Dimensionamiento De Link Budget (Uplink/Downlink)

Arquitectura General

Figura 1: Arquitectura General

El primer paso en el diseño de una red satelital, es la realizar un análisis de desempeño sobre presupuestos de enlaces vía satélite. 

El análisis del presupuesto del enlace determinará el tamaño de las antenas a usar, SSPA y TWTA requisitos potencia, la disponibilidad del enlace y la tasa de bits de error y, en general, la satisfacción general del cliente con su trabajo. 

Lo que un presupuesto de enlace en realidad implica es una característica simple suma y la resta de las ganancias y pérdidas dentro de un enlace de radiofrecuencia. 

Cuando las ganancias y perdidas de varios elementos son determinadas y sumadas, el resultado es la estimación del comportamiento del sistema en la vida real. 

Para llegar a una respuesta precisa, se debe tomar en cuenta factores tales como : 

• Ganancia del amplificador de energía de enlace ascendente y los factores de ruido 
• Ganancia de la antena de transmisión 
• Ángulos de inclinación y la correspondiente pérdida atmosférica por distancia 
• Niveles de ruido del transponder y la ganancia de energía 
• Antena de recepción, el amplificador y los factores de ruido 
• Perdida en cables 
• Niveles de interferencia de los satélites vecinos 
• Atenuación debido a los factores climáticos 

Factores a tomar en cuenta en UPLINK:

• Perdidas por Trayectoria 
• Atenuación por Lluvia 
• G/T 
• Potencia isotrópica radiada equivalente (PIRE) 
• Densidad de flujo 
• Características de los amplificadores 

Factores a tomar en cuenta en DOWNLINK:

• Perdidas por Trayectoria 
• Atenuación por Lluvia 
• Ganancia de la antena 
• LNA Y LNB Temperatura del ruido

Figura 2: Potencias De Tx y Rx

Cálculo

Ganancia De La Antena

Donde:

• λ= c/f 
• c= 3x10⁸
• f= frecuencia
• η= eficiencia de la antena (%)
• d= diámetro de la antena (m)

PIRE

Es la radiacion efectiva producida desde el lado de la transmision y es el producto de la ganancia de la antena y la potencia de transmisión.

Donde:

• Lf: Perdidas por energia

PR (Poder de la Señal)

Donde:

Ruido Térmico

Potencia del ruido = K.T.B

Donde:

• K= -228.6 dBJ/K
• T= Temperatura (K)
• B= Ancho de banda del ruido

Temperatura Efectiva

Tsys = Ts+ Te

Ganancia De La Temperatura De Ruido

Es la proporción de la ganancia del sistema y la temperatura del ruido del sistema

G/T= G -10log(Tsys) [Db/K]

Fórmulas Generales

Ejemplo De Cálculo con El Programa SATMASTER
Sitio : Chigaco
Satelite: DirecTV

Link Para Descargar SATMASTER
http://www.arrowe.com/

GRUPO:

• Darío Montenegro
• Marcelo Coque
• Freddy Yánez

Dimensionamiento De Estaciones Bases Satelitales (BST)

La estación es la terminal para la transmisión y recepción de las telecomunicaciones satelitales.

Debido a fuerte atenuación de espacio libre (200 dB) es necesaria en la estación de alto rendimiento terrenal.

Una estación terrestre se compone de:

• Sistema de antena 
• Amplificadores de recepción (bajo nivel de ruido) 
• Amplificadores de transmisión (de energía) 
• Equipos de telecomunicaciones (convertidores frecuencia. Módems) 
• Equipos de multiplexación y demultiplexación 
• Equipos conectados a la red terrestre 
• Equipos auxiliares 
• Suministro

Figura 1: Estación Base Terrena Satelital

Figura 2: Diagrama de Bloques Estación Base Terrena Satelital (BST)

Sistema De La Antena

El diámetro de la antena que van desde 33 a 3 m.

Antenas terrestres se utilizan generalmente para la transmisión y recepción.

• De gran ganancia en la transmisión y recepción.
• Diagramas con bajos niveles de radiación en el exterior del lóbulo principal.
• Radiación con buen nivel de polarización.
• Baja sensibilidad de recepción de ruido térmico debido al ruido de fondo.
• Sistema mecánico se compone de:
• Reflector principal, la base de apoyo, sistema de movimiento.
• Fuente de la señal transmitida por el cuerno.
• Receptor automático "de seguimiento".
• El amplificador de bajo ruido es a veces incluido en el sistema de la antena.

Las estaciones de tierra en la banda de 4.6 14/11 GHze GHz son normalmente se clasifican por el tamaño de su antena:

• Grandes estaciones: antenas de 15-33 m
• Estaciones de media: antenas de 7-15 m
• Pequeñas estaciones: antenas 3-7 m
• Micro estaciones para VSAT: antenas de 0,7-4 m
• Tenga en cuenta que este tipo de clasificación se incluyen todos los demás sistemas de la estación terrena, y la complejidad de estos "en" función de la antena ya que estodepende del rendimiento de la estación de tierra.

Figura 3: Diseño Del Reflector

Figura 4: Distribución De Campo En Antenas (Cassegrain)

Amplificador De Bajo Ruido

Para recibir señales muy débiles desde el satélite, la estación terrena satelital debe estar conectada a un receptor de alta sensibilidad (receptor con una baja sensibilidad al ruido térmico)

• El parámetro que clasifica a la sensibilidad de la estación es de G/T.
• Mayor evolución en el equipo que ofrece este tipo de amplificador.
• A principios del amplificador de enfrió para reducir el ruido térmico.
• Con el progreso tecnológico alcanzado ya un buen rendimiento para este amplificador.

Amplificador De Potencia

El orden de potencia para cada canal telefónico es de 1 W y 1 kW por TV portadora

Los dos tipos principales de los amplificadores utilizados son:

• TWT (TravellingWaveTube)
• Intrínsecamente tiene un procesador de 500 MHz
• Problemas intermodulación para más de un portadora

• Klystrons
• Son básicamente filtros de banda de paso 40 y 80 MHz a 6 GHz 14 GHz Adecuado para FDMA y TDMA MHzpara inadecuada para sistemas de control
• Utiliza para controlar los sistemas del TWT más barato, más simple, larga vida, bajo consumo.

Equipamiento De Telecomunicaciones

Esta unidad es la responsable de modular las frecuencias altas (portadoras) a bajas frecuencias (señales) en el caso de demodular la emisión y las señales de baja frecuencia en la recepción:

• Las señales de baja frecuencia pueden ser:
• Señales analógicas de teléfono (multiplex)
• Señales digitales
• De vídeo (TV)

• Equipos convertidores de frecuencia:
• UpConverters: señales se convierten de frecuencia intermedia (IF) 70 MHz, 140 MHz, y de 1 GHz para señales de RF.
• DownConverters: convierte señales de RF de 4 GHz o 11 GHz para señales de frecuencia intermedia (IF), estas señales se convierten a la frecuencia de banda para el demodulador.

Equipo de modulación y demodulación (Modem)

• Modulaciones utilizadas:
• Modulación Analógicas: FM
• Digital modulaciones: 4-PSK, 2-PSK, etc ...

La vía de transmisión (modulador y un convertidor) existe para cada portadora. Hay incluso una ruta de acceso redundante para cada operador.
Del mismo modo cada compañía ha recibido un camino (desmoduladoreconvertidor)
Es necesario demodular todos señales recibidas ya que algunos pueden ser enviados a la red terrestre.

Procesamiento De Señales

Equipos digitales de comunicaciones necesarios para hacer el procesamiento de señales usando TDM, con las funciones:

• En la transmisión, formatos de datos inputstreampara TDMA modulador en la trama.
• En la recepción, el proceso se invierte, teniendo en cuenta los formatos que recibe el stream del demodulador 
• La sincronización de la transmisión y recepción, colocación y retirada de los bursts en la trama.
• Operaciones de codificación / decodificación
• Otros datos que hacen que las operaciones de procesamiento de comunicaciones más eficientes (por ejemplo, códigos, protocolos, etc ...)

Multiplexación Y Demultiplexación

Transmisiones analógicas (teléfono)

• Inserción y extracción de canales (grupos, super-grupos)

Emisiones de Televisión

• Multiplexación y demultiplexación utiliza para insertar o extraer canales de audio en una subportadora (FM), al mismo tiempo que el video.

Transmisiones Digitales (teléfono)

• PCM canales agrupados en tramas TDMA

Conexión Con La Red Terrena

Para llamadas por teléfono

• Conexión a un centro de conmutación de tierra
• Los equipos involucrados en esta relación es la siguiente:
• La conexión puede realizarse por cable o por radio si es necesario
• Supresor de eco
• Inserción y extracción de canales (grupos, super-grupos)

Para la televisión

• Vínculo con el estudio de las funciones de transmisión
• Conexión se puede hacer a través de la radio de la cadena de televisión

Equipos Auxiliares

Equipos de supervisión y control:

• Señales de alarma de los diferentes sistemas
• Interruptor de control (on / off)
• Control para el funcionamiento de los subsistemas
• Memorizar los eventos más importantes
• Se presenta como una consola de ordenador

Equipos de suministro de energía

• Suministro directo a la red cada capacidad de permanecer en stand-by
• Posibilidad de la oferta por uno o varios generadores
• UPS (uninterruptedpowersupply)

GRUPO:

• Darío Montenegro
• Marcelo Coque
• Freddy Yánez

Sistemas SCPC (Canal Único Por Portadora)

Usos

Son sistemas usados paras telecomunicaciones por satélite, que permite la transmisión de datos, voz, video, etc.

Descripción Del Sistema

Los sistemas satelitales SCPC representan enlaces que operan bajo modalidad punto-a-punto en los que se le asigna una portadora exclusiva a cada canal de transmisión. La asignación de una portadora exclusiva a cada canal puede ser fija o variable. En el primer caso la asignación es previa y permanente. En el segundo caso la asignación es por demanda (DMA) y la portadora se asigna automáticamente en distintos momentos, a diferentes estaciones terrenas, de acuerdo con las necesidades de cada momento. Para comunicaciones de información, la modalidad mas usada es la primera, reservándose el DMA para las comunicaciones de voz; pueden ir de 64Kbps hasta 10Mbps.

Componentes Del Sistema

Figura 1: Ejemplo De Sistema SCPC

Equipamento

Modem Satelital

Esta unidad interna acepta una señal de 70 MHz de frecuencia intermedia para permitir la transmisión y recepción digital de información a través del satélite. Puede ser utilizado en conexiones full-duplex, transmisión solamente o recepción solamente. En la conexión interna el modem puede ser configurado con distintas interfaces como por ejemplo V.35, RS 232, G.703 etc.

ODU (OutDoor Unit)

Se refiere al conjunto de equipos de satélites que se coloca exterior del edificio. La ODU típicamente incluye:

Las antenas son del tipo parabólico con un diámetro que varia entre 1,2 y 3,8 mts. de acuerdo a las necesidades y ubicación de la estación.

Tienen un iluminador que normalmente es descentrado para conseguir pequeños lóbulos laterales tanto en banda C como en banda Ku.

Las frecuencias de operación al igual que en enlaces VSAT son en banda C de 3.7 a 4.2 GHz para el enlace de recepción y de 5.9 a 6.4 GHz. para el enlace de transmisión.

Para la banda Ku las frecuencias son 10.950 a 12.720 GHz en recepción y de 14 a 14.5 GHz. en la transmisión.

La BUC (Bloque Convertidor De Transmisión) es un dispositivo utilizado en la transmisión (uplink) de señales de comunicación vía satélite. Actúa de interfaz convirtiendo a la banda de frecuencias de la antena parabólica (típicamente desde la L hasta la Ka) las señales banda base de los equipos locales conectados al módem.

El LNB (Bloque De Bajo Ruido) esta colocado en el exterior junto con la antena y inmediatamente después del circulado en el iluminador de la antena. Su principal función es la de amplificar las señales y entregarla a la unidad de RF para su adecuada manipulación.

La ODU se conecta a la IDU (In-Door-Unit) por el IFL (Enlace Entre Instalaciones).

Figura 2: ODU

IDU (InDoor Unit)  

El IDU se conecta a la ODU (Out-Door-Unit) por el IFL (Enlace Entre Instalaciones). En aplicaciones de consumo de televisión por satélite, la IDU por lo general consta deun receptor de satélite que se conecta a un televisor.

En aplicaciones de consumo de Internet por satélite, la IDU por lo general consiste ensi un módem vía satélite que se conecta a un ordenador o un router.

Figura 3: IDU

Servicios

El sistema SCPC puede integrar los siguientes servicios:

• Voz
• Datos
• Videoconferencia
• Internet
• Voz y datos sobre Frame Relay
• Internet Asimétrico
• Voz por demanda

Ventajas
El sistema SCPC ofrece:

• Servicio de transmisión dedicado. (Full-Time)
• Alta confiabilidad
• Integración de voz/fax, datos y video
• Recomendable para redes pequeñas (2-8 sitios)
• Alta velocidad (mayor a 64KBps)
• Desde el punto de vista de los costos que requiere la disponibilidad de cada tipo de servicio, se deberá tener en cuenta que los enlaces SCPC son sensiblemente  más costosos que los enlaces VSAT, tanto en los cargos de instalación como el abono mensual, en virtud del servicio dedicado que brinda.

Antena WIMAX Campus Sangolqui Escuela Politécnica Del Ejército ESPE

Características:

Antena diseñada según las especificaciones WiMAX Forum Certified y que cumple con la normativa IEEE 802.16-2004. Antena de tipo parabólica con herrajes que la hacen orientable y ganancia de 27 dBi.

Especificaciones

- Frecuencia: 3.4 - 3.6 GHz.
- Ganancia: 27 dBi.
- VSWR: <= 2.0.
- Polarización: Vertical.
- Gestión de potencia: 10 Watt.
- Ángulo de visión: 9 grados (H) y 12.4 grados (E).
- Diámetro de la antena: 900 mm.
- Profundidad de la antena: 260 mm.
- Peso: 3860 g (con herrajes).
- Incluye los herrajes necesarios para fijación a pared o mástil. Los herrajes permiten orientar el panel según las necesidades del usuario.

Esquema De Referencia De Red WIMAX

EtherMux(CPE)

Características

OC-3/STM-1 Network Port (Uplink):

Prestaciones— Duplex SC Fibre Transceiver

Opciones De Fibra — Multimode (11 dB), Single-mode Short-Haul (15 dB),

Single-mode Long-Haul (29 dB)

Framing — SDH STM-1

10/100BASE-T User Ports (Downlink):

Conectores — 8 x RJ-45, automatic MDI/MDIX cross-over switching

Modo — 10/100BASE-T, auto-negotiate, manual

Soporte — 10Mbps, 100Mbps, Half or Full Duplex

Control De Flujo — Full duplex IEEE 802.3x Pause Frame

Max Tamaño De Frame — 4096 bytes

Mapeo — GFP with LCAS & VCAT to VC-4/VC-3 or VC-12

LED Support — Link, Activity

Características sobresalientes de WIMAX (DBA)

WiMAX es una solución de banda ancha inalámbrica, que ofrece un amplio conjunto de características con una gran flexibilidad en términos de opciones de despliegue y oferta de servicios. Como por ejemplo:

Soporte para ancho de banda escalable y tasas de datos: WiMAX tiene una arquitectura de capa PHY, que permite escalar fácilmente las tasas de datos con un canal de banda ancha disponible (S-OFDMA). Esta escalabilidad es soportada en modo OFDMA, donde el número de subportadoras puede escalarse basado en la disponibilidad de un canal de banda ancha. Por ejemplo, un sistema WiMAX pude usar 128, 512, 1024 o 2048 subportadoras, ya sea que el ancho de banda del canal sea de 1.25, 5, 10 o 20 MHz respectivamente.

Esta escalabilidad puede hacerse dinámicamente para soportar el desplazamiento de los usuarios a través de las diferentes redes, las cuales pueden tener diferentes asignaciones de ancho de banda.

Redes Ópticas Activas & Pasivas

Redes Ópticas Activas (AON)

Es aquella red en la cual se utilizan elementos activos que requieren energía para su alimentación y permiten largas distancias entre la sala de equipos y los abonados.

Redes Ópticas Pasivas (PON)

Es aquella red en la que todos los elementos de la red son pasivos, por lo que no se necesita energía para alimentación en ningún punto intermedio de la red. Son las más utilizadas, sobre todo en redes extensas y aunque la distancia máxima es de 10 a 60 km, se considera suficiente.

DWDM 

Es un método de multiplexación muy similar a la Multiplexación por división de frecuencia que se utiliza en medios de transmisión electromagnéticos. 

• Varias señales portadoras (ópticas) se transmiten por una única fibra óptica utilizando distintas longitudes de onda de un haz láser cada una de ellas. 
• Cada portadora óptica forma un canal óptico que podrá ser tratado independientemente del resto de canales que comparten el medio (fibra óptica) y contener diferente tipo de trafico. 
• De esta manera se puede multiplicar el ancho de banda efectivo de la fibra óptica, así como facilitar comunicaciones bi-direccionales.

Derivaciones De Coaxial y Fibra Óptica

Sangrado De Fibra Óptica
Una herramienta para el sangrado de la protección holgada de los cables de fibra óptica que consiste en un mango dotado de un vástago movilizable en el interior de un empujador en el que se fija un soporte principal dotado en su zona inferior de un registro de soporte, presentando una perforación entre el soporte y el cuerpo adyacente, constituyendo la luz para la introducción de las fibras ópticas realizándose un sangrado e incorporando un muelle, así como tres pasadores y, disponiendo el cabezal de corte de una lengüeta externa y un portacuchillas con una cuchilla.

Figura 1: Herramienta Para El Sangrado De Fibra Óptica

Derivación En Cable Coaxial

Un método para formar una derivacion en un punto intermedio de un cable coaxil continuo que comprende un conductor interno, un dieléctrico que rodea al conducto interno,y un conductor externo que rodea al dieléctrico,comprendiendo el metodo las etapas de:formar una abertura en el conductor externo del cable coaxial; formar una cavidad en el dielectrico,debajo de la a- bertura;montar un inserto de derivación en el cable coaxil comprendiendo una cubierta de inserto de derivacion,un conjunto acoplador soportado por este teniendo el conjunto acoplador por lo menos una de las siguientes características: puede extraer señales del conductor central,puede insertar senales en el conductor central,puede extraer energía del conductor central,y puede insertar energia en el conductor central; y medios para montar el inserto de derivación en un alojamiento de derivacion de cable coaxial; y colocar el conjunto acopla- dor en la cavidad.Un conjunto de derivación apropiado para ser usado en el me- todo comprende un alojamiento de derivación y un inserto de derivacion. El alojamiento de derivacion comprende una primera, una segunda porción extrema, una porcion intermedia que tiene una ranura o rebajo; medios para fijar el alojamiento alrededor de un punto intermedio sobre un cable coaxial continuo; un elemento alineador que tiene una relación espacial predeterminada con la ranura; y medios para montar un inserto de derivación en la ranura.El inserto de derivacion incluye un conjunto acoplador de senales montado sobre una placa base y medios para proveer entrada y/o salida de rf y/o energía.

Figura 2: Tap

Servicios De Televisión Interactiva

En el caso por ejemplo de la televisión digital, podemos englobar aquí servicios ofrecidos del tipo:

EPG: Consulta de la guía electrónica de programas, que ayuda a tener una visión más rápida y eficaz de la programación.

Acceso al VPI (Visual Program Index): Nos permite ver minimizados los canales televisivos ofertados, provocando una rápida visualización del contenido.

Acceso a la información mejorada mediante aplicaciones interactivas sobre noticias, informes meteorológicos, tráfico, etc.

NVOD: Consumo de vídeos bajo demanda que se reemiten cada cierto período.

Línea telefónica: Aplicaciones de voz para contenidos con participación del público en directo, Pay Per View (PPV), posibilidad de ampliar la información publicitaria, etc.

SMS: Votaciones por medio de mensajes cortos.

Conexión a Internet: Si se dispone de un STB con conexión a Internet, obtenemos una mayor flexibilidad y el acceso alternativo a Internet, comúnmente contratado a través de líneas telefónicas.

Cable: Generalmente no requiere un canal de retorno separado como los anteriores y además ofrece servicios de Internet y correo electrónico.

FTTCab, FTTB, FTTH, FTTC + VDSL

FFTx

Es un término genérico para designar cualquier acceso de banda ancha sobre fibra óptica que sustituya total o parcialmente el cobre del bucle de acceso.

Figura 1. Arquitecturas FFTx

FTTCab (Fiber To The Cabinet)

La fibra termina en una cabina, en la calle, más lejos de los abonados que en FTTH y FTTB, típicamente en las inmediaciones del barrio, pero la cabina está más cerca del usuario, normalmente a menos de 300 metros.

Figura 2. FFTCab

FTTB (Fiber To The Building)

En FTTB o fibra hasta el edificio, la fibra normalmente termina en un punto de distribución intermedio en el interior o inmediaciones del edificio de los abonados. Desde este punto de distribución intermedio, se accede a los abonados finales del edificio o de la casa mediante la tecnología VDSL2 (Very high bit-rate Digital Subscriber Line 2) sobre par de cobre o Gigabit Ethernet sobre par trenzado CAT5. De este modo, el tendido de fibra puede hacerse de forma progresiva, en menos tiempo y con menor coste, reutilizando la infraestructura del abonado.

Figura 3. FFTB

FFTH (Fiber To The Home)

La tecnología de telecomunicaciones FTTH, también conocida como fibra hasta el hogar, se basa en la utilización de cables de fibra óptica y sistemas de distribución ópticos adaptados a esta tecnología para la distribución de servicios avanzados, como el Triple Play: Telefonía, Internet de banda ancha y televisión, a los hogares y negocios de los abonados.

Figura 4. FFTH

Espectro En Par De Cobre Para Redes Convergentes

Espectros

Primeramente se detalla la distribución del espectro en el par de cobre de las diferentes frecuencias de voz y datos esta representado en la figura 1.

Figura 1. Espectro de frecuencia para voz y datos en par de cobre

Splitter Para Voz & Datos

Los splitter's son dispositivos que filtran las sirve para separar la señal de voz de la de datos tanto en casa de los usuarios, como en la central. Ya que ambas ocupan distintas partes del ancho de banda como se demostro en la Figura 1, lo lógico es utilizar un par de filtros para separarlas en resumen es un filtro paso bajo para la voz, y un paso alto para los datos esto se describe en la Figura 2.

Figura 2. Splitter para voz y datos

Video Bajo Demanda

En la Figura 3 se pueden observar varias redes involucradas en la prestación del servicio VoD, una red de área amplia (Wide Area Network, WAN), que puede ser nacional o internacional y tiene capacidades de gran ancho de banda como se puede ver la forma de llegada al usuario es mediante par de cobre.

Figura 3. Red de VOD

Las redes cableadas tienen desventajas para la prestación de servicios de VoD y una de esas desventajas es la vulnerabilidad a daños físicos de los cables por el paso del tiempo, y esto no deja de ser un alto porcentaje de las fallas de la red, la solución de la red de acceso en cableado de cobre usando tecnología Línea de Suscriptor Digital Asimétrica (Asymmetric Digital Suscriber Line, ADSL) es la mejor propuesta que se tiene en la actualidad para la implementación del servicio VOD por las siguientes razones:

Divide el ancho de banda total de forma asimétrica, dándole mayor prioridad al flujo de bajada que al flujo de subida, necesaria para el envío de tramas de video por demanda; esta distribución se observa en la Figura 4.

Figura 4. Espectro de ADSL (red convergente voz, datos y video)

Se puede ver que VOD comparte el espectro con la telefonía y datos sobre la misma línea, lo que permite el empleo simultáneo del par de cobre para la conversación telefónica, la transmisión de datos y VOD.

Compresión Para Voz, Datos y Video

Las compresiones de voz, datos y video son las siguientes: 

• Voz telefónica (0-3.1 kHz)
• Datos (24-137 kHz)
• Video (200kHz-1.1 MHz)

Lo cual hace ver que se adaptan a los valores vistos en el espectro de la Figura 4.