Sistema de comunicaciones_via_satelite_3

Amplificador de Potencia [HPA, High Power Amplifier]
• Existen varias versiones de HPAs, dependiendo de la potencia
radiada y de otros factores.
• Los hay de estado sólido SSPA (Solid State Power Amplifier) o
SSHPA.
• Los hay analógicos de Tubos de Vacio, los TWTs (Travelling
Wave Tube), los KPA (Klystron Power Amplifiers).
• Los SSPAs generalmente se usan para potencias bajas.
• Los TWTs y los Klystron se utilizan para potencias muy altas.
ING.CARLOS RODENAS REYNA

• La PIRE del enlace ascendente es el parámetro mas importante de una E.T.
en transmisión.
• La PIRE expresada en dB es la suma de la potencia del amplificador mas la
ganancia de la antena menos las pérdidas, expresadas en dB.
• Los amplificadores de estado sólido SSPA son los mas convenientes y
económicos para estaciones que operan con poca anchura de banda (redes
de terminales de muy pequeña abertura VSAT), tienen mejor linealidad y
menor factor de ruido (10 dB), MTBF 100,000 horas.
• Los TWTs (Travelling Wave Tube), son variantes de los Klistron.
Maneja potencias hasta 3 kW con BW hasta 500 kHz, se enfrian por
convección, ventilación forzada o agua dependiendo de la potencia.

Las ganancias típicas de los TWT son de 30 a 50 dB en las
bandas C, Ku y Ka.
• Los amplificadores Klistron tienen una potencia de 700 w
hasta 3 kW, ganacia de 35 a 50 dB en las bandas C y Ku.
• En su estructura hay múltiples cavidades resonantes que deben
sintonizarse a una frecuencia central, son robustos y tienen un
tiempo de vida hasta 40,000 horas y son menos costosos que
los TWT.
• No son útiles para sistemas TDMA con salto de portadora.

Mejoramiento de parámetros de transmisión
• Empleo de ecualizadores, para mejorar la variación de
ganancia y retardo de grupo.
• Filtros, para reducir efectos de emisión fuera de banda y
armónicas.
• Reducción de potencia por debajo de la saturación, para
reducir el efecto de intermodulación en operación
multiportadora.
• Empleo de linealizadores, mejora la retención de potencia en
dB menores

Empleo de pre-amplificadores y amplificadores múltiples
• La mayoría de los transmisores constan de un pre-amplificador
o Driver y el amplificador final.
• El Driver es de estado sólido, cuya ganancia, linealidad y
factor de ruido deben complementarse con el amplificador
final.
• Una estación de gran capacidad puede emplear varios
amplificadores de baja potencia, que permite evitar efectos de
intermodulación, pudiendo operar en saturación, pero requiere
de un combinador de salida que introduce mayor pérdida o
problemas de disipación térmica.
• En el diseño de la E.T. (Transmisión) se debe considerar el
crecimiento del tráfico esperado, con la suficiente reserva de
potencia, o con la configuración de múltiples amplificadores.

Amplificador de Bajo Ruido LNA: Low Noise Amplifier:
Una de las tareas principales que debe realizar una estación terrena
es minimizar el ruido añadido a la señal recibida.
Este ruido tiene dos tipos de fuentes:
• La multitud de señales existentes en el espacio y en la Tierra, para
minimizar sus efectos se utilizan reflectores dicroicos (selectivos
en frecuencia).
• El ruido que introducen los equipos electrónicos, los que más
ruido introducen son los amplificadores, por eso se debe usar un
tipo especial de elementos activos y son los dispositivos de
amplificación que menos ruido añaden de todos los existentes en
el mundo.

• Los amplificadores usados son tubos de onda progresiva
(TWT) que amplifican la señal que se propaga a través de un
cristal de rubí.
• El ruido en un TWT depende de la temperatura física del
cristal, y por eso se encuentran sumergidos en un baño de He
líquido a 4.2 ºK.
• Actualmente se están probando unos nuevos TWT capaces de
operar a 1.2 ºK.
• Otro tipo de amplificador de bajo ruido utilizado actualmente
en las estaciones terrestres es el transistor con electrones de
alta movilidad (high-electron mobility transistors (HEMTs)).

• Comercialmente pueden encontrarse transistores de este tipo,
pero los utilizados están congelados a 15 ºK.
• En la banda S (2 GHz.) los HEMTs congelados dan las mismas
prestaciones frente al ruido que los TWT.
• El equipo de refrigeración necesario para helar el HEMT a 15
ºK da muchos menos problemas que los equipos utilizados en
los TWT .

Tipos de amplificadores (LNA, LNB y LNC)
• Existe una variedad de amplificadores como son:
• El LNA (Low Noise Amplifier), amplificador de bajo ruido, que está compuesto
por un sistema amplificador y una guía de onda.
• El LNB (Low Noise Block) bloque amplificador de bajo ruido, que se compone de
un LNA y la antena dipolo en un solo bloque.
• El LNC (Low Noise Converter), conversor de bajo ruido, éste es similar al LNA, la
diferencia es que recibe y emite mediante el mismo dispositivo la señal y la convierte
en otra.
• Los LNB se utilizan cada vez más, ya que son la mejor alternativa cuando se necesita
selección independiente de canales para múltiples receptores, esto permite diseñar un
sistema simple y a bajo costo.
• Los LNB entregan una frecuencia en el rango de la banda L (940 a 1750 MHz); para
esto se utilizan cables con pérdidas menores en los tendidos largos como el cable
coaxial RG-6 o RG-59.

• El factor principal para determinar los parámetros de rendimiento y la calidad
de la señal en un LNB es la temperatura de ruido.
• La temperatura de ruido que se emplea para los LNB es de 25º K (la cantidad
de recepción de la señal de los LNB depende de este parámetro, a menor
temperatura de ruido mayor será la calidad de señal).
Modelos del LNB utilizados
En la recepción de señal de la Red Edusat se utiliza el LNB para las
frecuencias que van de 3.4 a 4.2 GHz en la banda C.
• En estos LNB obtenemos una polarización vertical u horizontal en la antena
dipolo.
• La antena dipolo es un componente del LNB, que se encuentra exactamente en
el punto focal, este dispositivo permite recibir la señal en polarización vertical
u horizontal dependiendo del satélite empleado y de la tecnología utilizada

Componentes del LNB
Circuito interno
• El amplificador de un LNB está encerrado en una caja hermética
para evitar el efecto corrosivo del medio ambiente producido por
el vapor de agua, la contaminación, el sol y la lluvia.
• Este circuito contiene chips en base a: transistores de efecto de
campo (GASFET), compuestos por arseniuro de galio.
• Los circuitos integrados inducen al LNB a comportarse como si se
encontrara operando cerca del cero absoluto (0° k), donde cesa
todo movimiento molecular, en este nivel los electrones están en
equilibrio, por lo que se obtiene mayor ganancia en la señal y
menor ruido.

Polarrotor
• Es un mecanismo activado por voltaje, motor o mecánicamente, capaz de
seleccionar la polarización que necesite el receptor.
• Con los movimientos finos del LNB realizamos el ajuste de la antena dipolo
para obtener la mejor recepción y sintonía de la señal.
• Conector tipo F hembra
Se encuentra en la parte exterior del LNB y es donde se conecta el cable coaxial
que transporta la señal recibida por el LNB de la antena hasta el decodificador.
Antena dipolo o alimentador principal
La antena dipolo funciona en dos polarizaciones, horizontal o vertical,
dependiendo de la señal que reciba del satélite, y de acuerdo al transpondedor
que se utilice.
• Cuando es par el número del transpondedor la señal se trasmite en polarización
horizontal y si es impar el número del transpondedor la señal se trasmite en
polarización vertical

Mantenimiento preventivo del LNB
• El mantenimiento preventivo se realiza para evitar posibles daños al LNB,
debido a que es muy sensible al contacto con el medio ambiente, a las
variaciones de voltaje y a las descargas eléctricas (rayos).
Protección al medio ambiente
Las inclemencias del medio ambiente pueden alterar el funcionamiento del
LNB, provocando desde una mala recepción de señal hasta la pérdida total de
la misma; estas alteraciones pueden ser provocadas por la humedad, el polvo,
el calor y la corrosión.
• Utilizar la grasa de silicón.
• Eliminar los nidos de insectos alojados en el cuerpo del LNB.
• Proteger el LNB de las inclemencias del tiempo (cálido, frío).
• Eliminar el polvo de sus partes sin utilizar ningún líquido.
Mantenimiento correctivo del LNB: reemplazo de la unidad

CONVERSORES UP/DOWN
Generalmente convierten frecuencias de IF (Frecuencia
Intermedia) a RF (Radio Frecuencia) cuando es Up Converter.
y de RF a IF cuando es Down Converter.
La frecuencias de IF son generalmente de 70 MHz, 140 MHz y la
mas común es la Banda L (950-1550 MHz aprox).
La RF puede ser Banda C, Ku, Ka, etc.
El conversor de subida/bajada también puede estar integrado junto
con el LNA.

Up/down converter de una etapa
Divisor
•
•
•
BPF
36 MHz
Mezclador
OL
FI
RF
•Si se requiere cambiar de portadora es necesario cambiar de oscilador local y
ajustar el filtro de entrada.

Up/down converter de dos etapas
BPF
RF 1° FI
500 MHz
Mezclador
OL
BPF
36 MHz
Mezclador
OL
2° FI
•Proporciona agilidad en frecuencia

• Los up/down converters deben tener una buena linealidad,
especialmente en redes con portadoras angostas, para evitar la
intermodulación y reducir la distorsión.
• El sintetizador es un conjunto de elementos constituidos por el
oscilador básico, multiplicadores de frecuencia, filtros y
atenuador con buena estabilidad en frecuencia y bajo ruido de
fase.

MODULADORES SATELIALES
Existen dos tipos de módems para la conexión por satélite, en
función de la conexión a Internet:
Los módems unidireccionales (sat-modem), cuya característica
principal es que sólo pueden recibir datos. Sólo cuentan con un
canal de entrada, también llamado directo o "forward" y son
conocidos como DVB-IP. Así, para enviar y recibir datos desde
Internet se necesita además una conexión terrestre (telefónica o por
cable).
Los módems bidireccionales (astromodem), capaces de recibir y
enviar datos. Además del canal de entrada, cuentan con un canal de
retorno (subida o uplink), vía satélite o DVB-RCS (Return Channel
via Satellite). No necesita una conexión adicional convencional.

Los módems bidireccionales han de ser de DVB-sat data, con las siguientes
características:
Modulación, QPSK (para recepción) y OQPSK (para transmisión): la técnica de
modulación QPSK consiste en la formación de símbolos de dos bits,
empleándose cuatro saltos de fase diferentes sobre la portadora; por lo tanto se
forman cuatro puntos en la constelación de la señal, equidistantes y con la misma
amplitud.
Codificación: Encadenada Reed-Salomon y Viterbi FEC. Describen una técnica
para enviar bits redundantes suficientes para reconocer la información afectada
por errores y en ciertas instancias corregirla.
•Existe una gran cantidad de códigos del tipo FEC que permiten corregir errores.
Una comparación entre ellos se fundamenta en la relación entre la redundancia
(incremento de velocidad), reducción de BER (Bit Error Code), que en este caso
será de 10 o mejor tanto en trasmisión como en recepción.

Corrección de errores: (FEC a bloques)
Las variantes más usadas son BCH y RS (Reed-Salomon)
Distancia de Hamming: se denomina distancia Hamming entre dos
códigos al número de símbolos en que se diferencian. La mínima
distancia (dmin > 2.t + 1) donde t es el número de errores
corregidos.
Código Cíclico: un FEC a bloques que utiliza un polinomio
generador con un FSR (Feedback Shift Register).
·Código Bose- Chaudhuri-Hocquenghen BCH: Es el tipo de código
más conveniente para errores independientes, es usado por ejemplo
en telefonía celular analógica AMPS en el canal de control bajo la
versión BCH(48,36) y BCH(40,28), en codificadores digitales de
TV a 34 Mb/s se utiliza el codec BCH(511,493) para corregir 2
errores por bloque. ING.CARLOS RODENAS REYNA

·Código Reed-Solomon RS: Es una variante del BCH y la más
apropiada para ráfagas de errores, la velocidad del código depende
del módem usado.
FEC convolucional: aplicando el algoritmo de Viterbi.
El método, denominado decodificación de máxima probabilidad o
algoritmo de Viterbi-1976 (Maximun Likelihood Metric o Minimun
Distance Metric), consiste en computar a cada camino un peso
consistente en el número de diferencias acumuladas.
•El módem unidireccional tiene las mismas características excepto
de que no tiene la capacidad de transmitir por tanto no tiene
modulación para la transmisión.

CONFIGURACIONES DE ESTACIONES
•Telepuertos: Estaciones grandes multiservicios, voz, video
y datos abiertas al servicio público.
•Estaciones pasarela: conexión a las redes públicas con
cobertura mundial de órbita media o baja, requieren de
múltiples antenas y cadenas de transmisión y recepción que
estan siguiendo a varios satélites (sistema de rastreo).
•Estaciones receptoras de TV: Capaces de recibir múltiples
señales analógicas en FM y alto número de canales de video
digital comprimido (BW≤ 6 Mbps).

Alimen
-tadores Duplexor
HPA
LNA
Up
converter
Down
converter
Generación de
frecuencias
Control de
antena y servo
Receptor de
seguimiento
Procesadores en banda base
Interfaz con la red terrenal
Supervisión y
mando
Energía
Modems
Combinador de
RF
Divisor
f1
f2
f1 f2 f0
ESTACION TERRENA DE ALTA CAPACIDAD

ESTACION TERRENA RECEPTORA DE TV POR CABLE
LNB
Diplexor
LNB
• • •
Receptor de
video
Receptor de
video
Modulador
Combinador
Divisor
Modulador
• •
• LNB + Down converter
•LNB abarca toda la banda que es convertida a FI, 12CH de 36 MHz con
polarización horizontal y 12CH con polarización vertical.

LNA
SSPA
Interfaz de
datos
Interfaz de
voz
Procesador en banda base
Down-conv
Up-conv
Modem
FI
Monitor y
control
Unidad exterior
Alimentador
Estación VSAT Para Voz y Datos
• Antenas pequeñas 1.8 a 3.6 mts Banda C y 1.32 a 2.4 mts Banda Ku.
•Potencias bajas, la señal no sufre de intermodulación.
•Diseño modular
•Máxima flexibilidad y fiabilidad en malla TDMA.

INFRAESTRUCTURA Y SISTEMA DE ENERGIA
• Instalaciones y equipos de climatización.
• Edificios con alta resistencia a sismos.
• Corta distancia en las conexiones de RF (d ≤ 100 mts).
• Protección contra interferencias.
• Línea de vista libre hacia los satélites y radio enlaces.
• Vías de acceso.
• Subsistemas de alarma y protección contra incendios.
• Sistema de alimentación.
Continuidad de suministro de energía > 99.9%
UPS
Banco de baterías.
Cargador de baterías.
Grupo electrógeno de encendido automático.

SISTEMA DE SUPERVISION Y CONTROL
• Incluyen funciones de comprobación, alarma y mando remoto,
reconfiguración de enlaces.
• Medios para comprobar parámetros de señales y el ruido en RF
y banda base, sistemas de energía, antenas y sistema de
seguimiento, operatividad de los equipos.
• Alarmas acústicas y visuales.
• Conexión y desconexión remota de equipos, conmutar trayectos
de transmisión, establecer la conectividad entre las estaciones
de la red y las prioridades.
• Controlar la información de tráfico y tarifación.
• Canales de servicio para mantenimiento y coordinaciones.

SEGMENTO ESPACIAL
• Una sonda es solamente el sistema de vuelo de un programa de
exploración espacial.
• Su diseño depende del trabajo al que esté destinada (orbitador,
módulo de aterrizaje, crucero espacial, ...) y de la región del
sistema solar que vaya a explorar.
PARTES:
• Carga útil, formada por todos los instrumentos científicos.
• Bus, formado por el resto de elementos de la nave.

Estos subsistemas básicos son:
• Subsistema Estructural.
• Subsistema de Estabilización.
• Subsistema de Generación y distribución de Energía.
• Subsistema de Equilibrio Térmico.
• Subsistema de Propulsión.
• Subsistema Pirotécnico.
• Subsistema de Manejo de Datos.
• Subsistema de Telecomunicaciones.

• Subsistema de Comandos y Datos (command and data
subsystem, CDS), responsable de la gestión de toda la actividad
de la nave; de controlar el tiempo; interpretar los comandos
enviados desde la Tierra; recoger, procesar y dar forma a los
datos que serán enviados de vuelta; y por supuesto gestionar la
protección de alto nivel contra fallos y rutinas de seguridad.
• El reloj de la nave (Spacecraft Clock (SCLK), aunque llamado
"sclock") es un contador.
• Algoritmos de protección contra errores, instalados en
ROM.
• Rutinas más complicadas de seguridad (modos de
contingencia) y de protección de errores residen en RAM, así
como parámetros para el uso del código de la ROM, donde
pueden ser actualizadas si es necesario en el transcurso de la
misión. ING.CARLOS RODENAS REYNA

Subsistema Estructural
• Es la parte encargada de ofrecer un soporte para la conexión de
los equipos de la nave y para protegerlos de las extremas
condiciones de temperatura y radiación que pueden encontrarse
en el espacio.
• Presenta enganches donde anclar las antenas y equipos científicos
que deban ir alejados de estructuras metálicas.
• Su forma establece la geometría final de la sonda, y está pensada
para permitir una fácil manipulación de la sonda durante su
testeo, transporte y lanzamiento.

Subsistema de Estabilización
Es la serie de equipos que posicionan la nave de forma que los
instrumentos científicos apunten correctamente a la zona a
explorar y que las antenas estén enfocadas hacia la Tierra en el
momento de transmitir. Una nave espacial puede estabilizarse de
dos formas:
1. La estabilización por spin: Pioneer, Galileo y Giotto.
2. La estabilización por tres ejes: Voyager.
El proceso de estabilización es realizado de forma automática por
la sonda, y necesita una referencia para saber si la estabilización
es correcta (usan sensores de estrellas).

Subsistema de generación y distribución de energía
• Si la sonda se mueve por los planetas interiores recibirá luz solar
para extraer de ella energía: por medio de células fotovoltaicas
será convertida en electricidad. problema del ocultamiento,
dispone de baterías Ni-Cd.
• Si la sonda se mueve por los planetas exteriores: fuentes
nucleares, RTG (Radioisotope Thermoelectric Generators),
emplea plutonio-238.
• La radiación del plutonio genera una gran cantidad de calor, que
es convertida en electricidad por termoacopladores de germanio.

Subsistema de equilibrio térmico
Se encarga de equilibrar la temperatura sobre la superficie de la
sonda y de mantener los equipos dentro de sus márgenes de
temperatura operativos, según la proximidad de la sonda al Sol.
• El enfriamiento, de forma pasiva (pintando o recubriendo los
equipos con materiales que reflejen la radiación IR solar).
•El calentamiento, de forma activa (mediante calentadores).

Subsistema de propulsión
• Todas las sondas pueden necesitar desde pequeños motores
(thrusters) para corrección de trayectorias y control de la
estabilidad (corrigiendo el spin o rotando según los tres ejes) hasta
los grandes motores (engines) utilizados para operaciones de
inserción en órbita.
• Los combustibles más utilizados son materiales hipergólicos (dos
sustancias que al mezclarse producen una explosión) y la
hidracina (una sustancia que arde violentamente cuando entra en
contacto con un catalizador metálico, almacenado en los motores).

Subsistema pirotécnico
• Las sondas llevan a bordo mecanismos pirotécnicos llamados
PSU (Pyrotechnic Switching Unit) que sirven para desplegar
elementos que van cerrados para protegerlos durante el
lanzamiento, para encender motores de combustible sólido o
para lanzar sondas de exploración atmosférica.
• Ejemplos de PSU tenemos en Cassini y Galileo, que debieron
soltar sondas de exploración atmosférica en Titán y Júpiter,
respectivamente, o en los airbags del Mars Pathfinder.

Subsistema de Manejo de Datos y el Subsistema de
Telecomunicaciones
Todas las comunicaciones que se realicen entre la nave
espacial y el equipo de seguimiento en Tierra se pueden
dividir en dos grupos:
1. El uplink (enlace de subida):es utilizado por los ingenieros
en la Tierra para enviar órdenes al ordenador central de la
sonda (telecomando).
2. El downlink (enlace de bajada): es utilizado para envío de
datos (telemetría), datos científicos, datos sobre el estado
de la nave, e información para el seguimiento de la sonda
(tracking) y para realizar estudios de radioastronomía.

Antenas de alta ganancia (HGA): tipo Cassegrain con una
segunda superficie reflectora en forma de plato son las más
utilizadas para la comunicación con la Tierra.
• Las HGA pueden ser articuladas o fijas al bus.
• La HGA debe apuntar a la Tierra con un error del orden de
fracciones de grado para que la comunicación sea viable.
Antenas de baja ganancia (LGA) son usadas como medida de
seguridad en caso de desapuntamiento de las antenas de mayor
ganancia.
• La cobertura es casi omnidireccional.
• Las LGAs están diseñadas para operar a velocidades
relativamente bajas, pero utilizables en distancias relativamente
cortas. ING.CARLOS RODENAS REYNA

Los transmisores: Emplea un ampl. de estado sólido (SSA) o un
tubo de onda progresiva (TWTA).
La salida es conducida a través de guía de ondas fijas y
programables hacia la antena elegida: HGA o LGA.
Los receptores. Una vez detectado el uplink, el PLL del receptor
seguirá cualquier cambio en frecuencia dentro de su ancho de
banda, pudiéndola proporcionar al transmisor como referencia para
formar el downlink coherente. Una vez detectada, capturada y
bajada en frecuencia, es desvinculada de la subportadora de
comandos y datos, para lo cual pasa a través del circuito detector
de comandos (CDU).
Frecuentemente transmisores y receptores se combinan en un único
dispositivo electrónico denominado traspondedor.

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