Aplicaciones

Unidad 5. Aplicaciones

5.1 Comunicaciones por Microondas.

5.2 Sistemas de Telecomunicaciones.

5.3 Comunicaciones Satelitales.

5.4 Comunicaciones Opticas.

5.5 Redes de Comunicacion.

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Aplicaciones

Orbitas de Satelites

La capacidad para lanzar un satelite y mantenerlo en orbita depende de seguir leyes matematicasy fısicas conocidas, las cuales se denominan, en conjunto, dinamica orbital.

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Aplicaciones

Principios

� Cuando se lanza un satelite debe darsele movimiento vertical y dirigirlo hacia adelante.

� La inercia del satelite se equilibra por la atraccion gravitatoria de la Tierra.

� Si la velocidad del satelite es muy alta, rebasara la atraccion de la Tierra y saldra hacia elespacio.

� Se requiere una velocidad de escape de alrededor de 25 000 mi/h para que una naveespacial pueda romper la atraccion gravitatoria de la Tierra.

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Aplicaciones

� El objetivo es dar al satelite una aceleracion y velocidad que equilibre la atraccion gravita-toria.

� En orbitas bajas, el satelite debe viajar mas rapido para evitar caer a la Tierra. La orbitaterrestre practica mas baja es de casi 100 millas. A esta altura la velocidad del satelitedebe ser de unas 17 500 mi/h para conservarse en oribta. A esta velocidad, el satelite dauna vuelta a la Tierra mas o menos en 90 min.

� Los satelites de comunicaciones por lo regular estan mucho mas lejos de la Tierra (distan-cia 22300 mi, velocidad=6800 mi/h). A esta velocidad, el satelite gira alrededor de la Tierraen casi 24 horas.

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Tierra Tierra

Orbita circular Orbita Eliptica

velocidad constante

velocidad variable

Orbitas de Satelite

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Tierra

Geocentro

Satelite

Plano Orbital

Tierra

� Un satelite gira en una orbita que forma un plano que pasa a traves del centro de gravedadde la Tierra, el cual se denomina geocentro.

� Cuando la direccion de rotacion del satelite es la misma que la rotacion de la Tierra, sedice que la orbita es posigrado, de lo contrario se dice que la la orbita es retrogrado.

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Altura del Satelite

TierraGeocentro

Alturasobre laTierra

Radiode la

Tierra(3 960 mi)

� Un Satelite que esta a 5000 mi sobre la Tierra en orbita circular, esta a 3960+5000, esdecir, a 8960 mi del centro de la Tierra.

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Tierra

Apogeo

Perigeo

Puntos focales de la elipse

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Velocidad del Satelite

� La velocidad varıa de acuerdo con la distancia del satelite a la Tierra. Para una orbitacircular, la velocidad es constante y para una orbita elıptica la velocidad varıa segun laaltura.

� Los satelites de baja altura (orbitas de 100 mi) tienen una velocidad cercana a las 17 500mi/h.

� Los satelites de mucha altura, como los de comunicaciones (orbitas de 22 300 mi), tienenuna velocidad cercana a las 6 800 mi/h.

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Periodo de un Satelite

� Un periodo o periodo sideral es el tiempo que toma a un satelite completar una orbita.

� Otro metodo de expresar el tiempo de una orbita es la revolucion o periodo sinodico. Unarevolucion es el periodo entre el paso sucesivo del satelite sobre un meridiano dado delongitud en la Tierra.

� El periodo por lo general se expresa en horas. Los periodos generales van de 1.5 h parauna altura de 100 mi a 24 h para una altura de 22300 mi.

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Angulo de Inclinacion

� El angulo de inclinacion de la orbita de un satelite es aquel formado entre la lınea que pasaa traves del centro de la Tierra y el polo norte y una lınea que pasa a traves de dicho centro.pero que tambien es perpendicular al plano orbital.

Polo norte

Angulo de inclinacion

Tierra plano ecuatorial

plano orbital

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� Las orbitas con inclinacion de ��� por lo general se llaman orbitas ecuatoriales, mientrasque los satelites con orbitas con inclinacion de � ��� se denomina orbitas polares.

� Cuando el satelite tiene un angulo de inclinacion, se dice que la orbita es ascendente (Sa N) o descendente (N a S).

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Angulo de Elevacion

� El angulo de elevacion de un satelite es el que aparece entre la lınea de la antena de laestacion terrena al satelite y la lınea de la estacion terrena y el horizonte de la Tierra. Elmınimo angulo de elevacion practico es � � .

Tierra

Angulo deelevacion

Antena de laestacion terrena

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Aplicaciones

Problema

� Para usar un satelite de comunicaciones con propositos de repetidor, la antena de laestacion de tierra debe ser capaz de seguir o rastrear el satelite al pasar por arriba.

� Por lo tanto, la antena de la estacion de Tierra podra rastrear al satelite de horizonte ahorizonte (periodos de tiempo corto).

Soluciones?

� Lanzar un satelite con una orbita elıptica muy grande para que la estacion de tierra pueda“ver” el apogeo (es util por periodos mas largos).

� Las comunicaciones intermitentes son muy indeseables en muchas aplicaciones de comu-nicaciones. Una forma de reducir interrupciones es usar mas de un satelite (solucion carae inconveniente).

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Aplicaciones

Orbitas Geosıncronas

Un satelite sıncrono o geoestacionario orbita la Tierra alrededor del ecuador a una distanciade 35 860 km (22 300 mi). Un satelite a esta distancia gira alrededor de la Tierra en 24 h. Enotras palabras, el satelite gira en sincronismo preciso con la Tierra.

� Como el satelite permanece en apariencia fijo, no se requiere una antena especial enTierra para rastrearlo. Con este mecanismo se hace posible las comunicaciones continuas(la mayorıa de los satelites son geosıncronos).

� Un 40 � de la superficie de la Tierra puede “verse” o iluminarse desde uno de estossatelites. Los usuarios dentro de esta area suelen utilizar el satelite para comunicaciones.

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Aplicaciones

Coordenadas de Posicion en Latitud y Longitud

A fin de llegar a usar un satelite, se debe tener la posibilidad de localizar su posicion en elespacio. Para emplear estos satelites se requieren sistemas especiales de rastreo. Para man-tener una transmision y recepcion optimas, la antena debe apuntar de manera continuaal satelite mientras este se mueve.

� La ubicacion de un satelite por lo general se especifica en terminos de latitud y longitud.

� La ubicacion del satelite se especifica por un punto en la superficie de la Tierra directa-mente abajo del satelite. Este punto se llama punto del subsatelite (SSP, subsatellitepoint).

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Geocentro

Angulo de longitudS

N Polo norte

Angulo de latitud

Punto sobre la Tierraa ser localizado: 39 N, 77 Oo o

Ecuador

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Aplicaciones

� Latitud: Angulo entre la lınea trazada de un punto dado entre la superficie y el centro dela Tierra (geocentro) y la lınea entre el geocentro y el ecuador.

� Longitud o meridiano: Es la lınea trazada en la superficie de la Tierra entre los polosnorte y sur. El meridiano principal es la lınea en la superficie de la Tierra que pasa a travesde Greenwich, Inglaterra.

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WESTAR III91 Oo

oCOMSTAR 95 O

o

WESTAR I99 O

RCA I135 Oo

TierraRCA III−R131 Oo

COMSTAR I128 Oo

WESTAR II123.5 O RCA III−R

119 Oo ANIK IANIK IIANIK III109 O114 O 104 Oooo

Ubicacion de algunos de los muchos satelites de comunicaciones en orbita geosıncrona

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Aplicaciones

Sistemas de Comunicacion por Satelite

EstacionTransmisora

EstacionReceptora

Enlace de subida 6GHz Enlace de bajada 4 GHz

de comunicaciones Repetidor de satelite

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Aplicaciones

6 GHz

de ruido bajoAmplificador

OsciladorLocal

Antena receptora

Amplificador de potenciaMezclador

4 GHz

Antena transmisora

2 GHz

Transpondedor de satelite

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Aplicaciones

� La mayor parte de los satelites tienen multiples transpondedores (12, 24), cada uno enoperacion a frecuencia diferente.

� Cada transpondedor representa un canal de comunicaciones individual.

� Diversos mecanismos de multiplexado se utilizan para que cada canal puedad conducirtransmisiones de informacion multiple.

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Frecuencia Banda225-390 MHz P390-530 MHz J1530-2700 MHz L2500-2700 MHz S3400-6425 MHz C7250-8400 MHz X10.95-14.5 GHz �

17.7-21.2 GHz �

27.5-31 GHz K36-46 GHz Q46-56 V56-100 W

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Aplicaciones

Uso del Espectro

� Las frecuencias designadas para el enlace de subida y bajada son las correspondientes ala banda C, 5 925-6 425 (subida) y 3 700-4200 (bajada) MHz.

� Ancho de Banda de 500 MHz.

� Esto signiffica un ancho de banda capaz de llevar un numero enorme de senales.

� El receptor del transpondedor recoge cualquier transmision en la banda completa de 500MHz.Sin embargo, la entrada esta canalizada debido a que las estaciones en tierra operan enfrecuencias seleccionadas o canales.

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Aplicaciones

36 MHz

3 720

3 760

3 800

3 840

banda de guarda

1 2 3 4 5 6 7 9 121110

3 920

3 880 3 960

4 000

4 040

4 080

4 160

Ancho de banda de recepcion

500 MHz

Canales de transmision

5 925 MHz 6 425 MHz

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Aplicaciones

Aplicaciones del Satelite

� Satelites de Comunicaciones: servicio telefonico de larga distancia, television, serviciotelefonico celular.

Tierra420 millas

Sistema IRIDIUM (Motorola)6 orbitas (11 satelites en cada una)

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Servicios de comunicaciones del sistema IRIDIUM:

� Comunicaciones de datos

� FAX

� Servicios de radiodeterminacion: subsistema que permite a los satelites localizar transcep-tores en la Tierra.

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Aplicaciones

� Satelites de Vigilancia:

– Los satelites militares se utilizan para realizar reconocimiento.

– Las camaras a bordo toman fotografıas que luego se pueden expulsar del satelite ytraer a la Tierra para su recuperacion.

– Los sensores infrarrojos detectan fuentes de calor.

– Los radares pequenos llegan a detectar contornos y caracterısticas de la Tierra.

– Monitoreo para el cumplimiento de los tratados de prohibicion de pruebas nucleares.

– Satelites de observacion (meteorologicos).

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Aplicaciones

� Satelites de Navegacion:

– Navegacion marıtima: Sistemas Loran y Omega.

– Navegacion aerea: Tacan VOR/DME, Tactical Air Navigation VHF omnidirectional rang-ing)/(distance measuring equipment).

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Aplicaciones

Sistema de Posicionamiento Global (GPS)

El sistema de posicionamiento global, tambien llamado Navstar, es un sistema de navegacionbasado en satelites que puede usar cualquier persona con un receptor apropiado para localizarcon precision su posicion en la Tierra.

� El sistema esta disenado para proporcional un sistema de navegacion basico con unaprecision de unos 100 m.

� El sistema GPS consta de 3 segmentos principales: segmento espacial, segmento decontrol y segmento del usuario.

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Aplicaciones

Segmento Espacial

� El segmento espacial es la constelacion de satelites que orbitan la Tierra y que tienentransmisores que envıan informacion de alta precision a receptores GPS en la Tierra.

� El sistema GPS consta de 21 satelites operacionales mas 3 de reserva.

� Los satelites se encuentran situados en 6 orbitas (3 o 4 satelites por orbita).

� Los planos orbitales forman un angulo de � � � con el ecuador. Los satelites orbitan a unaaltura de 20 200 km sobre la Tierra. El periodo orbital para cada satelite es de alrededorde 12 hrs.

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Aplicaciones

Segmento de Control y los Relojes Atomicos

� El segmento de control del sistema GPS se refire a las diversas estaciones de Tierra quemonitorean a los satelites y proporcionan control e informacion de actualizacion.

� La estacon de control maestro la opera la Fuerza Aerea de los Esatdos Unidos, en Col-orado Spring.

� Relojes Atomicos: Las senales de temporizacion de precision se derivan de relojesatomicos.

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Aplicaciones

Receptores GPS

� Un receptor GPS es un receptor de microondas muy complejo, disenado para recibir lassenales GPS.

� Mas de 40 fabricantes hacen receptores GPS.

� Relojes Atomicos: Las senales de temporizacion de precision se derivan de relojesatomicos.

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Aplicaciones

Satelite 1

Satelite 2

Satelite 3

Satelite 4

R1

R2R3

R4

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Aplicaciones

Aplicaciones del GPS

� Navegacion militar y sus aplicaciones relacionadas

� EL GPS los usan todos los servicios para barcos, aviones de todas las clases.

� Los deportistas “entusiastas” dedicados a escalar u otros deportes al aire libre, tambienusan el GPS.

� Vigilancia

� Fabricacion de mapas y constuccion

� Localizacion de vehıculos.

� La policıa, los bomberos, las ambulancias y los servicios forestales tambien utilizan el GPS.

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