Comunicación por Satélite

CARACTERISTICAS DE LAS COMUNICACIONES POR SATELITE

DESCRIPCION DEL SISTEMA

Un satélite puede definirse como un repetidor de radio en el cielo (transponder), un sistema satelital consiste de un transponder, una estación basada en tierra, para controlar su funcionamiento, y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción del trafico de comunicaciones, a través del sistema de satélite.

Las transmisiones de satélite se catalogan 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 (por ejemplo un filtro pasa-banda de salida).

La Figura 1 muestra el diagrama a bloques de un transmisor de estación terrena satelital. 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.

ORBITAS

En física, una órbita es la trayectoria que describe un objeto físico alrededor de otro mientras está bajo la influencia de una fuerza central, como la fuerza gravitatoria.

   TIPOS DE ÓRBITAS

Por características:

Órbita circular

Órbita eclíptica

Órbita elíptica

Órbita muy elíptica u órbita muy excéntrica

Órbita cementerio

Órbita de transferencia de Hohmann

Trayectoria hiperbólica

Órbita inclinada

Trayectoria parabólica

Órbita de captura

Órbita de escape

Órbita semisíncrona

Órbita subsíncrona

Órbita síncrona

Por cuerpo central:

Órbitas terrestres

Órbita geocéntrica

Órbita geosíncrona

Órbita geoestacionaria

Órbita de transferencia geoestacionaria

Órbita baja terrestre

Órbita media terrestre

Órbita de Molniya

Órbita casi ecuatorial

Órbita de la Luna

Órbita polar

Órbita tundra

Órbitas marcianas:

Órbita areosíncrona

Órbita areoestacionaria

Órbitas lunares:

Órbita lunar

Órbitas solares:

Órbita heliocéntrica

Órbita heliosíncrona

SATELITE GEOSTACIONARIO

Los satélites geoestacionarios o satélites geosíncronos describen órbitas sobre el ecuador terrestre con la misma velocidad angular que la Tierra, es decir, permanecen inmóviles sobre un determinado punto sobre nuestro globo. Un solo satélite geoestacionario de gran altitud puede proporcionar comunicaciones confiables aproximadamente a un 40 % de la superficie terrestre. La velocidad orbital de los satélites geoestacionarios que circundan la Tierra es de aproximadamente 10 900 kilómetros por hora.

Órbitas geoestacionarias

Los satélites permanecen en órbita como resultado del equilibrio entre las fuerzas centrífuga y gravitacional. Si un satélite viaja a demasiada velocidad, su fuerza centrífuga supera a la gravedad de la Tierra, y el satélite se sale de órbita y se pierde en el espacio. Cuanto más cerca esté de la Tierra, mayores son la fuerza gravitacional y la velocidad necesaria para evitar que se caiga a la Tierra. Los satélites geosíncronos giran en círculo directamente sobre el ecuador a 35.786 km sobre la superficie de la Tierra a una velocidad de 11.070 km/h.

Las órbitas geosíncronas son circulares, centradas en la Tierra, por lo que su velocidad orbital es constante. La órbita geoestacionaria es un caso particular de la órbita geosíncrona, que está situada en el plano ecuatorial. Sólo existe una órbita geoestacionaria terrestre; sin embargo está ocupada por una gran cantidad de satélites ya que es el anillo de más interés, al no requerir las estaciones terrestres un cambio continuo en el ángulo con que se apunta al satélite. Para un observador estático en la superficie de la Tierra, un satélite geoestacionario se percibiría como situado en un punto inmóvil en el cielo. Debido a ello no se necesita un equipo especial de rastreo, y las antenas terrestres se apuntan directamente al satélite en forma permanente.

En el caso ideal, los satélites geoestacionarios deberían permanecer fijos en un lugar sobre el Ecuador, sin embargo factores como fuerzas gravitacionales de la Luna, el Sol, los vientos solares y la forma esférica de la Tierra, ejercen una fuerza que hace que el satélite se aparte gradualmente de sus lugares asignados.

El Primer satélite geoestacionario fue el Syncom 3[3] lanzado en Cabo Kennedy el 19 de agosto de 1964, fue un satélite experimental de comunicaciones ubicado sobre el ecuador a 180 grados de longitud en el Oceano Pacífico. Este satélite cubrió televisión en vivo sobre los juegos olímpicos de 1964 en Tokyo, Japón, y se usó para varias pruebas de comunicaciones.

Parámetros

Excentricidad (e): e = 0

Inclinación (i): i = 0

Semieje mayor (α): debe ser la distancia del centro de la Tierra a un satélite en órbita. Al aplicar la tercera ley de Kepler obtenemos que:

{\displaystyle \alpha =AP{\frac {2}{3}}} {\displaystyle \alpha =AP{\frac {2}{3}}}

Donde A es igual a 42241.0979 y P es igual a 0.9972, por lo que:

{\displaystyle \alpha =(42241.0979)(0.9972){\frac {2}{3}}=42.163km} {\displaystyle \alpha =(42241.0979)(0.9972){\frac {2}{3}}=42.163km}

Por consiguiente los satélites geosíncronos giran en círculo directamente sobre el ecuador a 42.163 km del centro de la Tierra.

Altura sobre el nivel medio del mar (h): como el radio ecuatorial aproximado de la Tierra es de 6.378 km, se tiene que:

{\displaystyle h=42163-6378=35785km\,} {\displaystyle h=42163-6378=35785km\,} sobre la superficie terrestre

Velocidad orbital de un satélite geosíncrono (V): la velocidad tangencial o rectilínea V de un satélite viene dada por:

{\displaystyle V={\frac {C}{24h}}} {\displaystyle V={\frac {C}{24h}}}

donde C es la circunferencia de la órbita, que para el caso de una órbita geosíncrona es:

{\displaystyle C=2\pi d=2\pi (42.163km)=264.918km\,} {\displaystyle C=2\pi d=2\pi (42.163km)=264.918km\,}

Por lo que la velocidad del satélite es:

{\displaystyle V={\frac {264.918km}{24h}}=11.038km/h} {\displaystyle V={\frac {264.918km}{24h}}=11.038km/h}

Retardo por viaje redondo para los satélites geosíncronos

El retardo de propagación por recorrido de ida y vuelta entre un satélite y una estación terrestre directamente debajo de él es:

{\displaystyle T={\frac {d}{c}}={\frac {2(35.785km)}{3x10^{5}km/s}}=238ms-1} {\displaystyle T={\frac {d}{c}}={\frac {2(35.785km)}{3x10^{5}km/s}}=238ms-1}

Si se incluyen los retardos en los equipos de estación terrestre y del satélite, se necesita más de un cuarto de segundo para que una onda electromagnética vaya de una estación terrestre a un satélite y regrese cuando la estación está directamente debajo del satélite. Cuando las estaciones terrestres están en lugares más alejados, el retardo de propagación es todavía mayor.

Ventajas

Los satélites geosíncronos permanecen casi estacionarios con respecto a una determinada estación terrestre. En consecuencia, las estaciones terrestres no necesitan costosos equipos de rastreo.

Estos satélites están disponibles para todas las estaciones terrestres dentro de su sombra el 100% del tiempo. La sombra de un satélite abarca todas las estaciones terrestres que tiene una trayectoria visual hacia ellos, y que quedan dentro de la distribución de radiación de las antenas del satélite.

No hay necesidad de cambiar de uno a otro satélite geosíncrono, en consecuencia, no hay interrupciones causadas por los tiempos de comunicación.

Son despreciables los efectos del desplazamiento Doppler (cambia las longitudes de ondas de las señales recibidas).

Desventajas

Requieren a bordo dispositivos complicados y pesado de propulsión, para mantenerlos en órbita fija.

Los satélites geosíncronos están a gran altura e introducen retardos de propagación mucho mayores. El retardo de propagación de ida y vuelta entre dos estaciones terrestres, pasando por un satélite geosíncrono es de 500 a 600 ms.

Requieren de mayores potencias de transmisión y receptores más sensibles, por las mayores distancias y mayores perdidas en la trayectoria.

Se requiere artificios espaciales de gran precisión para poner en orbita un satélite geosíncrono, y para mantenerlo en ella. También se requiere de propulsión a bordo del satélite, para mantenerlo en su orbita respectiva.

BANDAS DE FRECUENCIA

Las bandas de frecuencia son intervalos de frecuencias del espectro electromagnético asignados a diferentes usos dentro de las radiocomunicaciones. Su uso está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones y puede variar según el lugar.[1] El espacio asignado a las diferentes bandas abarca el espectro de radiofrecuencia y está dividido en sectores.

Por frecuencia

Una banda de radiofrecuencia es una pequeña sección de frecuencias del espectro radioeléctrico utilizada en comunicaciones por radio, en la que los canales de comunicación se utilizan para servicios similares con el fin de evitar interferencias y permitir un uso eficiente del espectro.[2] Por ejemplo, radiodifusión, telefonía móvil o radionavegación, se colocan en rangos de frecuencias no solapados. Cada una de estas bandas tiene una asignación de frecuencias que determina cómo se utiliza y se comparte para evitar interferencias entre canales y especificar el protocolo de comunicación que permita la comunicación entre el emisor y el receptor.

Por encima de los 300 GHz, la absorción de la radiación electromagnética por la atmósfera (debido principalmente al ozono, vapor de agua y dióxido de carbono) es tan grande que resulta opaca a las emisiones electromagnéticas, hasta que se vuelve nuevamente transparente cerca del infrarrojo y en los rangos de la luz visible.[3]

El espectro radioeléctrico se separa en bandas según la longitud de onda (λ) en divisiones de 10M metros, o frecuencias de 3×10N hercios (c = λ·f). Por ejemplo, 30 MHz, ó 10 m, divide la banda de HF de la de VHF (de menor longitud de onda y mayor frecuencia).

Radiodifusión

Frecuencias de emisión:

Radio AM Onda larga = 148,5 a 283,5 kHz (LF)

Radio AM Onda media = 530 kHz - 1710 kHz (MF)

Radio AM Onda corta = 3 MHz - 30 MHz (HF)

Las designación de frecuencias para la televisión y radio FM varían según los países, consulte las frecuencias de los canales de televisión y banda de Radiodifusión FM. Dado que las frecuencias de VHF y UHF son convenientes para muchos usos en las áreas urbanas, en Norteamérica algunas partes de la banda de radiodifusión de televisión, han sido reasignadas para telefonía móvil y varios sistemas de comunicaciones móviles terrestres.

Televisión

Artículo principal: Frecuencias de los canales de televisión

La televisión hasta tiempos recientes, principios del siglo XXI, fue analógica totalmente y su modo de llegar a los televidentes era mediante el aire con ondas de radio en las bandas de VHF y UHF. Pronto salieron las redes de cable que distribuían canales por las ciudades. Esta distribución también se realizaba con señal analógica; las redes de cable debían tener una banda asignada, más que nada para poder realizar la sintonía de los canales que llegan por el aire junto con los que llegan por cable. Su desarrollo depende de la legislación de cada país, mientras que en algunos de ellos se desarrollaron rápidamente, como en Inglaterra y Estados Unidos, en otros como España no han tenido casi importancia hasta que a finales del siglo XX la legislación permitió su instalación.

MULTIPLEXACION

En telecomunicación, la multiplexión es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión (permite varias comunicaciones de forma simultanea) usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso se conoce como demultiplexión. Un concepto muy similar es el de control de acceso al medio.

Existen muchas estrategias de multiplexión según el protocolo de comunicación empleado, que puede combinarlas para alcanzar el uso más eficiente; los más utilizados son:

la multiplexión por división de tiempo o TDM síncrona (Time division multiplexing );

la multiplexión estadística o TDM asíncrona o TDM estadística (técnica más avanzada que la anterior);

la multiplexión por división de frecuencia o FDM (Frequency-division multiplexing) y su equivalente para medios ópticos, por división de longitud de onda o WDM (de Wavelength);

la multiplexión por división en código o CDM (Code division multiplexing);

Cuando existe un esquema o protocolo de multiplexión pensado para que múltiples usuarios compartan un medio común, como por ejemplo en telefonía móvil o WiFi, suele denominarse control de acceso al medio o método de acceso múltiple. Como métodos de acceso múltiple destacan:

el acceso múltiple por división de frecuencia o FDMA;

el acceso múltiple por división de tiempo o TDMA;

el acceso múltiple por división de código o CDMA.

Multiplexación en informática

En informática y electrónica, la multiplexación se refiere al mismo concepto si se trata de buses de datos que haya que compartir entre varios dispositivos (discos, memoria, etc.). Otro tipo de multiplexación en informática es el de la CPU, en la que a un proceso le es asignado un quantum de tiempo durante el cual puede ejecutar sus instrucciones, antes de ceder el sitio a otro proceso que esté esperando en la cola de procesos listo a ser despachado por el planificador de procesos. También en informática, se denomina multiplexar a combinar en un mismo archivo contenedor, varias pistas de dos archivos, por ejemplo de audio y vídeo, para su correcta reproducción, también en informática multiplexar un archivo, es una forma que se mantengan varias copias idénticas de este archivo, esto para respaldar información en caso de que ocurra un fallo en el archivo principal.

Multiplexación en telecomunicaciones

Se denomina al transmitir, por el mismo medio diferentes tipos INTERCALADOS de información sin mezclarse. Ya sea audio, vídeo o imagen.

En las telecomunicaciones se usa la multiplexación para dividir las señales en el medio por el que vayan a viajar dentro del espectro radioeléctrico. El término es equivalente al control de acceso al medio.

De esta manera, para transmitir los canales de televisión por aire, vamos a tener un ancho de frecuencia x, el cual habrá que multiplexar para que entren la mayor cantidad posible de canales de TV. Entonces se dividen los canales en un ancho de banda de 6 MHz (en gran parte de Europa y América, mientras que en otros países el ancho de banda es de 8 MHz). En este caso se utiliza una multiplexación por división de frecuencia FDM.

Multiplexación en los protocolos de la capa de transporte en el Modelo OSI

Multiplexar un paquete de datos, significa tomar los datos de la capa de aplicación, etiquetarlos con un número de puerto (TCP o UDP) que identifica a la aplicación emisora, y enviar dicho paquete a la capa de red.

ANTENAS Y ACCESOS MULTIPLES

 Antenas

Es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas electromagnéticas hacia un espacio libre. Una antena transmisora transforma voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.

Acceso Múltiple

Es una tecnología que segmenta el espacio en Sectores utilizando antenas unidireccionales. Se utiliza generalmente en comunicaciones por satélite, pero también en redes celulares para reducir el numero de estaciones base.