Redes
satelitales :Una red
satelital consiste de un transponder (dispositivo receptor-transmisor), una
estación basada en tierra que controlar su funcionamiento y una red de usuario,
de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión
y recepción del tráfico de comunicaciones, a través del sistema de satélite.
¿Qué es un satélite?
Un Satélite puede definirse
como un repetidor radioeléctrico ubicado en el Espacio,
que recibe señales generadas en la Tierra, las amplifica y las vuelve a enviar a la
tierra, ya sea al mismo punto donde se origino la señal u otro punto distinto.
Red satelital
Características de las redes
satelitales
- Las transmisiones son realizadas a altas velocidades en Giga Hertz.
- Son muy costosas, por lo que su uso se ve limitado a grandes
empresas y países
- Rompen las distancias y el tiempo.
Elementos de las redes
satelitales
- Transponders: Es un dispositivo que realiza la función de recepción
y transmisión. Las señales recibidas son amplificadas antes de ser
retransmitidas a la tierra. Para evitar interferencias les cambia la
frecuencia.
- Estaciones terrenas: Las estaciones terrenas controlan la recepción
con el satélite y desde el satélite, regula la interconexión entre terminales,
administra los canales de salida, codifica los datos y controla la
velocidad de transferencia.
Consta de 3 componentes:
1. Estación receptora: Recibe toda la información generada en la
estación transmisora y retransmitida por el satélite.
2. Antena: Debe captar la radiación del satélite y concentrarla en un
foco donde esta ubicado el alimentador. Una antena de calidad debe ignorar las
interferencias y los ruidos en la mayor medida posible. Estos satélites están
equipados con antenas receptoras y con antenas transmisoras. Por medio de
ajustes en los patrones de radiación de las antenas pueden generarse
cubrimientos globales, cubrimiento a solo un país (satélites domésticos), o
conmutar entre una gran variedad de direcciones.
3. Estación emisora: Esta compuesta por el transmisor y la antena de
emisión. La potencia emitida es alta para que la señal del satélite sea buena.
Esta señal debe ser captada por la antena receptora. Para cubrir el trayecto
ascendente envía la información al satélite con la modulación y portadora
adecuada.
Como medio de transmisión físico se utilizan medios no guiados,
principalmente el aire. Se utilizan señales de microondas para la transmisión
por satélite, estas son unidireccionales, sensibles a la atenuación producida
por la lluvia, pueden ser de baja o de alta frecuencia y se ubican en el orden
de los 100 MHz hasta los 10 GHz.
Clasificación de las transmisiones satelitales Las transmisiones de
satélite se clasifican como bus o carga útil. La de bus incluye mecanismos de control
que apoyan la operación de carga útil. La de carga útil es la información del
usuario que será transportada a través del sistema.
En el caso de radiodifusión directa de televisión vía satélite el
servicio que se da es de tipo unidireccional por lo que normalmente se requiere
una estación transmisora única, que emite los programas hacia el satélite, y
varias estaciones terrenas de recepción solamente, que toman las señales
provenientes del satélite. Existen otros tipos de servicios que son bidireccionales
donde las estaciones terrenas son de transmisión y de recepción. Uno de los
requisitos más importantes del sistema es conseguir que las estaciones sean lo
más económicas posibles para que puedan ser accesibles a un gran numero de
usuarios, lo que se consigue utilizando antenas de diámetro chico y
transmisores de baja potencia. Sin embargo hay que destacar que es la economía
de escala (en aquellas aplicaciones que lo permiten) el factor determinante
para la reducción de los costos.
Modelos de enlace del sistema satelital Esencialmente, un sistema
satelital consiste de tres secciones básicas: una subida, un transponder
satelital y una bajada.
Modelo de subida
El principal componente dentro de la sección de subida, de un sistema
satelital, es el transmisor de la estación terrena. Un típico transmisor de la
estación terrena consiste de un modulador de IF, un convertidor de microondas
de IF a RF, un amplificador de alta potencia (HPA) y algún medio para limitar
la banda del espectro de salida (un filtro pasa-banda de salida). El modulador
de IF convierte las señales de banda base de entrada a una frecuencia
intermedia modulada e FM, en PSK o en QAM. El convertidor (mezclador y filtro
pasa-banda) convierte la IF a una frecuencia de portadora de RF apropiada. El
HPA proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y potencia de salida para
propagar la señal al transponder del satélite. Los HPA comúnmente usados son
klystons y tubos de onda progresiva.
Modelo de subida del Satelite.gif
Transponder
Un típico transponer satelital consta de un dispositivo para limitar la
banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un
translador de frecuencia, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro
pasa-bandas de salida. El transponder es un repetidor de RF a RF. Otras
configuraciones de transponder son los repetidores de IF, y de banda base,
semejantes a los utilizados en los repetidores de microondas. El BPF de entrada
limita el ruido total aplicado a la entrada del LNA (un dispositivo normalmente
utilizado como LNA, es un diodo túnel). La salida del LNA alimenta un
translador de frecuencia (un oscilador de desplazamiento y un BPF), que se
encarga de convertir la frecuencia de subida de banda alta a una frecuencia de
bajada de banda baja. El amplificador de potencia de bajo nivel, que es
comúnmente un tubo de ondas progresivas (TWT), amplifica la señal de RF para su
posterior transmisión por medio de la bajada a los receptores de la estación
terrena. También pueden utilizarse amplificadores de estado sólido (SSP), los
cuales en la actualidad, permiten obtener un mejor nivel de linealidad que los
TWT. La potencia que pueden generar los SSP, tiene un máximo de alrededor de
los 50 Watts, mientras que los TWT pueden alcanzar potencias del orden de los
200 Watts.
Transponder del satelite.gif
Modelo de bajada
Un receptor de estación terrena incluye un BPF de entrada, un LNA y un
convertidor de RF a IF. El BPF limita la potencia del ruido de entrada al LNA.
El LNA es un dispositivo altamente sensible, con poco ruido, tal como un
amplificador de diodo túnel o un amplificador parametrico. El convertidor de RF
a IF es una combinación de filtro mezcador/pasa-bandas que convierte la señal
de RF a una frecuencia de IF.
Modelo de bajada de satelite.gif
Satélites orbitales
Los satélites orbitales o también llamados no sincronos, giran alrededor
de la Tierra en un patrón elíptico o circular de baja altitud. Si el satélite
esta girando en la misma dirección que la rotación de la Tierra y a una
velocidad angula superior que la de la Tierra, la órbita se llama órbita
progrado. Si el satélite esta girando en la dirección opuesta a la rotación de
la Tierra, o en la misma dirección, pero a una velocidad angular menor a la de
la Tierra, la órbita se llama órbita retrograda. De esta manera, los satélites
no sincronos esta alejándose continuamente o cayendo a tierra y no permanecen
estacionarios en relación a ningún punto en particular de la Tierra. Por lo
tanto los satélites no sincronos se tiene que usar cuando están disponibles, lo
cual puede ser un corto periodo de tiempo, como 15 minutos por órbita. Otra
desventaja de los satélites orbitales es la necesidad de equipo complicado y
costoso para rastreo en las estaciones terrestres. Cada estación terrestre debe
localizar el satélite conforme esta disponible en cada órbita y después unir
sus antenas al satélite y localizarlo cuando pasa por arriba. Una gran ventaja
de los satélites orbitales es que los motores de propulsión no se requieren a
bordo de los satélites para mantenerlos en sus órbitas respectivas. Otros
parámetros característicos de los satélites orbitales, son el apogeo y perigeo.
El apogeo es la distancia más lejana, de la Tierra, que un satélite orbital
alcanza, el perigeo es la distancia mínima; la línea colateral, es la línea que
une al perigeo con el apogeo, en el centro de la Tierra.
Satélites geoestacionarios
Los satélites geoestacionarios o geosincronos son satélites que giran en
un patrón circular, con una velocidad angular igual a la de la Tierra. Por lo
tanto permanecen en una posición fija con respecto a un punto específico en la
Tierra. Una ventaja obvia es que están disponibles para todas las estaciones de
la Tierra, dentro de su sombra, el 100% de las veces. La sombra de un satélite
incluye a todas las estaciones de la Tierra que tienen un camino visible a el y
están dentro del patrón de radiación de las antenas del satélite. Una
desventaja obvia es que a bordo, requieren de dispositivos de propulsión
sofisticados y pesados para mantenerlos fijos en una órbita. El tiempo de
órbita de un satélite geoesincrono es de 24 h, igual que la Tierra. Parámetros
típicos de la órbita geoestacionaria. Es posible calcular algunos parámetros
típicos de la órbita geoestacionaria, tales como la altura del satélite, o la
velocidad del mismo, partiendo de las leyes básicas de la Física. Como es
sabido un satélite geoestacionario tiene un periodo de rotación igual al de la
Tierra, por lo tanto deberemos saber con exactitud dicho periodo de rotación.
Para ello se considera el día sidereo, que es el tiempo de rotación de la
Tierra medido con respecto a una estrella lejana y que difiere del día solar o
medido con respecto al sol. La duración de este día sidereo es de 23h 56 min.
4.1seg, y es el tiempo que se utiliza para los cálculos.
Fuerzas sobre el Satélite
Existen tres trayectos que un satélite puede tomar, conforme gira
alrededor de la Tierra: 1. Cuando el satélite gira en una órbita arriba del
ecuador, se llama órbita ecuatorial. 2. Cuando el satélite gira en una órbita
que lo lleva arriba de los polos norte y sur, se llama órbita polar. 3.
Cualquier otro trayecto orbital se llama órbita inclinada.
Nodo ascendente
Un nodo ascendente, es el punto en donde la órbita cruza el plano
ecuatorial de sur a norte; un nodo descendente, es el punto donde la órbita
cruza el plano ecuatorial de norte a sur. La línea que une a los nodos
ascendentes y descendentes por el centro de la Tierra, se llama línea de nodos.
Como primera medida para describir el paso de un satélite en órbita, se debe designar
un punto de observación o un punto de referencia. Este punto podrá tratarse de
un lugar distante, tal como una estrella, o un punto en la superficie de la
tierra, o también el centro de la Tierra, que a su vez el centro de gravedad
del cuerpo principal. En caso de tomar como lugar de observación un punto en la
superficie de la Tierra, deberemos estar en condiciones de localizar dicho
punto mediante algún método. Este método de localización es a través del
meridiano. Estas líneas conforman un cuadriculado sobre la superficie de la
Tierra. Las líneas verticales se denominan Longitud y las líneas horizontales
se denominan Latitud.
Las líneas de Longitud
Las líneas de Longitud se extienden desde el Polo Norte al Polo Sur, es
decir que son círculos iguales al contorno de la Tierra que se interceptan en
los polos. Se ha definido por convención, como primer meridiano o Longitud cero
grados, al meridiano que pasa por la ciudad de Greenwich, tomando el nombre de
dicha ciudad. En total son 360 líneas, lo que equivale a 18 círculos completos.
De esta manera se componen los 360 grados de Longitud, partiendo desde la línea
de Longitud 00 hacia el Este. Las líneas de Latitud están conformadas por 180
círculos paralelos y horizontales, siendo el círculo mayor el ubicado en la
línea del Ecuador denominada Latitud cero grados. De esta forman existen 900
hacia el hemisferio Norte, denominados Latitud Positiva y 900 hacia el
hemisferio Sur, denominados Latitud Negativa. Por lo tanto mediante la
intersección de las coordenadas de Latitud y Longitud podremos localizar un
punto que este sobre la superficie de la Tierra. En cuanto a un satélite, este
se encuentra en el espacio, y su posición puede ser estimada con una Latitud,
una Longitud y una altura. Dicha altura estará referida a un punto sobre la
Tierra que es la intersección de la recta que une al satélite con el centro de
la Tierra y la superficie terrestre. Para orientar una antena desde una
estación terrena hacia un satélite, es necesario conocer el ángulo de elevación
y azimut. Estos se llaman ángulos de vista.
Angulo de elevación
El ángulo de elevación es el ángulo formado entre la dirección de viaje
de una onda radiada desde una antena de estación terrena y la horizontal, o el
ángulo de la antena de la estación terrena entre el satélite y la horizontal.
Entre más pequeño sea el ángulo de elevación, mayor será la distancia que una
onda propagada debe pasar por la atmósfera de la Tierra. Como cualquier onda
propagada a través de la atmósfera de la Tierra, sufre absorción y, también,
puede contaminarse severamente por el ruido. De esta forma, si el ángulo de
elevación es demasiado pequeño y la distancia de la onda que esta dentro de la
atmósfera de la Tierra es demasiado larga, la onda puede deteriorarse hasta el
grado que proporcione una transmisión inadecuada. Generalmente, 5º es
considerado como el mínimo ángulo de elevación aceptable.
Azimut
Azimut se define como el ángulo de apuntamiento horizontal de una
antena. Se toma como referencia el Norte como cero grados, y si continuamos
girando en el sentido de las agujas del reloj, hacia el Este, llegaremos a los
900 de Azimut. Hacia el Sur tendremos los 1800 de Azimut, hacia el Oeste los
2700 y por ultimo llegaremos al punto inicial donde los 3600 coinciden con los
00 del Norte. El ángulo de elevación y el azimut, dependen ambos, de la latitud
de la estación terrena, así como el satélite en órbita.
Clasificaciones de los
satelites
Hay dos clasificaciones principales para los satélites de
comunicaciones: hiladores (spinners) y satélites estabilizadores de tres ejes.
Los satélites spinners, utilizan el movimiento angular de su cuerpo giratorio
para proporcionar una estabilidad de giro. Con un estabilizador de tres ejes,
el cuerpo permanece fijo en relación a la superficie de la Tierra, mientras que
el subsistema interno proporciona una estabilización de giro. Los satélites
geosincronos deben compartir un espacio y espectro de frecuencia limitados,
dentro de un arco especifico en una órbita geoestacionaria. A cada satélite de
comunicación se asigna una longitud en el arco geoestacionario, aproximadamente
a 36000 km, arriba del ecuador. La posición en la ranura depende de la banda de frecuencia
de comunicación utilizada. Los satélites trabajando, en o casi la misma
frecuencia, deben estar lo suficientemente separados en el espacio para evitar
interferir uno con otro. Hay un limite realista del numero de estructuras
satelitales que pueden estar estacionadas, en un área especifica del espacio.
La separación espacial requerida depende de las siguientes variables: 1.
Ancho de haz y radiación del lóbulo lateral de la estación terrena y antenas
del satélite. 2. Frecuencia de la portadora de RF. 3. Técnica de codificación o
de modulación usada. 4. Limites aceptables de interferencia. 5. Potencia de la
portadora de transmisión. Generalmente se requieren 3 a 6º de separación
espacial dependiendo de las variables establecidas anteriormente.
Las frecuencias de portadora, más comunes, usadas para las
comunicaciones por satélite, son las bandas 6/4 y 14/12 GHz. El primer numero
es la frecuencia de subida (ascendente, estación terrena a transponder) y el
segundo numero es la frecuencia de bajada(descendente, transponder a estación
terrena). Entre mas alta sea la frecuencia de la portadora, más pequeño es el
diámetro requerido de la antena para una ganancia especifica.
La mayoría de los satélites domésticos utilizan la banda de 6/4 GHZ,
esta banda también se usa extensamente para los sistemas de microondas
terrestres, por lo que se debe tener cuidado cuando se diseña una red satelital
para evitar interferencias con los enlaces de microondas establecidas. Ciertas
posiciones en la órbita geosincrona tienen más demanda que otras.
Fuentes