
50
60
70
80
80
8070
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
alfa
Ábacos(Acimut)
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 38
Balance de enlace
I. Estación terrena del enlace ascendente
II. Enlace ascendente (uplink)
III. Satélite
IV. Enlace descendente (downlink)
V. Estación terrena del enlace descendente
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 39
Enlace ascendente (uplink)
• Definido entre la salida de la antena de la estación del enlace ascendente y laentrada de la antena receptora del satélite.
• Dada la gran distancia entre estos dos puntos, la potencia interceptada por laantena del satélite es muy pequeña (atenuación en espacio libre ~ 207 dB.Banda Ku)
• Además de la pérdida en espacio libre existen pérdidas por vapor de agua. Unbalance de enlace puede suponer una pérdida de 3dB por este concepto. Estáspérdidas dependen de la localización geográfica del enlace y son adecuadaspara un determinado porcentaje de tiempo que se conoce comoDISPONIBILIDAD DEL ENLACE.
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 40
Enlace descendente(downlink)
• Definido entre la salida de la antena transmisora del satélite y la entrada de laantena receptora de la estación del enlace descenderte.
• Cabe destacar las mismas consideraciones que para el enlace ascendente.– Dada la gran distancia entre estos dos puntos, la potencia interceptada por la antena
del satélite es muy pequeña (atenuación en espacio libre ~ 207 dB. Banda Ku)
– Además de la pérdida en espacio libre existen pérdidas por vapor de agua. Unbalance de enlace puede suponer una pérdida de 3dB por este concepto. Estáspérdidas dependen de la localización geográfica del enlace y son adecuadas para undeterminado porcentaje de tiempo que se conoce como DISPONIBILIDAD DELENLACE.
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 41
40000 km
Ta=50ºK
TLNA=20ºK
Pt= 8 dBW
Gborde= 16 dBi
OBO= - 3 dB
( ) ( )
FlujoPIRE
R
dBW m
=
= +
=
4
8 16 10 4 20 4 10
139
2
7
2
log log
/
( ) { }( )C
NdB umbral dB C N dB= + =11 7 3 3 18Margen ,
( ) ( )N kT B dBWs= = + + + =2286 10 20 50 10 36 10 13466. log log .
[ ] ( )[ ] [ ] [ ] [ ]C C N N Flujo Ar= + = +
[ ] ( ) ( )A dBmr= + =18 1346 139 3 254
2. .
( )
A m D mr= = =10 5334 26
25 4 10 0 65
10 2
. log .
.
( )[ ] ( ) ( ) ( )G T D dBK= + =10 0 65 20 10 70 40 5 1log . log log .
=65%
Banda C
4 GHz
B=36MHz
Balance 1: Intelsat IV-A
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 42
3ºx6ºPt=5 W
D=6 m
Ts=120 ºK
( ) ( )( ) ( )
( )( )
C NR m f GHz
dB
= + +
+ =
10 5 29 248 204
03
2286 10 3610 1736
log . log.
. log .
Margen = 17.3 - 11 = 6.3 dB (FM)
Si D=3 m Ge 6dB y Margen 6 dB. Si extendemos
umbral a 8.5 dB Margen 2.5 dB
Por tanto pueden usarse antenas de 3 m con Margen de 2.8 dB
( ) ( )G T dBKe= =46 10 120 248 1log .
dBi 463.0
46log20)65.0log(10 =+= GHzm
Ge
G dBis= =10 0 62
48360
3 632log .
G dBiborde= =32 3 29B=36MHz
Balance 2: Satélite doméstico USA
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 43
Redes de comunicación porsatélite
• Sistemas SCPC / MCPC• Enlaces punto a punto• Redes malladas• Redes en estrella
– Redes VSAT
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 44
dBBfN
C
N
Sc
io
)log(10)log(204.95 ++=
Telefonía SCPC/FM:
• Se utiliza una portadora para transmitir unúnico canal
• Para ahorrar potencia en el satélite, se activala portadora sólo cuando hay señal en el canal
Analógicos: SCPC/FM
• Digitales: SCPC/QPSK
Incluye ponderación sofométrica y pre/de-énfasis: 8.8 dB
fm= 3400 Hz
B = 2 (fm + fc)
Sistemas SCPC
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 45
Sistemas MCPC
EncapsuladorMUX
Modulador HPAConversorTDM
Diferentes canales en una única portadora
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 46
Estación HUB VSATVSAT
VSAT
TDM
RA/TDMA
- antena
- amplificadores
- OL, ...
Unidad
exterior
Unidad
interior
Equipo BB
Redes VSAT• Redes de comunicaciones
por satélite con terminalesde tamaño reducido (VerySmall Aperture Terminal)
outbound
inbound
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 47
El plan de frecuencias ha sido establecido por la ITU: - Banda C o banda Ku para aplicaciones civiles. - Banda X para aplicaciones militares. - Banda Ka para sistemas experimentales.
Frecuencias para redesVSAT
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 48
Técnica Throuhput máx. Retardo
Aloha 18% < 0.5 s
S-Aloha 36% < 0.5 s
R-Aloha 60-90% < 2 s
Asignación bajo demanda alto 0.25 s
Asignación fija alto 0.25 s
Acceso múltiple:Inbound
Configuracionesred VSAT
Elección:
- Flujo de la información
- Retardo
- Capacidad y calidad
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 49
Sistemas NO GEO
• Constelación
– LEO (Low Earth Orbit)
– MEO (Medium Earth Orbit)
– GEO (Geostationary Orbit)
• Astrolink, Spaceway, Millenium
– HEO (High Elliptic Orbit)
• Banda de frecuencias
coberturaretardoDopplerbalance de enlacehandover
mayor frecuencia
ancho de banda riesgo tecnológico pérdidas de propagación
uso de la banda Ka
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 50
Satélites LEO y GEO paracomunicaciones móviles
– Cobertura
– Retardo
– Frec. Doppler
– Balance de enlace
– Handover
Satélite
d
RE
H
Circulo de
Cobertura
rE (km)= 6377 f0 (GHz)= 1,6 k= 3,99E+14 El(º)= 10
Altura km Período Velocidad sat. Frec.Doppler Ang.Cobert Rad.Cob(km) Aten. dB Distancia km
200 1:28 7,78 39,65 7,28 808 155,08 846
800 1:40 7,45 34,78 18,95 2071 164,01 2367
1000 1:45 7,35 33,37 21,65 2352 165,35 2763
2000 2:07 6,90 27,58 31,44 3326 169,46 4436
10000 5:47 4,93 10,09 57,45 5375 179,46 14018
35786 23:56 3,07 0,00 71,43 6045 188,69 40585
El
k=G mE=3.98601352x105 (Km)3/seg2
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 51
• Aleatorias / En fase
• Elípticas / Circulares– Polares
– Inclinadas
– Número mínimo:( )N
R
SE= =4 2
1
2
cos
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
25
50
75
100
125
150
N( ),h 5
N( ),h 10
N( ),h 20
h
El=20º
El=10º
El=5º( )S RE
= 2 12
cos
Constelaciones LEO
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 52
v kr h a
k
r hs
E E
=+
=+
2 1( ) ( )3hr
k
hr
v
EE
ss +
=+
=
El periodo orbital del satélite es: ( )T
r h
ks
E=+
2
3
Aplicando la ley de senos se obtiene el ángulo central en el borde de cobertura en función del ángulo de
elevación mínima l que se considere: =+
arccos cosr
r hEl ElE
E
La distancia d desde el borde de
cobertura al satélite será: ( ) ( )d r r h r r hE E E E= + + +2 2
2 cos
Supondremos órbitas circulares e = 0 con una tierra circular de radio
rE = 6377 km.
El semieje mayor de la órbita (su radio) es a y la altura instantánea es h.
Las velocidades lineal y angular del satélite (k es la cte de Kepler) son:
Parámetros básicos: LEOcirculares
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 53
• El ángulo de elevación mínimo es uno de los parámetros más importantesdel sistema.
– Determina la disponibilidad.
– Debe tenerse en cuenta para el handover.
• El número de satélites en la constelación debe alcanzar un compromisoentre :
– Cobertura
– Retardo
– Pérdidas
• Elegir un número reducido de satélites que garanticen cobertura con elmayor ángulo mínimo de elevación posible.
N h = cobertura retardo pérdidas
Diseño de un sistema LEO
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 54
IRIDIUM GLOBALSTAR
TELEDESIC
h=780 Km
66 satélitesen 6 planos
i=86.4o
h=1400 Km
48 satélitesen 8 planos
i=52o
El dibujo corresponde auna versión antigua:
840 satélites en 21 planos
i=98.16o
Ejemplos
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 55
• Servicio Fijo• Servicio Móvil (marítimo, terrestre y aeronáutico)• Servicio de Radiodifusión (sonido e imagen)• Servicio de Navegación y Radiodeterminación• Servicio de Exploración de la Tierra
– Meteorología– Geodesia– Exploración de recursos
• Servicio de Exploración del Espacio• Servicio de Radioaficionados• Servicio Entre Satélites
Servicios por Satélite
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• Sistemas de posicionamiento basados en satélite– Radionavegación
• los receptores obtienen su posición a partir de señales que reciben de satélites– Ej: TRANSIT, NAVSTAR-GPS, GLONASS, EGNOS, GALILEO
– Radiodeterminación:• requieren comunicación bidireccional
– RDSS (RadioDetermination Satellite Systems)– Pueden transmitir información– Ej: GEOSTAR, INMARSAT-C, EUTELTRACS
Posición de usuario
R1
R2R3
R4
(x1,y1,z1)(x2,y2,z2) (x3,y3,z3)
(x4,y4,z4)
• Retardo
• Fase
• Doppler
1 ON 3menu
2
Rockwell
4 5 6
7 WPT
8 POS
9 NAV
CLRMARK
0 OFF
NUM LOCK
FIX FOM 1N 42* 01” 46.12”W 091* 38’ 54.36”EL + 00862 ft
ZEROIZE
Sistemas de navegación porsatélite
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..
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..
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Método: Triangulación (Medición de distancias)
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 58
Triangulación
• Primera medida de distacias: Una esfera
• Primera intersección: Un círculo
• Segunda intersección: Dos puntos– Una de las soluciones es absurda (punto fuera de la
superficie terrestre)
s = c·t (Cuanto mejor midamos el tiempo, mayor seránuestra precisión al medir distancias)
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 59
Medida del tiempo• Generación de código pseudo-aleatorio en el
satélite y en el receptor.• Problema: Sat y RX deben comenzar a transmitir
exactamente en el mismo instante. Sol: 4º satélite
Receptor GPS
Satélite GPS
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 60
El ordenador del RX calcula cómo modificar el radio para que la
intersección de todas las circunferencias sea un sólo punto
SincronizaciónCorrección de errores en distancia: 4º satélite
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 61
Corrección de errores
Multitrayecto
Trayectos nolineales
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Estaciones
MonitorasEstaciones
Uplink
Estación Maestra de Control(Colorado Springs)
24 satélites (nominal)
NAVSTAR
SEGMENTO ESPACIAL:
Órbitas circulares a 20180 Km dealtura y 55º de inclinación. Períodoorbital 12 horas.
1 ON 3menu
2
Rockwell
4 5 6
7 WPT
8 POS
9 NAV
CLRMARK
0 OFF
NUM LOCK
FIX FOM 1N 42* 01” 46.12”W 091* 38’ 54.36”EL + 00862 ft
ZEROIZE
SEGMENTO DE USUARIO:
Receptores capaces de medirretardos y calcular la posición
SEGMENTO DE CONTROL:
1 estación maestra recibe datos de las est.monitoras y calcula efemérides
4 estaciones monitoras equiespaciadas enlongitud obtienen datos para calcular órbitas
3 estaciones uplink transmiten datos ycomandos a los satélites
GPS
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 63
ColoradoSprings Gaithersburg
Cape Canaveral
Hawaii
Ascension IslandDiego Garcia
Kwajalein
MasterControlStation
PrelaunchCompatibilityStation
MonitorStation
GroundAntenna
Segmento de control
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• Medida simultánea de las distancias desde el receptor a (almenos) 4 satélites, estableciendo un sistema de 4 ecuacionescon 4 incógnitas que permiten obtener la posición ysincronizar el reloj del receptor.
• Las distancias se obtienen a partir del retardo de propagaciónde la señal desde el satélite al receptor.
• La modulación BPSK de una portadora con códigospseudoaleatorios (PN) permite establecer una correlaciónentre la señal recibida y el código generado localmente, condos fines:– Separar las señales de diferentes satélites (CDMA).– Determinar el retardo.
Principio de funcionamiento
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 65
+
+
+
Códigos C/A:
freloj= 1.023 MHz
duración= 1 ms
Códigos P:
freloj= 10.23 MHz
duración= 37 semanas
C/A: cTc= 300 m, cT=300 Km
P: cTc=30 m, no ambiguo
Generación de códigos Gold
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 66
2 frecuencias:L1=1575.42 MHz
L2=1227.6 MHz
2 códigos Gold
1 C/A (coarse) a 1.023 MHz
1 P (precision) a 10.23 MHz
Modulación BPSK
Mensaje de navegación:
50 bps, tiempo del mensaje completo 12.5 min.la información de efemérides en un tiempo de referencia
modelo de error de la ionosfera y troposfera
estado de salud de los satélites
información de almanaque (ayuda a adquisición)
P
Señales GPS
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• Pseudodistancia (distancia medida con error debido a la deriva del reloj del receptor de usuario):– R’=R+– =c– Sistema de 4 ecuaciones y 4 incógnitas: x, y,z,
• Error causado por la propagación ionosférica:– Efecto conocido, se puede corregir.– Experimentalmente, se sabe que la pseudodistancia medida al
atravesar la ionosfera (Rm) es: Rm=R+A/f2 . A depende de las condiciones de la ionosfera.– Se corrige haciendo medidas en dos frecuencias.
• Disponibilidad selectiva (actualmente eliminada).• GPS diferencial permite aumentar la precisión.
Medidas y errores
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 68
Galileo
• Programa Europeo para radionavegación porsatélite.
• 30 satélites (27 Operativos y 3 de reserva).
• MEO (24.000 Kms)
• Órbita inclinada circular (55º resp Ecuador)
• Galileo Industries (Consorcio Internacional)– Galileo Servicios y Sistemas (Participación Española)
– Hispasat 14,28 % del capital en GSS
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Banda L
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INMARSAT
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 71
Servicios de Comunicacionesen satélites comerciales GEO
• Servicios audiovisuales– Distribución, Contribución y Radiodifusión
• Servicios de Redes de Datos– Distribución de datos unidireccional– Redes privadas– Telecontrol y Telegestión– Enlaces Troncales de alta capacidad
• Servicios IP– Transporte IP– Internet Unidireccional– Internet Bidireccional– Aplicaciones Multimedia
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 72
Nichos tecnológicos del satélite• Gran ancho de banda de forma permanente.
• Comunicación móvil: Entorno marítimo y aéreo.
• Difusión y multidistribución.
• Lugares de difícil acceso para las infraestructurasterrestres
• Lugares en los que el derecho de paso para la fibra esexcesivamente costoso.
• Requerimiento de infraestructuras rápidas(Comunicaciones militares)
Sistemas de Telecomunicación – José Antonio Guerra - Curso 2005-06 73
Los protocolos de internet• Basado en el modelo de referencia TCP/IP, definido por primera vez en 1974.
• Protocolo de nivel de red: IPv4
• Protocolos de transporte:
– TCP: Orientado a conexión y confiable.
– UDP: No orientado a conexión y no confiable.
Aplicación
TCP - UDP
IP
Host a red (Enlace+Física)
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Satélites geoestacionarios
36000 Kms
125 ms
125 ms
Tiempo de ida y vuelta = 0.5 segundos aproximadamente
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Rendimiento TCP
Rendimiento TCP =
Tamaño Ventana
Retardo
Rendimiento máximo: 65535 bytes / 560 ms = 117027 bytes / segundo
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Transporte IP
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Acceso a Internet de AltaVelocidad (2-ways)
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