Introducción Modelo de un enlace satelital Parámetros del Sistema Satelital Ecuaciones del enlace satelital Otras consideraciones importantes relativas al cálculo de enlaces satelitales Formas de acceso al satélite Cálculo de un enlace satelital

1. Metodología para el Diseño de
Enlaces Satelitales
Francisco A. Sandoval
fralbe.com

2. AGENDA
 Introducción
 Modelo de un enlace satelital
 Parámetros del Sistema Satelital
 Ecuaciones del enlace satelital
 Otras consideraciones importantes relativas al cálculo de
enlaces satelitales
 Formas de acceso al satélite
 Cálculo de un enlace satelital
fralbe.com

3. Introducción
 El uso y masificación de las comunicaciones satelitales
necesita que se tenga un cierto grado de entendimiento
de los fenómenos, parámetros y características que
describen y modelan dichos enlaces a través del
desarrollo de cálculos teóricos más precisos que puedan
sustentar los efectos de la propagación de las ondas de
radio en las bandas usadas para este tipo de
telecomunicación de microondas.
fralbe.com

4. Modelo de un enlace satelital
fralbe.com

5. Modelo Ascendente
Modulador
(FM, PSK o
QAM)
BPF Mezclador
Generador
MW 6 o 14
GHz
BPF HPA
BandabaseenFDMo
PCMpTDM
IF RF
RF
Al transponder
del satélite
Conversor ascendente
Modelo de subida del satélite
HPA = Amplificador de alta potencia
Convierte las
señales de banda
base de entrada a
su FI modulada en
FM, en PSK o QAM
Convierte IF a
frecuencia de
portadora de
RF apropiada
Proporciona una
sensibilidad de
entrada adecuada
y potencia de
salida para
propagar la señal
al transpoder del
Satélite
fralbe.com

6. Transponder del satélite
BPF
Amplificador
de bajo ruido
LNA
Mezclador
Oscilador de
desplazamiento
MW de 2GHz
BPF
Amplificador
de baja
potencia
TWT
RF RF
RF
A la estación
terrena 4 o 12
GHz
Translador de frecuencia
Transponder del satélite
De la estación
terrena 6 o 14
GHz
BPF = dispositivo para limitar la banda de entrada
Repetidor de RF a RF
Limita el ruido
total aplicado a la
entrada del LNA
Convierte la frecuencia de subida de banda
alta a una frecuencia de bajada de banda baja
Amplifica la señal de RF
para su transmisión por
medio de la bajada a los
receptores de la estación
terrena
fralbe.com

7. Modelo Descendente
Modelo de bajada del satélite
BPF
Amplificador
de bajo ruido
LNA
Mezclador
Generador
MW 4 o 12
GHz
BPF
Demodula
dor (FM,
PSK o
QAM)
RF IF
RF
BandabaseenFDM
oPCMoTDM
Conversor descendente
Del transponder
del satélite
Limita la potencia
del ruido de
entrada al LNA
Dispositivo
altamente
sensible, con
poco ruido
Combinación de filtro mezclador/pasa-bandas
que convierte la señal de RF recibida a una
frecuencia de IF
fralbe.com

8. Parámetros del Sistema Satelital
fralbe.com

9. Potencia Radiada Isotrópica Efectiva (PIRE)
Potencia de transmisión equivalente,
PIRE(𝑑𝐵𝑊) = 𝑃𝑟(𝑑𝐵𝑊)
+ 𝐺𝑡(𝑑𝐵)
 𝑃𝑟 = potencia total radiada de una antena
 𝐺𝑡 = ganancia de la antena transmisora
 𝑃𝑡 = potencia de salida real del transmisor (dBW)
 𝐿 𝑏𝑜 = pérdidas por respaldo de HPA (dB)
 𝐿 𝑏𝑓 = ramificación total y perdida de alimentador (dB)
𝑃𝑟 = 𝑃𝑡 − 𝐿 𝑏𝑜 − 𝐿 𝑏𝑓
fralbe.com

10. Temperatura equivalente de ruido (𝑇𝑒) - I
 Valor hipotético, puede calcularse perno medirse.
𝑇 =
𝑁
𝐾𝐵
 𝑁 = potencia total de ruido (watts)
 𝐾 = constante de Boltzman (1.38 × 10−23
J/°K)
 𝐵 = ancho de banda (Hz)
 𝑇 = temperatura ambiente (°K)
fralbe.com

11. Temperatura equivalente de ruido (𝑇𝑒) - II
 El factor de ruido (adimensional) se expresa como,
𝑁𝐹 = 1 +
𝑇𝑒
𝑇
 Entonces, la temperatura equivalente de ruido (°K) es,
𝑇𝑒 = 𝑇 𝑁𝐹 − 1
fralbe.com

12. Densidad de Ruido
 Es la potencia de ruido total normalizada a un ancho de
banda de 1Hz.
𝑁0 =
𝑁
𝐵
= 𝐾𝑇𝑒
 𝑁0 = densidad de potencia de ruido (W/Hz)
fralbe.com

13. Relación de potencia de portadora a
densidad de ruido (𝐶/𝑁0)
𝐶
𝑁0
=
𝐶
𝐾𝑇𝑒
 𝐶 = potencia de la portadora de banda ancha
fralbe.com

14. Relación de la desidad de energía de bit a
densidad de ruido (𝐸 𝑏/𝑁0)
 Uno de los parámetros más importantes y más utilizados
en comunicaciones satelitales cuando se evalúa un sistema
de radio digital.
 Manera conveniente de comparar los sistemas digitales
que utilizan diferente tasa de transmisión, diferentes
esquemas de modulación o diferentes técnicas de
codificación.
𝐸 𝑏
𝑁0
=
𝐶
𝑓𝑏
𝑁
𝐵
=
𝐶𝐵
𝑁𝑓𝑏
fralbe.com

15. Relación de ganancia a temperatura
equivalente de ruido (𝐺/𝑇𝑒)
 Usada para representar la calidad de un satélite en un
receptor de una estación terrena.
 𝐺/𝑇𝑒 es una relación de la ganancia de la antena
receptora más la ganancia del LNA, a la temperatura de
ruido equivalente.
𝐺
𝑇𝑒
=
𝐺𝑟 + 𝐺 𝐿𝑁𝐴
𝑇𝑒
fralbe.com

16. Pérdidas por espacio libre (PEL o 𝐿0)
PEL = 𝐿0 =
4𝜋𝐷
𝜆
2
fralbe.com

17. Ecuaciones del enlace satelital
fralbe.com

18. Ecuación del enlace ascendente
𝐶
𝑁0
=
𝐺𝑡 𝑃𝑟 𝐿0 𝐿 𝑢 𝐺𝑟
𝐾𝑇𝑒
=
𝐺𝑡 𝑃𝑟 𝐿0 𝐿 𝑢
𝐾
∗
𝐺
𝑇𝑒
 𝐿0 = pérdidas por espacio libre
 𝐿 𝑢 = pérdidas atmosféricas de subida adicionales
 𝐺/𝑇𝑒 = ganancia de la antena receptora del transponder más la
ganancia del LNA dividida por la temperatura de ruido
equivalente de entrada.
 Las señales de subida y de bajada deben pasar por la atmósfera
de la tierra, donde son absorbidas parcialmente por la
humedad, oxígeno y partículas en el aire.
fralbe.com

19. Ecuación del enlace ascendente
 En logaritmo es,
𝐶
𝑁0
= 10 log 𝐺𝑡 𝑃𝑟 − 20 log
4𝜋𝐷
𝜆
+ 10 log
𝐺
𝑇𝑒
− 10 log 𝐿 𝑢 − 10 log 𝐾
PIRE de la
estación
terrena
Pérdidas
por espacio
libre
Relación de
ganancia a
temperatura
equivalente de
ruido del satélite
Pérdidas
atmosféricas
adicionales
Constante de
Bolzman
fralbe.com

20. Ecuación del Enlace Descendente
𝐶
𝑁0
=
𝐺𝑡 𝑃𝑟 𝐿0 𝐿 𝑑 𝐺𝑟
𝐾𝑇𝑒
=
𝐺𝑡 𝑃𝑟 𝐿0 𝐿 𝑑
𝐾
∗
𝐺
𝑇𝑒
 𝐿 𝑑 = pérdidas atmosféricas de bajada adicionales.
 En logaritmo es:
𝐶
𝑁0
= 10 log 𝐺𝑡 𝑃𝑟 − 20 log
4𝜋𝐷
𝜆
+ 10 log
𝐺
𝑇𝑒
− 10 log 𝐿 𝑑 − 10 log(𝐾)
PIRE del
satélite
Pérdidas
atmosféricas
adicionales
fralbe.com

21. Otras consideraciones
importantes
fralbe.com

22. Potencia por unidad de superficie o nivel de iluminación a
una distancia 𝑑 del punto de transmisión 𝑊
𝑊 =
𝑃𝑡
4𝜋𝑑2
watts/m2
 Si la antena tiene ganancia,
𝑊 =
𝑃𝑡 𝐺𝑡
4𝜋𝑑2 watts/m2
 Como PIRE = 𝑃𝑡 𝐺𝑡,
𝑊2
𝑑𝐵𝑤/𝑚 = PIRE 𝑑𝐵𝑊 − 20 log 𝑑 𝐾𝑚 − 71
fralbe.com

23. Potencia por unidad de superficie o nivel de iluminación a
una distancia 𝑑 del punto de transmisión 𝑊
 Una antena receptora «recoge» la señal y la cantidad de señal
«recogida» depende del tamaño (área efectiva) de la antena. La
potencia estará dada por
𝑃𝑟 = 𝑊 ∗ 𝐴 𝑒 [watts]
 donde,
𝐴 𝑒 =
𝜆2
4𝜋
𝐺𝑟
 de manera que,
𝑃𝑟 𝑑𝐵𝑤 = PIRE 𝑑𝐵𝑊 − 𝐿0 𝑑𝐵
− 𝐺𝑟 𝑑𝐵
 𝐺𝑟 = ganancia de una antena de 1𝑚2 con una eficiencia de 100%
 𝑃𝑟 = será el nivel de iluminación por unidad de superficie en
(𝑑𝐵𝑤/𝑚2
) y por lo tanto el nivel de iluminación puede expresarse
también como,
𝑊𝑑𝐵𝑤/𝑚
2
= PIRE 𝑑𝐵𝑊 − 𝐿0 𝑑𝐵
− 𝐺1𝑚 𝑑𝐵
2
fralbe.com

24. Factores de ajuste debidos a la ubicación
geográfica
 El diagrama de radiación de las antenas de los satélites
tiene una haz de borde definido, al cual se refieren los
valores de PIRE, 𝐺/𝑇 y la densidad de flujo.
 En el análisis del enlace se pueden aplicar factores de
ajuste para tener en cuenta la ubicación de una estación
terrena dentro del haz del satélite, factores Beta (𝛽) o
corrección del ángulo de mira o ventana del diagrama de
radiación, se aplica a todos los satélites.
fralbe.com

25. Factores de ajuste debidos a la ubicación
geográfica
 factor 𝛽: diferencia entre la ganancia en el borde del haz
del satélite y la ganancia en dirección de una estación
terrena.
 Se debe tener en cuenta los factores 𝛽 del enlace
ascendente (𝛽 𝑢), como del enlace descendente (𝛽 𝑑)
fralbe.com

26. Punto de funcionamiento del transponder
 Dado que el amplificador de potencia de salida del
transponder no es un dispositivo lineal debe funcionar
por debajo del punto de saturación a fin de evitar las
distorsiones no lineales.
 La reducción de la potencia de entrada (IBO) se define
como la relación entre la densidad del flujo de saturación
y la densidad del flujo de operación de una portadora y la
reducción de la potencia de salida (OBO) se define como,
OBO 𝑑𝐵 = IBO 𝑑𝐵 − 𝑋 𝑑𝐵
 𝑋 = relación de la ganancia de compresión entre la
reducción de la potencia de entrada y de salida
fralbe.com

27. Densidad de flujo de potencia del satélite en
la superficie terrestre
 Las posibilidades de interferencia provenientes del satélite
transmisor se limitan reduciendo en la superficie
terrestre la densidad de flujo de potencia máxima
producida por un satélite., dichos límites varían en función
del ángulo de llegada.
 …
fralbe.com

28. Características de rendimiento (BER)
 La probabilidad de error (BER), para la cual se diseña el
enlace, es el parámetro que indica la calidad del enlace y
por ende el grado de disponibilidad que pueda tener.
 Su valor se obtiene según la recomendación IESS-308.fralbe.com

29. Formas de Acceso al satélite
fralbe.com

30. Formas de acceso al satélite
 FDMA
 TDMA
 CDMA
fralbe.com

31. Cálculo de un enlace satelital
fralbe.com

32. fralbe.com

33. Referencias
fralbe.com

34. Referencias
 Hernández Cesar, Corredor Oscar, Pedraza Luis,
Metodología para el diseño de enlaces satelitales,
Revista Tecnura,Volumen 14, Número 26, páginas 102, 117,
Enero-Junio 2010.fralbe.com

35. Esta obra esta bajo licencia Creative Commons
de Reconocimiento, No Comercial y Sin Obras
Derivadas, Ecuador 3.0
www.creativecommons.org
www.fralbe.com
fralbe.com