El documento describe diferentes tipos de comunicaciones inalámbricas como las microondas terrestres y satelitales. Resume que las microondas terrestres transmiten señales de radio entre dos estaciones en línea de vista usando antenas parabólicas, mientras que las microondas satelitales usan satélites como repetidores para amplificar y retransmitir señales entre estaciones terrestres y áreas de cobertura. También describe diferentes tipos de órbitas y satélites como los satélites geoestacionarios.
1. U4. MICROONDAS Y SÁTELITES
TELECOMUNICACIONES
CESAR DUNAY ACEVEDO ARREOLA AGUASCALIENTES, AGS. 21/MARZO/2018
Andrea Jacqueline
Cervantes Jiménez
15151133
Teresa Guadalupe
Hernández López
15151173
María Nieves Renovato
González
15151228
María Guadalupe Soledad
Pérez
15151250
Jacqueline Zacarías
Landeros
15151263
Salvador De Luna Macías
15151141
Josthing Ravi Jaime Trejo
15151184
2. 4.1 COMUNICACIONES CON MICROONDAS
MICROONDAS
Son aquellas ondas electromagnéticas cuyas frecuencias van desde los 300 MHz
hasta los 300 GHz o aún más. Las señales de microondas, a causa de sus altas
frecuencias, tienen longitudes de onda relativamente pequeña, de ahí el
nombre de “micro” ondas.
Se usa el espacio aéreo como medio físico de transmisión. La información se
transmite en forma digital a través de ondas de radio de muy corta longitud.
Pueden direccionarse múltiples canales a múltiples estaciones dentro de un
enlace dado, o pueden establecer enlaces punto a punto.
Las estaciones consisten en una antena tipo plato y de circuitos que
interconectan la antena con la terminal del usuario.
3. El factor limitante de la propagación de la señal en enlaces microondas es la
distancia que se debe cubrir entre el transmisor y el receptor, además esta distancia
debe ser libre de obstáculos. Otro aspecto que se debe señalar es que en estos
enlaces, el camino entre el receptor y el transmisor debe tener una altura mínima
sobre los obstáculos en la vía, para compensar este efecto se utilizan torres para
ajustar dichas alturas.
4. MICROONDAS TERRESTRES
Un radioenlace terrestre o microondas provee conectividad entre dos sitios
(estaciones terrenas) en línea de vista (Line – of - Sight, LOS) usando equipo de
radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda
emitida puede ser analógica (convencionalmente en FM) o digital.
Para la comunicación de microondas terrestres se deben usar antenas
parabólicas, las cuales deben estar alineadas o tener visión directa entre ellas
5. MICROONDAS SATELITALES
Un satélite actúa como una estación de relevación (relay station) o repetidor. Un
transpondedor recibe la señal de un transmisor, luego la amplifica y la
retransmite hacia la tierra a una frecuencia diferente.
La estación terrena transmisora envía a un solo satélite. El satélite, sin embargo,
envía a cualquiera de las estaciones terrenas receptoras en su área de cobertura
o huella (footprint). La transmisión por satélite ofrece muchas ventajas para una
compañía. Los precios de renta de espacio satelital es más estable que los que
ofrecen las compañías telefónicas. Ya que la transmisión por satélite no es
sensitiva a la distancia. Y además existe un gran ancho de banda disponible.
6. GUÍA DE ONDA (WAVE GUIDE)
Es otro de comunicación también muy usado y es cualquier estructura física que guía una
onda electromagnética. Dependiendo de la frecuencia a utilizar pueden ser construidas con
materiales dieléctricos ó conductores. Básicamente son del tipo Circular, Rectangular y
Elíptica, el cual opera en el rango de las frecuencias comúnmente llamadas como
microondas (en el orden de GHz).
El ancho de banda es extremadamente grande y es usada principalmente cuando se
requiere bajas perdidas en la señal bajo condiciones de muy alta potencia como el caso
desde una antena de microondas al receptor/transmisor de radio frecuencia.
Las aplicaciones típicas de este medio está en las centrales telefónicas para bajar/subir
señales provenientes de antenas de satélite o estaciones terrenas de microondas.
7. VENTAJAS
Sin necesidad de cables.
Múltiples canales disponibles.
Antenas relativamente pequeñas son efectivas.
El ancho de banda, que va de 2 a 24 GHz.
A estas frecuencias las ondas de radio se comportan como ondas de luz, por ello la
señal puede ser enfocada utilizando antenas parabólicas y antenas de embudo,
además pueden ser reflejadas con reflectores pasivos.
Capaz de transmitir gran cantidad de datos
Costos relativamente bajos
8. DESVENTAJAS
Línea de visión se verá afectado si cualquier obstáculo, tales como edificios de nueva
construcción, están en el camino.
Señal de absorción por la atmósfera. Las microondas sufren de atenuación debido a
las condiciones atmosféricas.
Las torres son caras de construir.
Sujeto a las interferencias electromagnéticas y Otros. Las señales de radio de
microondas se ven afectados por la interferencia electromagnética (EMI). EMI es
cualquier alteración que se degrada, obstruye o interrumpe el funcionamiento de las
señales de microondas. Esta es causada por los motores eléctricos, líneas de
transmisión eléctrica, las turbinas eólicas, la televisión / radio y torres de telefonía
celular de transmisión.
9. REPETIDORES
El uso de repetidores amplifican y redireccionan la señal.
ACTIVO: En ellos se recibe la señal en la frecuencia de portadora y se la baja a una
frecuencia intermedia (FI) para amplificarla y retransmitirla en la frecuencia de salida.
PASIVO: Se comportan como espejos que reflejan la señal y se los puede dividir en
pasivos convencionales, que son una pantalla reflectora y los pasivos back-back, que
están constituidos por dos antenas espalda a espalda. Se los utiliza en ciertos casos
para salvar obstáculos aislados y de corta distancia.
10. FRECUENCIAS
2.110 2.130 GHz
1.850 1.990 GHz
2.160 2.180 GHz
2.130 2.150 GHz
3.700 4.200 GHz
2.180 2.200 GHz
5.925 6.425 GHz
2.500 2.690 GHz
10.7 11.700 GHz
6.575 6.875 GHz
12.2 12.700 GHz
Frecuencias muy altas de 3 GHz a 100 GHz.
La siguiente es una lista de frecuencias utilizadas por los sistemas de microondas:
Common Carrier Operational Fixed
11.
12. PLANES DE FRECUENCIA - ANCHO DE BANDA EN UN RADIOENLACE
POR MICROONDAS
En una estación terminal se requieran dos frecuencias por radiocanal.
Frecuencia de emisión
Frecuencia de recepción
Es una estación repetidora que tiene como mínimo una antena por cada dirección, es
absolutamente necesario que las frecuencias de emisión y recepción estén
suficientemente separadas, debido a:
1. La gran diferencia entre los niveles de las señales emitida y recibida, que puede
ser de 60 a 90 dB.
2. La necesidad de evitar los acoples entre ambos sentidos de transmisión.
3. La directividad insuficiente de las antenas sobre todas las ondas métricas.
13. Por consiguiente en ondas métricas (30-300 MHz) y decimétricas (300 Mhz - 3 GHz), conviene utilizar
cuatro frecuencias (plan de 4 frecuencias).
En ondas centimétricas, la directividad es mayor y puede emplearse un plan de 2 frecuencias.
14. ANCHO DE BANDA
Los sistemas de microondas ofrecen un ancho de banda sustancial. Los sistemas
digitales de microondas, con los cuales cuentan la mayoría de sistemas
contemporáneos, se ejecutan usualmente con tasas de señales de 1.544 Mbps y
2.048 Mbps, con muchas operando en tasas de 34 Mbps y 45 Mbps. Los sistemas
digitales emplean técnicas de modulación sofisticadas para incrementar la eficiencia
del espectro, al empaquetar múltiples bits en cada Hertz disponible.
15. TECNICAS DE DIVERSIDAD: ESPACIO, FRECUENCIA Y
POLARIZACION.
Estas técnicas se utilizan para disminuir los efectos de desvanecimientos por
multitrayectoria.
El objetivo de utilizar la técnica de diversidad es aumentar la confiabilidad del
sistema, así como también aumentar su disponibilidad.
16. DIVERSIDAD DE ESPACIO
Se denomina diversidad de espacio a la radio recepción mediante dos o mas antenas
que generalmente se colocan en una misma torre, en ambos extremos del trayecto,
con una separación equivalente a varias longitudes de onda. La información se
envía en una sola frecuencia pero se recibe por dos o mas trayectos distintos.
Las señales recibidas se alimentan a receptores individuales, los cuales suministran
una señal combinada de salida esencialmente constante a pesar del desvanecimiento
que pueda ocurrir durante la propagación. Cabe resaltar que al aplicar este tipo de
técnica, el costo es muy elevado por el numero de equipos instalados.
17. En los sistemas por diversidad de espacio se transmite una misma señal a dos
antenas receptoras instaladas con cierta separación vertical.
El sistema por diversidad de espacio funciona de acuerdo con el principio de que
los dos componentes de una misma señal que corren dos caminos distintos no
tendrán los mismos puntos de interferencia
18. DIVERSIDAD DE FRECUENCIA
En la diversidad por frecuencia, solo consiste en modular dos portadoras de RF
distintas con la misma información de FI (Frecuencias Intermedias), y transmitir.
Ambas señales de RF a un destino dado. En el destino, se demodulan ambas
portadoras y la que produzca la mejor seña de FI (Frecuencias Intermedias) de mejor
calidad, es la que se usa.
19. Cada transmisor opera en un canal de RF diferente y cada receptor opera en un
canal de RF diferente pero idéntico para el correspondiente transmisor en el otro
extremo del enlace.
20. DIVERSIDAD DE POLARIZACIÓN
En este método dos señales procedentes del radiotransmisor se envían
simultáneamente por dos antenas separadas, una con polarización vertical y la otra
horizontal. La diversidad de polarización resulta útil para la transmisión por onda
indirecta en la parte baja del espectro de frecuencias.
21. CONFIABILIDAD
Las normas de seguridad de funcionamiento de los sistemas de microondas han
alcanzado gran rigidez. Por ejemplo, se utiliza un 99.98% de confiabilidad general en
un sistema patrón de 6000 Km. de longitud, lo que equivale a permitir solo un
máximo de 25 segundos de interrupción del año por cada enlace.
La confiabilidad de los enlaces de microondas puede darse según fallas de equipo,
aplicándose cálculos de probabilidad.
22. FALLAS DE PROPAGACIÓN DE ONDAS DE MICROONDAS:
El número de fallas de propagación se basan en las siguientes características:
- Protección del sistema de transmisión mediante diversidad de espacio o frecuencia.
- Margen de 40 dB para contrarrestar el desvanecimiento, presencia de
desvanecimiento de Rayleigh en ambas ramas del sistema de diversidad.
23. INCONVENIENTES QUE PUEDE PRESENTAR LA TRASMISIÓN DE
ONDAS DE MICROONDAS:
- Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces.
- Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que
disponer de energía y acondicionamiento para los equipos y servicios de
conservación. Se han hecho ensayos para utilizar generadores autónomos y baterías
de células solares.
- Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y
desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar
requerida, supone un importante problema en diseño
25. ¿QUÉ ES UN SATÉLITE?
Un satélite actúa básicamente como un repetidor situado en el espacio:
recibe las señales enviadas desde la estación terrestre y las reemite a otro
satélite o de vuelta a los receptores terrestres.
Un satélite es cualquier objeto que orbita alrededor de otro, que se llama
principal. Los satélites artificiales son naves espaciales fabricadas en la
Tierra y enviadas en un vehículo de lanzamiento, un tipo de cohete que
envía una carga útil al espacio exterior. Tras su vida útil, los satélites
artificiales pueden quedar orbitando como basura espacial.
26. En realidad hay dos tipos de satélites de comunicaciones:
Satélites pasivos. Se limitan a reflejar la señal recibida sin llevar a
cabo ninguna otra tarea.
Satélites activos. Amplifican las señales que reciben antes de
reemitirlas hacia la Tierra. Son los más habituales.
27. ÓRBITAS DE SATÉLITES
Los satélites pueden operar con diferentes clases de órbitas terrestres. Las
órbitas más comunes para satélites de medio ambiente son las geoestacionarias
y las polares, pero algunos instrumentos también vuelan en órbitas inclinadas.
29. SATÉLITES LEO
Low Earth Orbit (órbitas bajas). Orbitan la Tierra a una
distancia de 160-2000 km y su velocidad les permite dar
una vuelta al mundo en 90 minutos. Se usan para
proporcionar datos geológicos sobre movimiento de
placas terrestres y para la industria de la telefonía por
satélite.
30. SATÉLITES MEO
Medium Earth Orbit, órbitas medias. Son satélites con
órbitas medianamente cercanas, de unos 10.000 km. Su
uso se destina a comunicaciones de telefonía y televisión,
y a las mediciones de experimentos espaciales.
31. SATÉLITES HEO
Highly Elliptical Orbit, órbitas muy elípticas. Estos satélites
no siguen una órbita circular, sino que su órbita es elíptica.
Esto supone que alcanzan distancias mucho mayores en el
punto más alejado de su órbita. A menudo se utilizan para
cartografiar la superficie de la Tierra, ya que pueden
detectar un gran ángulo de superficie terrestre.
32. SATÉLITES GEO
Tienen una velocidad de traslación igual a la velocidad de
rotación de la Tierra, lo que supone que se encuentren
suspendidos sobre un mismo punto del globo terrestre. Para
que la Tierra y el satélite igualen sus velocidades este último
debe encontrarse a una distancia fija de 35.800 km sobre el
ecuador. Se destinan a emisiones de televisión y de telefonía, a
la transmisión de datos a larga distancia, y a la detección .
33. Proporcionan un panorama de observación muy amplio
permitiendo estudiar eventos meteorológicos. Esto es
especialmente útil para observar tormentas severas y
ciclones tropicales.
35. ANTENAS PARABÓLICAS
Las antenas utilizadas preferentemente en las comunicaciones vía
satélites son las antenas parabólicas.
Tienen forma de parábola y la particularidad de que las señales
que inciden sobre su superficie se reflejan e inciden sobre el foco
de la parábola, donde se encuentra el elemento receptor. Son
antenas parabólicas de foco primario. Es importante que la antena
esté correctamente orientada hacia el satélite, de forma que las
señales lleguen paralelas al eje de la antena.
36. ANTENA OFFSET
Tipo de antena tiene con tamaño más reducido, y obtiene muy
buen rendimiento. La forma parabólica de la superficie reflectante
hace que las señales, al reflejarse, se concentren en un punto
situado por debajo del foco de parábola. Por sus reducidas
dimensiones se suelen utilizar en instalaciones individuales de
recepción de señales de TV y datos vía satélite.
37. ANTENA CASSEGRAIN
Aumenta la eficacia y el rendimiento respecto a las
anteriores al disponer de dos reflectores: el primario o
parábola más grande, donde inciden los haces de señales
es un primer contacto, y un reflector secundario
(subreflector).
39. Las estaciones terrestres cumplen la función primordial de comunicarse con los
satélites que se encuentran orbitando alrededor de la tierra, esto con el fin de
establecer una conexión directa con ellos, con el fin de enviar y recibir información.
Una Estación Terrestre consiste en una serie de equipos interconectados entre si con
una antena o un conjunto de antenas, que puede tener un extremo de entrada y
salida de señales de comunicación en banda base o frecuencia intermedia y otro de
transmisión y recepción de radiación desde y hacia uno o mas satélites.
40. 1.- SUBSISTEMA DE ANTENA
Las antenas utilizadas en estaciones terrenas deben tener ciertas características que
permitan un correcto enlace con el satélite deseado:
- Alta directividad: En la dirección de la posición nominal del satélite.
- Baja directividad: En el resto de las direcciones, en especial en las cercanas al satélite.
- Ganancia y eficiencia de la antena lo mas grandes posibles para las frecuencias tanto
de bajada como de subida
- Aislamiento entre señales con polarizaciones ortogonales
- La menor temperatura de ruido posible por la antena
- Limitación, lo mas posible de efectos provocados por condiciones meteorológicas
locales
- Apuntamiento continuo en dirección al satélite con la precisión requerida.
41. 2.- SUBSISTEMA DE RADIOFRECUENCIA
El subsistema de radiofrecuencias es aquel encargado de
transmitir y/o recibir las frecuencias previamente procesadas,
debido a que la estación puede ser capaz de transmitir como
recibir frecuencias debe de estar preparadas para realizar ambas
funciones, para esto hace uso de un dispositivo llamado Duplexor.
Un Duplexor se encarga de canalizar las señales de transmisión
desde el transmisor hacia la antena, y las señales de recepción
hacia el sistema receptor.
El Subsistema de Radiofrecuencia se divide en 2 segmentos:
La parte de Transmisión: Incluye el amplificador de Potencia y el
Combinador
La parte de recepción: Compuesta por el amplificador de bajo
Ruido y el Divisor
42. 3.- SUBSISTEMA DE COMUNICACIONES
Es el encargado de convertir la frecuencia, aumentándola para la
transmisión o disminuyéndola para la recepción, modular,
demodular y realizar un procesamiento de señales analógica y
digitalmente.
En transmisión, el subsistema de comunicaciones se encarga de
convertir las señales de banda base a señales de radiofrecuencia. Sus
funciones son:
- Modulación de portadoras a frecuencia intermedia
- Filtrado y ecualización de señales en frecuencia intermedia
- Conversión de Portadoras moduladas a radiofrecuencias
- En señales digitales se agrupan los bits con TDMA.
43. 4.- SUBSISTEMA DE INTERFACE TERRESTRE
Las señales de banda base que entran a los moduladores de la
estación terrestre están divididas por canales, estos canales se originan
a partir del multiplexor que se encuentra en el subsistema de enlace
terrestre. Este dispositivo se encarga de recibir la señal proveniente de
la red terrestre y acomodarlo en distintos canales.
Por le contrario, el demultiplexor se encarga de juntar las señales de
todos los canales provenientes del receptor para enviarlos por un solo
medio haca las redes terrestres. Por este motivo los dos dispositivos se
muestran como un solo bloque
Estas interfaces son requeridas cuando el origen o destino de las
señales entrantes a la central no tienen como destino final la propia
estación: esto es cuando son utilizadas como punto de enlace para
otras redes.
44. INFRAESTRUCTURA GENERAL Y SISTEMA DE ENERGÍA
La infraestructura de una estación puede incluir los edificios en los que se albergan
los equipos, los equipos de apoyo para la operación de las estaciones terrestres.
Dependiendo de las capacidades y servicios pueden ser tan importantes como en
una estación e transmisión y recepción de alto trafico, o tan insignificante como los
sistemas de recepción de televisión en usuarios finales. Esto puede incluir antenas
adicionales y sistemas de monitoreo y supervisión.
Los sistemas de energía deben tener capacidades de hasta kVA, se encargan de
garantizar suministro ininterrumpido de energía incluso en momentos de cargas
criticas. Generadores de emergencia con arranque rápido para soportar las cargas
criticas y esenciales. Además de bancos de baterías tanto para el sistema
interrumpible como para los dispositivos que sean alimentados con corriente
continua.
46. A lo largo de la historia, el hombre ha diseñado estrategias de
posicionamiento global de objetos y personas, con el fin de conocer su
posición como un punto representado sobre la cartografía de la superficie
terrestre. En la antigüedad la mayoría de estas siempre han sido con
aproximaciones en mapas y cálculos matemáticos, o predicciones de
trayectoria con instrumentos como la brújula, el sextante o el astrolabio.
47. GNSS
Hoy en día existen algunas estrategias digitales para posicionarnos sobre el mundo, una de ellas es la de
definir la ubicación de un objeto o persona mediante el uso de satélites designados para publicar su
posición geoestacionaria a estaciones terrestres. A estos sistemas se les conocen como Sistema Global
de Navegación por Satélite (GNSS). Estos calculan la posición de un objeto triangulando las señales
mediante cálculos, en base a la información recibida de los satélites en tiempo real.
48. SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL (GPS)
Creado por EUA en los años 70’s después de la combinación de los programas e la Armada y la Fuera
Aérea Estadounidenses bautizado como NAVSTAR GPS, desarrollada durante los años 70’s y 80’s y
autorizada para uso civil en 1995.
Dispone de 24 satélites en 6 orbitas con las cuales cubren todo el mundo a 20200 km de altura Estos
transmiten la hora, su ubicación precisa y in informe de estado. Todo esto codificado en una frecuencia
Pseudoaleatoria. (PRN), con esta, se puede identificar que satélite transmite la información.
De características principalmente militares y comerciales, además de uso civil
49. SISTEMA GLOBAL DE NAVEGACIÓN POR SATÉLITE RUSO (GLONASS)
Homólogo del GPS Estadounidense, consta de 31 satélites orbitando en 3 planos orbitales de 8 satélites
cada uno. El proyecto inicio en 1982 con el lanzamiento del primer satélite y la constelación se declaro
totalmente funcional en 1996. La constelación orbita a 19100 km de altura. Dirigido por ROSCOSMOS. Es
usado como sistema auxiliar al sistema GPS.
De características principalmente militares y comerciales, además de uso civil
50. GALILEO
Desarrollado por la Unión Europea y apoyo de China durante el inicio del proyecto, primer sistema de
posicionamiento netamente civil . Presentado en 2003, y puesto en marcha en 2016 con media
constelación, la cual se prevé sea concluida para el año 2020. la constelación GALILEO supone 30
satélites orbitando en 3 planos inclinados a 23222 km de altura. Mejorando radicalmente su exactitud en
los polos, donde GPS o GLONASS presentan baja precisión.
51. COMPASS (BEIDOU II O BDS)
Desarrollado por la Republica Popular China, sucesor de BeiDou 1 (Sistema de posicionamiento
exclusivo para la zona oriental). Actualmente operativo pero en construcción se encontrará operativo
para el año 2020. A diferencia de todos los anteriores contará con satélites en diferentes orbitas,
abarcando desde los 21000 hasta 38000 km de altura, contando con una constelación de 35 satélites
distribuidos de la siguiente manera:
- 5 Satélites GEO
- 27 Satélites MEO
- 3 Satélites IGSO
52. Navegación Aérea y Marítima
Hoy en día el trafico aéreo es tal, que se requiere tener monitoreado a detalle todos y cada
uno de los aparatos que se encuentren en el espacio aéreo mundial, con el fin de optimizar el
espacio, las rutas y, en caso de un accidente, poder conocer la ultima ubicación del aparato
justo antes de establecer contacto. De igual manera los buques en altamar pueden ser
rastreados.
53. APLICACIONES DE LOS GNSS
Militares
El uso primordial que tuvieron los GNSS fue el militar, orientado a dirigir de manera
efectiva armamento teledirigido como misiles o drones a un objetivo preciso, con el fin
de hacer el mayor daño posible al blanco, y reduciendo daños no deseados. Además de
dirigir y ubicar con exactitud tropas tanto amigas como enemigas.
54.
55. Comercial y Civil
Hoy en día el uso de tecnologías GNSS ha sido tal, que
todos podemos hacer uso de ella de manera tan fácil
como abrir Google Maps u otra aplicación que nos ubique
dentro del plano cartesiano mundial.
Dentro de la industria se ha dado varios usos a las GNSS
por ejemplo UBER, utiliza los datos de GPS para conocer la
ubicación de sus vehículos y clientes, y ayudado con la
información cartográfica puede planear rutas. Los servicios
de logística también usan las GNSS para ubicar sus
unidades y trazar rutas de manera eficaz.
56. USOS CON FINES CIENTÍFICOS Y SALVAMENTO
Geomántica: Este uso radica en colocar posicionadores gps en puntos
específicos del mundo, y se toman lectura de los cambios de posición que
presenten estos dispositivos a lo largo del tiempo debido a los eventos
geológicos.
SAS: Los servicios de búsqueda y salvamento (SAS) son aquellas
implementaciones que realizan los gobiernos para reacción en caso de algún
accidente o desastre natural, en esta área se pueden acordonar, medir áreas
afectadas, y conociendo las coordenadas puede pedirse a los sistemas de
imagenología satelital fotografiar las zonas afectadas para determinar
dimensiones de los desastres. Otro ejemplo es la Alerta Sísmica de CDMX.
Tambien las llamadas a servicios de Emergencia pueden ubicar al llamante con
GPS
Biología: Ayudan a comprender los patrones de migración de especies en
observación. Por medio de la instalación de rastreadores en especímenes.