Estaciones terrenas

Estaciones Terrenas

Francisco A. Sandoval

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Introducción

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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 Segmento Terreno 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.

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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 fralbe

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Estación Terrena - Diagrama

Diagrama funcional de una estación terrena de alta capacidad

Alimentadores Duplexor

Amplificador de

bajo ruido

Div

isor

Com

bin

ador

de r

f

Amplificador

de Potencia

Convertidor

elevador

Convertidor

reductor

Control de antena y

servo mecanismo

Receptor de

seguimiento Generación de

frecuencias

Módem

s

Pro

cesa

dore

s en b

anda

de b

ase

Inte

rfaz

con la

red t

err

enal

Supervisión y

mando

Energía

𝑓2

𝑓2 𝑓1 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: fralbe

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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 Antenas

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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

sustitución.

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Outdoor Unit

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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 fralbe

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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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Antenas

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Postes y Soportes

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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 fralbe

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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.

fra

lbe.co

m

Alimentador

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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

fra

lbe.co

m

LNB

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BUC

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Transceptor

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Indoor Unit

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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

Div

iso

r

Com

bin

ador

de r

f

Amplificador

de Potencia

Convertidor

elevador

Convertidor

reductor

Control de antena y

servo mecanismo

Receptor de

seguimiento Generación de

frecuencias

Módem

s

Pro

cesa

dore

s en b

anda

de b

ase

Inte

rfaz

con la

red t

err

enal

Supervisión y

mando

Energía

𝑓2

𝑓2 𝑓1 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 + 𝑇𝑟𝑒𝑙𝐾

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 fralbe

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Receptores

En detalle, 𝑇𝑟𝑒 puede calcularse

𝑇𝑟𝑒 = 𝑇0 𝐹𝐿𝑁𝐴 − 1 +𝑇𝐷𝐶

𝐺𝐿𝑁𝐴 𝐾

donde

𝐹𝐿𝑁𝐴 es el factor de ruido (no en dB) del amplificador de bajo

ruido.

𝑇𝐷𝐶 es la temperatura de ruido del convertidor reductor y

𝐺𝐿𝑁𝐴 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 de TV 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

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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.

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Education

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