Software para el análisis y cálculo de enlaces

1. SOFTWARE PARA EL
ANÁLISIS Y CÁLCULO DE
ENLACES SATELITALES
UTILIZANDO MATLAB®
Eder Fernando Bolaño Rocha Asesor: Alberto Serrano A
Ingeniería de telecomunicaciones-Unidades tecnológicas de Santander

2. PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA
COMUNICACIÓN POR SATÉLITES
La comunicación por satélite permite ofrecer servicios en
grandes áreas, o donde no hay LOS entre dos estaciones.

3. SERVICIOS POR SATÉLITE
Televisión, internet, servicios militares,
investigación, GPS y otros.

4. ESTACIÓN TERRENA
Una estación terrena se compone
básicamente de cuatro etapas:
• Modulador de frecuencia
intermedia IF.
• Convertidor a radiofrecuencias RF.
• Amplificador de alta potencia
HPA.
• Antena.
Es el punto de acceso de los
usuarios al servicio, es clave
para la distribución de
servicios.

5. SATÉLITES
Un satélite en general puede contar con 4 módulos que hacen necesarios para su estancia
en la órbita y para cumplir su función destinada, los módulos son el de energía,
comunicación, navegación y estructural

6. GEOMETRÍA DE ENLACE
Se calcula la distancia y los ángulos de acimut y
elevación.

7. MODELO DE PÉRDIDAS
El balance de las pérdidas incluyen las de espacio libre, desapuntamiento,
conectores, por gases atmosféricos, lluvia, efectos ionosféricos, polarización, etc.

8. POTENCIA ISOTRÓPICA RADIADA
EQUIVALENTE (PIRE)
La potencia suministrada para la transmisión se denomina
potencia isotrópica radiada equivalente o PIRE, es la relación de
potencias, ganancias y pérdidas en los elementos de transmisión
de la estación terrena o el satélite.

9. FIGURA DE MÉRITO
Es un factor de calidad de
las ganancias en el
sistema y las pérdidas del
mismo, de manera que
las pérdidas son
asociadas al ruido que
pueden inducir a la señal,
refleja la capacidad para
conseguir un alto valor de
la relación señal a
densidad espectral de
potencia.

10. Relación portadora a
densidad de potencia
Se considera como la relación de potencia de la portadora y la densidad
de ruido para un ancho de banda de 1 Hz, es el parámetro más
importante de un enlace ya que permite realizar ajustes de la potencia y
los elementos utilizados en la estación terrena para la transmisión y
recepción.

11. RESULTADOS POR
OBJETIVOS

12. OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un software para analizar el comportamiento de
enlaces satelitales a través de una interfaz gráfica en
Matlab® que permita los cálculos de presupuesto (potencia
de recepción) de un enlace satelital, de manera que pueda
ser utilizada como una herramienta didáctica en el
aprendizaje de las comunicaciones satelitales.
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RESULTADOS

13. CARACTERÍSTICAS GENERALES
• 25 archivos de GUI de MATLAB .fig
• 35 archivos de código MATLAB .m
• Más de 8000 líneas de código
• Manejo de variables globales.
• Fuente de datos reales (Google Maps, SatBeam, UIT,
fabricantes…)

14. MÓDULOS
Facilidad y usabilidad para el
usuario.

15. GRÁFICOS E IMÁGENES
Permiten un mejor acercamiento al modelamiento
teórico.

16. GRÁFICAS DE DATOS
Atenuación por absorción atmosférica, perdidas
de espacio libre y más

17. MANEJO DE VARIAS INTERFACES
DE USUARIO
Permite ejecutar varios cálculos al mismo tiempo y traerlas
a la interfaz principal con el manejo de variables globales.

18. IMPRESIÓN DE INFORMES
Utiliza el bloc de notas para generar un documento final del
enlace

19. HERRAMIENTAS Y AYUDAS
Función de interpolación, ecuación de Friis,
documentación web y pdf.

20. FÁCIL INSTALACIÓN
Utiliza el MCR (Matlab Compile Runtime) y una
instalador compilado con INTALLSHIELD

21. OBJETIVO ESPECIFICO
Consultar diferentes fuentes bibliográficas para
referenciar la teoría de enlace satelitales.
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RESULTADOS

22. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• CARDAMA A. ANTENAS. Universidad Politécnica de Cataluña. Ediciones UPC
2002.
• FREEMAN, R.L. Reference Manual For Telecommunications Engineering. John
Wiley & Sons, Inc. second edition.
• GERARD MARAL AND MICHEL BOUSQUET. Satellite Communication Systems.
5th edition, John Wiley. 2002
• HOLLY MOORE. MATLAB PARA INGENIEROS. Primera edición. Pearson
Education. 2001.
• INTERNATIONAL TELECOMMUNICATIONS UNION. Handbook on satellite
communications. Third edition. 2002.
• NERI VELA R. COMUNICACIONES POR SATELITE. Thompson editores. 2003.
• RAPPAPORT, T.S. Wireless communications principles and practice. Prentice
Hall, Inc. first edition.
• RODDY DENNIS. Satellite Comunication. McGraw Hill. Third edition. 2001
• TRI T. HA, MACMILLAN. Digital satellite communications. McGraw-Hill.

23. OBJETIVO ESPECIFICO
Realizar el análisis matemático del presupuesto de
los enlaces satelitales teniendo en cuenta las
principales condiciones que afectan a un sistema de
comunicaciones por satélite.
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RESULTADOS

24. EJEMPLO ENLACE DE SUBIDA
DATOS DEL SISTEMA DE SUBIDA
Potencia de HPA 400w
Pérdidas de conectores en ET 1 dB
Ganancia máxima de antena ET 45 dBi
Back-off de HPA 3 dB
Pérdidas por lluvia 6 dB
Ángulo de elevación ET 62.3°
Distancia al satélite 36414 Km
Ganancia máxima de antena de satélite 30 dBi
Pérdidas por desapuntamiento 0.2 dB
Pérdidas de conectores en satélite 1 dB
Temperatura de LNA 500K

25. EJEMPLO ENLACE DE SUBIDA
VARIABLES RESULTADOS DEL AUTOR RESULTADOS DEL SOFTWARE
Pérdidas de espacio libre 206.6 dB 206.588 dB
Pérdidas por atmosféricas 0.08 dB 0.0772393 dB
Total de pérdidas 212.7 dB 212.665 dB
PIRE 67 dBW 67.0206 dBW
G/T de satélite -0.176 dB/K -0.17621 dB/K
Temperatura del sistema 790 K 790 k
C/No de subida 82.7 dBHz 82.7803 dBHz

26. EJEMPLO DE ENLACE DE BAJADA
DATOS DEL SISTEMA DE BAJADA
Potencia de HPA sat 20w
Pérdidas de conectores en sat 1 dB
Ganancia máxima de antena sat 28 dBi
Back-off de HPA sat 6 dB
Pérdidas por lluvia 0 dB
Ángulo de elevación ET 50.4°
Distancia al satélite 37051 Km
Ganancia máxima de antena ET 48 dBi
Temperatura de la antena ET 30 K
Pérdidas por desapuntamiento 0.2 dB
Pérdidas de conectores ET 1 dB
Temperatura de LNA ET 100K

27. EJEMPLO DE ENLACE DE BAJADA
VARIABLES RESULTADOS DEL AUTOR RESULTADOS DEL SOFTWARE
Pérdidas de espacio libre 205.4 dB 205.4 dB
Pérdidas por atmosféricas 0.0778 dB 0.0725835 dB
Total de pérdidas 205.5 dB 205.473 dB
PIRE 34 dBW 34.0103 dBW
G/T de satélite 24.16 dB/K 24.1572 dB/K
Temperatura del sistema 23.639 K 22.6428 K
C/No de subida 81.3 dBHz 81.2949 dBHz

28. ENLACE TOTAL
COMPARACIÓN DE LA RELACIÓN PORTADORA A DENSIDAD DE RUIDO
SOFTWARE AUTOR
76.4407 dBHz 76.42 dBHz

29. OBJETIVO ESPECIFICO
Diseñar un software en Matlab® con interfaz gráfica que
permita el análisis de condiciones que intervienen en un
enlace satelital. Teniendo en cuenta aspectos generales
como la polarización y ganancias de las antenas, para el
apoyo de los estudiantes en la preparación académica del
programa.
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RESULTADOS

30. DIAGRAMA GENERAL
9 menús principales y alrededor de 20 sub-menús

31. ENTRADA DE DATOS
Los datos pueden ser ingresados por el usuario u
obtenidos de bases de datos

32. OBJETIVO ESPECIFICO
Implementar la aplicación para que permita tener en
cuenta parámetros como lluvia, ubicación, gases
atmosféricos a través de mapas y curvas de datos.
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RESULTADOS

33. API DE GOOGLE MAPS
Permite ubicar las coordenadas en los mapas de
Google Maps.

34. RECOMENDACIÓN DE LA UIT-R P.838-3
Calcula las pérdidas de lluvia según la recomendación
UIT-R P.838-3 y Recomendación UIT-R P.837-6

35. Recomendación UIT-R P.676-8
El modelo
considera pérdidas
en relación de la
frecuencia y el
ángulo de
elevación, con
factores
atmosféricos como
el oxigeno, dióxido
de carbono y el
vapor de agua.

36. OBJETIVO ESPECIFICO
Desarrollar un contenido académico para el apoyo de la
asignatura de comunicaciones avanzadas del programa de
ingeniería en telecomunicaciones de las Unidades
Tecnológicas de Santander.
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RESULTADOS

37. Archivo web de recursos sobre comunicaciones por
satélites.

38. CONCLUSIONES

39. CONCLUSIONES
• El software SAT-UTS incluye diversas ventanas
desarrolladas en lenguaje m, con una interfaz gráfica de
usuario con imágenes que ilustran el cálculo de cada
parámetro del enlace satelital facilitando la asimilación de
la teoría y la práctica, para el usuario esta herramienta
supone una gran ayuda en los márgenes de errores que se
puedan presentar al incluir una metodología que evita la
confusión al ingresarlos datos.

40. CONCLUSIONES
• La herramienta cuenta con adquisición de datos con el uso
de curvas de datos, mapas y otras referencias de
información para los enlaces satelitales. Aunque el
software fue desarrollado para la región de Colombia
puede ser implementado a cualquier región del planeta
cambiando la información de las bases de datos incluidas
como son las poblaciones y la lista de satélites con huella
en la región de América.

41. CONCLUSIONES
• Al tener la facilidad de modificar el código de cada módulo
del programa se podrán añadir nuevas funcionalidades lo
que permite a su vez un reto para los estudiantes que usen
el software ya que facilita las operaciones matemáticas
pero plantean nuevos desafíos para resolver otras
inquietudes de diseño en enlaces de satélites en
trayectoria de subida o bajada.

42. CONCLUSIONES
• Al tener la facilidad de modificar el código de cada módulo
del programa se podrán añadir nuevas funcionalidades lo
que permite a su vez un reto para los estudiantes que usen
el software ya que facilita las operaciones matemáticas
pero plantean nuevos desafíos para resolver otras
inquietudes de diseño en enlaces de satélites en
trayectoria de subida o bajada.

43. CONCLUSIONES
• El SAT-UTS puede considerarse en alrededor de un
90% como un código realizado por el autor e incluso
las imágenes utilizadas fueron diseñadas con
herramientas como Corel Draw. Tanto como otros
códigos e imágenes tienen sus respectivos derechos
de autor y fueron usados bajo las condiciones de sus
licencias respectivas.

44. CONCLUSIONES
• El uso de esta aplicación ayudará a los estudiantes a
comprender los conceptos de los enlaces satelitales
en ambos trayectos y permitirá tener una
herramienta para su uso fuera y dentro de las aulas
de clases.

45. ¿PREGUNTAS?