Comunicaciones Satelitales

Análisis de los Enlaces Satelitales

Resumen• El nivel de recepción de un enlace satelital

Uplink o Downlink depende fundamentalmente de:

La PIRE del equipo transmisor.Considera pérdidas entre el transmisor y antena

así como las pérdidas de apuntamiento.

Las características del medio de transmisión.Incluye pérdidas por atenuación atmosférica.

Resumen• El nivel de recepción de un enlace satelital

Uplink o Downlink depende fundamentalmente de:

Las características del equipo de recepción.Considera pérdidas entre el receptor y antena así

como de apuntamiento y polarización.

Cálculo del C/N

• El objetivo de cualquier sistema de comunicaciones es transferir información entre un punto y otro con el mínimo de distorsión.

• El ruido es un tipo de señal no deseada que se adiciona a la señal de información y que reduce las posibilidades del receptor para reproducir la señal transferida.

Cálculo del C/N

• El origen de este tipo de señal la podemos dividir en:Ruido emitido por fuentes naturales.Ruido generado por los componentes

electrónicos del equipamiento.

Señal

TX RX

Ruido de fuentes naturales

Ruido de los componentes

MUX MUX

Señal + Ruido

Definición de ruido

• La potencia de ruido es medida dentro del ancho de banda del receptor.

• Si consideramos que la densidad de potencia espectral es N0 en W/Hz, la potencia equivalente de ruido en un receptor de ancho de banda B es:

N = N0 BN

Definición de Ruido

• El ruido real no es necesariamente constante durante todo el tiempo pero el modelo es conveniente para tener una representación del ruido observado en un determinado ancho de banda.

Definición de Ruido

• Temperatura de ruido es la temperatura a la que tendríamos que colocar un elemento resistivo para que por actividad electrónica genere la misma potencia de ruido.

Definición de Ruido

• La temperatura de ruido entregada por una fuente de potencia de ruido N se define como:

T = N/k B ( grados kelvin)

Definición de Ruido

• Densidad espectral del ruido blanco.

(W/Hz)

N0

frecuenciaB

Temperatura Equivalente

• Se define la temperatura de ruido equivalente Te de un dispositivo real, como la temperatura que sería necesario incrementar en la carga de entrada para producir la misma potencia de ruido a la salida de un dispositivo ideal.La Te esta asociada a la temperatura física del equipo.

Temperatura Equivalente

R

R

DispositivoReal

DispositivoIdeal

Generan la misma potencia

de ruido

N = K Te G B

Sin temperatura de ruido

Temperatura TeLa ganancia del dispositivo G

Figura de Ruido

• La figura de ruido F de un sistema es la relación de la potencia de ruido a la salida del dispositivo con la potencia generada a la entrada por una fuente de temperatura T0 siendo T0 = 290° K :

F = { G k (Te + T0) B} / {G k T0 B}

F = (Te + T0)/ T0 = 1 + Te/ T0

Temperatura de ruido de una Antena

• El ruido captado por una antena esta compuesto de :

Ruido Estelar.Ruido Terrestre.Ruido de los elementos propios de la antena.

Temperatura de ruido de una Antena

Temperatura de ruido de una Antena

• La antena recoge el ruido a través del patrón de irradiación de la antena.

• El ruido de antena es función del ángulo de elevación de la misma.

• Podemos asumir que la temperatura de ruido de antena TA es la suma de todos estos factores.

Temperatura de ruido de una Antena

Temperatura de ruido de una Antena

• Consideremos la radiación de un cuerpo localizado en la dirección (θ,φ) con una temperatura de ruido Tb(θ,φ) y donde la ganancia de antena tiene un valor de G(θ,φ) , la temperatura de ruido de una antena es:

TA = (1/4π) ∫∫ Tb(θ,φ) G(θ,φ) d Ω

Temperatura de ruido de un atenuador

• Un atenuador es un elemento pasivo formado por arreglos de resistencias y trabaja a temperatura ambiente TF entonces la Te para un atenuador es:

Te = (LF -1) TF

si la TF = T0 entonces la figura de ruido del atenuador es:

FF = LF

Temperatura de ruido de elementos en cascada

• Consideremos un conjunto de N dispositivos en cascada cada uno con una ganancia de Gj (j = 1,2,3….. N) podemos inferir que la temperatura equivalente será:

Te = Te1 + Te2/G1 + Te3/G1G2….TeN/G1G2…GN-1

Figura de ruido de elementos en cascada

• La figura de ruido de los elementos en cascada son:

F = F1 + (F2 – 1)/G1 + (F3 – 1)/G1G2 ….(FN -1)/G1G2….GN-1

Temperatura de ruido de la cadena de recepción

Receptor

TA

T1

T2 TR

LFRXTF

Temperatura de ruido de la cadena de recepción

• En nuestro análisis vamos a determinar la temperatura de ruido en T1 y T2:T1 a la salida de la antena.T2 a la entrada del receptor.

• La temperatura de ruido a la salida de la antena T1

T1 = TA + ( LFRX – 1)TF + TR / GFRX

Temperatura de ruido de la cadena de recepción

• La temperatura de ruido a la salida de la antena T2

T2 = T1 / LRFX

T2 = TA / LRFX + (1 – 1/ LFRX)TF + TR

Relación Señal a Ruido a la entrada del receptor

• Existen diversas formas de presentar esta relación:La relación entre la señal de portadora

modulada C y la potencia de ruido N.La relación entre la señal de portadora

modulada C y la potencia de ruido espectral N0.

La relación entre la señal de portadora modulada C y la temperatura de ruido T.

Relación Señal a Ruido a la entrada del receptor

• Consideremos la potencia de la señal recibida como:

C = PRX

• La potencia de la señal de recepción la determinamos mediante:

(PIRE del Transmisor)(Ganancia de Recepción)

(Pérdida de Espacio Libre) C =

Relación Señal a Ruido a la entrada del receptor

• El nivel de la portadora recibida C, se puede calcular de la siguiente formula:

PRX = (PTX GTmax/LTLFTX)(GRmax /LRLFRXLPOLLFSLA)

PIRE PérdidasLado

Transmisor

Gananciadel

Receptor

PérdidasLado

Receptor

Relación Señal a Ruido a la entrada del receptor

• El nivel de ruido recibido N0, se puede calcular de la siguiente formula:

N0 = {TA/LFRX + TF ( 1 – 1/LFRX) + TR } k

• La relación C/N0 quedaría resumida en:

(PIRE del Transmisor)(Ganancia de Recepción)

(Pérdida de Espacio Libre) (Temperatura de Ruido) kC/N0 =

Figura de mérito del equipo de recepción

• La expresión C/N0 presenta tres factores:La PIRE del equipo de transmisión.Las características del medio de transmisión.Las características del equipamiento de

recepción.

• Las características del equipamiento de recepción es conocido como figura de mérito del equipamiento del recepción G/T.

Temperatura de ruido de antena

• En el análisis de la temperatura de ruido de una antena tenemos que considerar dos casos:

Antena del Satélite UPLINK.Antena de la Estación Terrena DOWNLINK.

Temperatura de ruido de antena

• El ruido capturado por la antena del satélite proviene de la tierra y del espacio exterior.

• El ancho de Beam con el cual el satélite cubre toda la tierra es de 17.5° para el caso de un satélite geoestacionario.

• La temperatura de ruido de una antena depende de la frecuencia y la posición orbital del satélite.

Temperatura de ruido de antena

• Para Beam de menor cobertura depende de la frecuencia y del área de cobertura.

• La tierra tiene mayor radiación de ruido que los océanos.

• En caso de no tener valores precisos podemos asumir 290°K.

Temperatura de ruido de antena

• El ruido captado por la antena de la estación terrena corresponde al generado por el cielo y por la tierra.

Temperatura de ruido de antena

• Para condiciones de cielo despejado se tiene que:El ruido proviene del cielo y de la superficie

de la tierra.La contribución del cielo la determinamos

mediante:

TA = (1/4π) ∫∫ Tb(θ,φ) G(θ,φ) d Ω

Temperatura de ruido de antena

• La radiación de la tierra en vecindad de la estación es capturada por los lóbulos laterales de la antena y del lóbulo principal en caso que el ángulo de elevación sea pequeño.

• La contribución de cada lóbulo esta determinada por:

Ti = Gi (Ωi/4π) TG

Temperatura de ruido de antena

• Donde Gi es la ganancia principal del lóbulo de ángulo sólido Ωi y TG es la temperatura de destello de la tierra.

• Los rangos de la temperatura de la tierra son:

290°K Para un Angulo de -10°

150°K -10° ≤ E ≤ 0°

50°K 0° ≤ E ≤ 10°

10°K 10° ≤ E ≤ 90°

Patrón de irradiación

Temperatura de ruido de antena

• La temperatura de ruido de la antena TA

esta definida por:TA = Tcielo + Ttierra

• Hay que considerar en caso de existir la interferencias producidas por equipos en la vecindad.

• La radiación del sol y de la tierra también afectan la temperatura de ruido de la antena

Temperatura de ruido de antena

• La temperatura de ruido se incrementa durante la presencia de fenómenos meteorológicos como la lluvia o la nubosidad.

• Tenemos que considerar que los fenómenos atmosféricos como la lluvia y neblina absorben energía consecuentemente la emiten.

Temperatura de ruido de antena

• La temperatura de antena para el caso de cielo lluvioso se determina por:

TA = Tcielo/Alluvia + Tm ( 1 – 1/Alluvia) + Ttierra

• Como consecuencia la temperatura de antena depende fundamentalmente de la frecuencia, el ángulo de elevación y las condiciones atmosféricas.

Temperatura de ruido del receptor

LO

LNA IF

MIXERTLNA,GLNA Tif,Gif

Tmx , Gmx

TR = TLNA + TMX/GLNA + TIF/GLNAGMX

Sun Outage

• Es la interrupción o degradación de los enlaces de comunicación satelital causado por la interferencia generada por el sol.

• Esta interferencia es recibida en la antena de la estación terrena.

Sun Outage

• El sol es un generador de ruido de banda ancha debido a la radiación producida por las altas temperaturas de su superficie, que pueden llegar a los 6000°K.

• Debido al movimiento del sol a través del cielo existen períodos donde el sol se ubica justo detrás del satélite, interfiriendo con las comunicaciones.

Sun Outage

• Las antenas de menor diámetro son mas afectadas por este fenómeno debido a la amplitud de su Beam.

• Esta interferencia puede ser predecida por los operadores, permitiendo a los usuarios tomar las acciones correctivas correspondientes.

Enlace Satelital Típico

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Enlace Satelital Típico

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