Estaciones terrenas

Estaciones Terrenas
Francisco A. Sandoval
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Estación Terrena
 Algunas ETs sólo tienen capacidad de Tx o Rx.
 Al conjunto de estaciones terrenas que se comunican
entre sí o controlan las comunicaciones a través de un
determinado satélite se le denomina SegmentoTerreno del
sistema satelital en que operan
Definición:
Equipo de telecomunicaciones que puede tener un extremo de entrada y
salida de señales en banda de base o en frecuencia intermedia, y otro de
transmisión y recepción de señales a radiofrecuencia a través del espacio
hacia y desde uno o más satélites.fralbe.com

Tipos de Estaciones
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Partes de la Estación
Estación
Terrena
Sistema de Antena
Transmisores y Receptores
Moduladores y Demoduladores
Procesadores en banda base
Interfaces con redes terrenales
Sistema de Energía e infraestructura general
Sistema de supervisión, control y comunicación del servicio
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Estación Terrena - Diagrama
Diagrama funcional de una estación terrena de alta capacidad
Alimentadores Duplexor
Amplificador de
bajo ruido
Divisor
Combinador
derf
Amplificador
de Potencia
Convertidor
elevador
Convertidor
reductor
Control de antena y
servo mecanismo
Receptor de
seguimiento
Generación de
frecuencias
Módems
Procesadoresenbandadebase
Interfazconlaredterrenal
Supervisión y
mando
Energía
𝑓2
𝑓2𝑓1 𝑓𝑛
𝑓1
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• Alimentador primario, reflector, arreglo de duplexor para la conexión de
receptores y transmisores a la misma antena, y arreglo separado de
alimentadores, controles y mecanismos para el seguimiento automático.
Sistema de Antena:
• Tx, amplificadores de potencia y convertidores elevadores. Rx, uno o más
amplificadores de bajo ruido, y convertidores reductores o de bajada.
Los transmisores y receptores:
• Conversión de banda base a frecuencia intermedia y el proceso inverso.
Los moduladores y demoduladores:
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• Estaciones grandes, multiplexar y desmultiplexar.
• Estaciones pequeñas, funciones adicionales como
conversión análogo-digital y viceversa, y la codificación
y decodificación de canal.
Procesadores en banda de base:
• Permite comunicar su extremo de frecuencias bajas
con diversos puntos de origen y destino de las señales.
Interfaces con redes terrenales:
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• Realiza funciones de apoyo.
• La infraestructura general comprende los edificios y obras
exteriores, estructuras de soporte mecánico, e instalaciones
de apoyo como los equipos de climatización.
Sistema de energía y la
infraestructura general:
• Incluyen alarmas visuales y audibles, controles para
conmutar equipos y dispositivos que son independientes de
la conmutación automática de los de reserva, y controles
generales de los subsistemas.
Sistema de supervisión, control y
comunicación del servicio:
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Sistema de Antena
 De gran importancia para el diseño de una estación
grande o mediana en capacidad y complejidad debido a
que no puede modificarse y es muy costosa su
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Sistema de Antena – Parámetros
• Ganancia de potencia en la dirección de máxima radiación.
Ganancia y Eficiencia
• Relación entre la intensidad de radiación de una antena en la dirección
del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que
radia con la misma potencia total
Directividad
• Margen de frecuencias en el cual los parámetros de la antena cumplen
unas determinadas características.
Ancho de Banda
Temperatura de ruido
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Tipos de Antenas Parabólicas
• La superficie de la antena es
un paraboloide de revolución, todas
las ondas inciden paralelamente al eje
principal se reflejan y van a parar al
Foco.
• El Foco está centrado en el
paraboloide.
• Tiene un rendimiento máximo del
60% aproximadamente, es decir, de
toda la energía que llega a la
superficie de la antena, el 60% llega al
foco y se aprovecha, el resto no llega
al foco y se pierde,
• Se suelen ver de tamaño grande,
aproximadamente de 1,5 m de
diámetro.
Foco primario:
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• Es similar a la de Foco Primario,
sólo que tiene dos reflectores;
• El reflector mayor apunta al
lugar de recepción, y las ondas
al chocar, se reflejan y van al
foco donde está el reflector
menor; al chocar las ondas, van
al último foco, donde estará
colocado el detector.
• Se suelen utilizar en antenas
muy grandes, donde es difícil
llegar al foco para el
mantenimiento de la antena.
Cassegrain:
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• No requiere apuntar tan
precisamente al satélite, aunque
lógicamente hay que orientarlas
hacia el satélite determinado.
• Su rendimiento es de hasta un 85%,
• El foco no está situado en el centro
de la antena, sino en la parte baja
de ésta, se consigue, que la
inclinación necesaria para la antena
sea menor, pudiéndose instalar en
una pared.
• La "relación de offset" mide la
diferencia entre la inclinación real
de la antena y la inclinación de la
señal que se está captando.
Planas ó de "Offset":
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Sistema de Antena
Configuración de las Antenas
 Alimentadores
 Polarización
 Montaje, orientación y seguimiento
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Alimentador
 El alimentador o iluminador se encarga de recoger
las microondas concentradas en el foco de la parábola y
pasarlas al elemento siguiente.
 El alimentador nos permite recibir todas las polaridades
que llegan a la antena, las cuales serán separadas más
adelante.
 Para separar las dos polaridades más usuales (polarización
lineal, vertical y horizontal) hay dos tipos de dispositivos,
uno para instalaciones de vecinos: ortomodo, y otro para
instalaciones unifamiliares: polarrotor
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Alimentador
 Polarrotor: permite la recepción de las dos polaridades
utilizando un solo conversor LNB. Su funcionamiento se
basa en el giro de 90º de una sonda situada en su interior.
Como se pierde los canales de la otra polaridad no puede
utilizarse en instalaciones colectivas.
 Ortomodo: permite la recepción simultánea de señales
con polarización vertical y horizontal mediante la
utilización de un repartidor de guías de onda en el que
una de las guías se gira 90º. A él se tendrá que conectar
dos conversores LNB (Low Noise Block), uno para cada
polarización.
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Conversores
 La señal captada por la antena es muy débil, por la gran
atenuación que sufre en el espacio desde el satélite hasta el
punto de recepción; además, por tener una frecuencia muy
elevada, debe ser cambiada para que llegue al receptor
(sintonizador de satélite) a una frecuencia mucho más baja, con
lo que se logra que se propague por el cable coaxial con una
atenuación menor.
 El dispositivo encargado de ello se denomina Conversor y al
ser de bajo nivel de ruido se denomina conversor de bajo nivel
de ruido o LNC, que unido a un amplificador de bajo nivel de
ruido o LNA y a un oscilador local, forma lo que se llama LNB
(Low Noise Block) o bloque de Bajo nivel de ruido, que
comúnmente se denomina Conversor LNB.
 LNB = LNA + Up / DownConverter
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Transmisores y Receptores
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Transmisores
 Sección transmisora:
 Convertidores elevadores (C/E)
 Amplificadores de potencia (AP)
 A veces se incluye los moduladores
 La PIRE del enlace ascendente, parámetro más
importante de una ET en Tx.
 PIRE = potencia del amplificador + ganancia de la antena.
= Resultado con diversas combinaciones.
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Transmisores
 Potencia necesaria del amplificador final de
radiofrecuencia de la ET puede variar desde una fracción
de watt hasta varios kilowatts. Depende Gant, # canales a
Tx,AB de c/u.
 Amp. Pot. de 3 tipos: (diferencias: intervalos de potencia y
f en las que operan).
 De estado sólido (SSPA)
 Tubos de ondas progresivas (TOP)
 Tubos Klistrón.
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Amplificadores de Potencia
• Convenientes y económicos para ET
con poca anchura total de su o sus
portadoras.
• Gama de potencia de hasta 20 Watts.
• Mejor linealidad
• Mejor factor de ruido (Ej: 10 dB)
• Menos eficientes
De estado sólido (SSPA):
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• Variantes de tubos de haces lineales de
microondas = Klistrón.
• Amplia gama de opciones de potencia: hasta 3kW.
• Gran AB, hasta 500 MHz.
• Mayor versatilidad: enfriamiento por conducción
(bajas potencias), ventilación forzada (potencias
medias) y enfriamiento por agua (altas)
• Ganancias típicas: 30 a 50 dB
• Bandas: C, Ku, Ka.
Tubos de ondas progresivas (TOP)
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• Se usan cuando AB necesario no excede la de
un transponedor de satélite.
• Potencias desde: 700W hasta 3kW o más.
• Refrigeración, ventilación forzada de aire hasta
potencias de 3kW.
• Ganancias típicas de 35 a 50 dB.
• Los tubos Klistrón, son robustos, vida prevista
hasta 40 000 horas.
• Precio mucho más bajo que TOP
Klistrón
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Receptores
Cadena de Rx:
Amplificador
de bajo ruido
(ABR)
Divisor de
canalización
Convertidor
reductor
(C/R)
Demodulador
Alimentadores Duplexor
Amplificador de
bajo ruido
Divisor
Combinador
derf
Amplificador
de Potencia
Convertidor
elevador
Convertidor
reductor
Control de antena y
servo mecanismo
Receptor de
seguimiento
Generación de
frecuencias
Módems
Procesadoresenbandadebase
Interfazconlaredterrenal
Supervisión y
mando
Energía
𝑓2
𝑓2𝑓1 𝑓𝑛
𝑓1
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Receptores
 Calidad del enlace descendente:
 Debido a que las señales recibidas en la antena son muy débiles es
necesario que la cadena de Rx tenga un ruido térmico muy bajo, en
el cual predominen la temperatura de ruido de la antena y del 1er
preamplificador.
 Temperatura de ruido total del sistema referida a la antena:
𝑇𝑠 = 𝑇𝑎 + 𝑇0 𝑙 − 1 + 𝑇𝑟𝑒 𝑙𝐾
donde todos los parámetros están en forma directa (no en dB)
 𝑇𝑎 es la temperatura de ruido de la antena
 𝑇0 = 290 K
 𝑙 es la relación de pérdidas
 𝑇𝑟𝑒 es la temperatura de ruido del receptor con todas sus etapas
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Receptores
 En detalle, 𝑇𝑟𝑒 puede calcularse
𝑇𝑟𝑒 = 𝑇0 𝐹𝐿𝑁𝐴 − 1 +
𝑇 𝐷𝐶
𝐺 𝐿𝑁𝐴
𝐾
donde
 𝐹𝐿𝑁𝐴 es el factor de ruido (no en dB) del amplificador de bajo
ruido.
 𝑇 𝐷𝐶 es la temperatura de ruido del convertidor reductor y
 𝐺 𝐿𝑁𝐴 es la ganancia del amplificador de bajo ruido (no en dB)
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Receptores
Concepto Valor
Anchura de banda, Mhz 500 a 800
Ganancia a señales pequeñas, dB 40 mín
Variación de la ganancia en 500 MHz, dB
pico a pico
0.4 máx
Pendiente de ganancia dB/MHz 0.015 máx.
Intervalo de temperaturas tolerables, ºC 0 - 50
Características de amplificadores de bajo ruido
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Receptores
 Para canalizar las señales después del ABR se emplea un
divisor de salida en forma de encaminarlas a uno o más
convertidores reductores (C/R), para pasar de
radiofrecuencia a la f intermedia (70 o de 140 MHz).
 Existen C/R de uno y dos pasos
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Receptores – C/R
Diagrama funcional de convertidor reductor con 36 MHz de anchura de banda
de un solo paso, OL = cadena del oscilador local.
El convertidor de un solo paso
• Simple y eficiente.
• No permite agilidad en frecuencia
• No se usa en ET modernas.
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Receptores – C/R
Diagrama funcional de convertidor reductor con 36 MHz de anchura de banda. de dos pasos.
OL = cadena del oscilador local.
El convertidor de dos pasos:
• Un C/R proporciona completa agilidad en f
• 1er oscilador local - > sintetizador, realizar cambios rápidos de f.
• 2do Filtro separa porción de 36 MHz.
• 2do oscilador local de f fija hace la conversión de la f central de las señales
seleccionadas a 70 0 140 MHz.
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Configuraciones de Estaciones
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 Configuración:
 Debe adecuarse a fin de lograr su funcionamiento más
eficiente.
 Depende de la cantidad de tráfico inicial y final previstos para
la red, por el dimensionamiento y costo de los amp de
potencia y otros elementos.
 Telepuertos: ET de gran capacidad de tráfico con
múltiples servicios de transmisión de señales de vídeo,
voz y datos abiertas al servicio público.
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 La configuración básica de telepuertos, similar a figura de
Rx.
 Para casos de enlace con más satélites o bandas, se
requiere varias antenas, con su correspondiente cadenas
de Tx y Rx, teniendo en común algunos elementos como:
interfaces con redes terrenales, sistemas de monitoreo y
supervisión.
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Diagrama funcional de una estación terrena receptora de un sistema de TV por cable. Las unidades
alimentadas por el LNB superior son idénticas en número y configuración a las alimentadas por el inferior.
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 ET de Rx para distribuir señales de TV por cable:
 Deben recibir un # alto de señales análogas moduladas en
frecuencia provenientes del mismo # de transponderes.
 Se combina el amplificador de bajo ruido con el convertidor de
reducción de banda ancha en una sola unidad (LNB)
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 Ej: 2 LNB sin redundancia, uno para cada polarización. -> Rx de
12 canales de 36 MHz c/u
 LNB actuales, G de 60 a 70 dB.Temperaturas de ruido de 45 a
150 K en banda Ku y desde 20 K en banda C, a 20 ªC.
 Luego de demodular las señales a banda base y procesarlas en
Rx, se remodula cada una convirtiéndola a uno de los canales
específicos deTV por cable y se combinan todas en una unidad
sumadora para distribuirlas en la red.
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Interfaz y Enlace con Redes Terrenales
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Interfaz y Enlace con Redes Terrenales
 Se requieren cuando las señales en banda base no se
originan o no tienen como destino final la propia ET.
 Las interfaces permiten adaptar y sincronizar las señales
entrantes desde una red terrenal a las requeridas en la
estación terrena y viceversa en cuanto a voltajes,
polarización, señalización, tiempo, etc.
 Convergencia de tecnologías
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Infraestructura General y Sistema de Energía
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Infraestructura General
 Incluye edificios con locales para equipos, para oficinas y
habitaciones y demás obras de ingeniería civil (equivale a
plataforma del satélite).
 Por las diferencias entre capacidades y servicios entre Ets,
la infraestructura puede ser importante o insignificante o
hasta inexistente.
 La infraestructura más completa en telepuertos de gran
capacidad que utilizan varias antenas.
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 Entre los subsistemas de apoyo:
 Instalaciones y equipos de climatización.
 Edificios, instalaciones exteriores y antenas con adecuada
ubicación en el terreno.
 Vías de acceso y estacionamientos.
 Subsistemas de alarma y protección contra incendios.
 Sistema de alimentación de energía.
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Plano de distribución de áreas y equipos en un telepuerto
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Sistema de Energía
 Equipos con capacidades típicas de cientos de KVA
 Ubicación: sección separada, cercana a las salas de Tx y Rx
(poca longitud de cables de alimentación)
 Asegurar continuidad del suministro de energía (99.9 a
99.95 % o mayor)
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Sistema de Energía
 Asegurar continuidad, utilizar energía eléctrica de alta calidad.
Disponer de:
 Acometida de alta tensión con alimentador doble
 Dos transformadores de alta a baja tensión
 Conmutadores de energía
 Circuitos para las cargas críticas y esenciales separados de las no
esenciales.
 Sistema de suministro de energía ininterrumpible, independencia de
interrupciones breves de la energía comercial externa.
 Generadores d emergencia de arranque rápido y con capacidad por
lo menos para cargas críticas.
 Banco de baterías para el sistema ininterrumpible como para los
circuitos alimentados por corriente continua.
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Sistema de Energía
 Requieren consideración especial: la tierra general de la
ET y los pararrayos.
 En ET más simples, se simplifica el suministro de energía,
pero deberían contar por lo menos, con un sistema
ininterrumpible compacto de poca autonomía.
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Sistema de Supervisión y Control
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Sistema de Supervisión y Control
 Incluyen funciones de comprobación , alarma y mando
remoto,
 Hacer más eficiente la operación de una red reduciendo la
duración y el número de fallas
 Reconfigurar sus enlaces manual o automáticamente
 Determinar otras características de su operación.
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Control
 Realizar en forma remota la conexión y desconexión de
los equipos que no lo hacen en forma automática y
determinar sus combinaciones.
 Conmutar los trayectos de Tx o establecer la
conectividad entre las estaciones de la red y establecer
las restricciones de cada una de ellas, así como las
prioridades en una secuencia automática.
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Referencias
 Nota: La información subscrita en estas diapositivas, no
es más que un resumen del una parte del texto:
1. Rosado Rodríguez , Carlos. Comunicación por Satélite. México :
Limusa, S.A. de C.V., 2001.fralbe.com

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