Enlaces Satelitales-Parte 2.ppt
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Comunicaciones Satelitales
Análisis de los Enlaces Satelitales
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Resumen• El nivel de recepción de un enlace satelital
Uplink o Downlink depende fundamentalmente de:
La PIRE del equipo transmisor.Considera pérdidas entre el transmisor y antena
así como las pérdidas de apuntamiento.
Las características del medio de transmisión.Incluye pérdidas por atenuación atmosférica.
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Resumen• El nivel de recepción de un enlace satelital
Uplink o Downlink depende fundamentalmente de:
Las características del equipo de recepción.Considera pérdidas entre el receptor y antena así
como de apuntamiento y polarización.
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Cálculo del C/N
• El objetivo de cualquier sistema de comunicaciones es transferir información entre un punto y otro con el mínimo de distorsión.
• El ruido es un tipo de señal no deseada que se adiciona a la señal de información y que reduce las posibilidades del receptor para reproducir la señal transferida.
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Cálculo del C/N
• El origen de este tipo de señal la podemos dividir en:Ruido emitido por fuentes naturales.Ruido generado por los componentes
electrónicos del equipamiento.
Señal
TX RX
Ruido de fuentes naturales
Ruido de los componentes
MUX MUX
Señal + Ruido
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Definición de ruido
• La potencia de ruido es medida dentro del ancho de banda del receptor.
• Si consideramos que la densidad de potencia espectral es N0 en W/Hz, la potencia equivalente de ruido en un receptor de ancho de banda B es:
N = N0 BN
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Definición de Ruido
• El ruido real no es necesariamente constante durante todo el tiempo pero el modelo es conveniente para tener una representación del ruido observado en un determinado ancho de banda.
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Definición de Ruido
• Temperatura de ruido es la temperatura a la que tendríamos que colocar un elemento resistivo para que por actividad electrónica genere la misma potencia de ruido.
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Definición de Ruido
• La temperatura de ruido entregada por una fuente de potencia de ruido N se define como:
T = N/k B ( grados kelvin)
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Definición de Ruido
• Densidad espectral del ruido blanco.
(W/Hz)
N0
frecuenciaB
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Temperatura Equivalente
• Se define la temperatura de ruido equivalente Te de un dispositivo real, como la temperatura que sería necesario incrementar en la carga de entrada para producir la misma potencia de ruido a la salida de un dispositivo ideal.La Te esta asociada a la temperatura física del equipo.
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Temperatura Equivalente
R
R
DispositivoReal
DispositivoIdeal
Generan la misma potencia
de ruido
N = K Te G B
Sin temperatura de ruido
Temperatura TeLa ganancia del dispositivo G
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Figura de Ruido
• La figura de ruido F de un sistema es la relación de la potencia de ruido a la salida del dispositivo con la potencia generada a la entrada por una fuente de temperatura T0 siendo T0 = 290° K :
F = { G k (Te + T0) B} / {G k T0 B}
F = (Te + T0)/ T0 = 1 + Te/ T0
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Temperatura de ruido de una Antena
• El ruido captado por una antena esta compuesto de :
Ruido Estelar.Ruido Terrestre.Ruido de los elementos propios de la antena.
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Temperatura de ruido de una Antena
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Temperatura de ruido de una Antena
• La antena recoge el ruido a través del patrón de irradiación de la antena.
• El ruido de antena es función del ángulo de elevación de la misma.
• Podemos asumir que la temperatura de ruido de antena TA es la suma de todos estos factores.
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Temperatura de ruido de una Antena
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Temperatura de ruido de una Antena
• Consideremos la radiación de un cuerpo localizado en la dirección (θ,φ) con una temperatura de ruido Tb(θ,φ) y donde la ganancia de antena tiene un valor de G(θ,φ) , la temperatura de ruido de una antena es:
TA = (1/4π) ∫∫ Tb(θ,φ) G(θ,φ) d Ω
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Temperatura de ruido de un atenuador
• Un atenuador es un elemento pasivo formado por arreglos de resistencias y trabaja a temperatura ambiente TF entonces la Te para un atenuador es:
Te = (LF -1) TF
si la TF = T0 entonces la figura de ruido del atenuador es:
FF = LF
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Temperatura de ruido de elementos en cascada
• Consideremos un conjunto de N dispositivos en cascada cada uno con una ganancia de Gj (j = 1,2,3….. N) podemos inferir que la temperatura equivalente será:
Te = Te1 + Te2/G1 + Te3/G1G2….TeN/G1G2…GN-1
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Figura de ruido de elementos en cascada
• La figura de ruido de los elementos en cascada son:
F = F1 + (F2 – 1)/G1 + (F3 – 1)/G1G2 ….(FN -1)/G1G2….GN-1
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Temperatura de ruido de la cadena de recepción
Receptor
TA
T1
T2 TR
LFRXTF
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Temperatura de ruido de la cadena de recepción
• En nuestro análisis vamos a determinar la temperatura de ruido en T1 y T2:T1 a la salida de la antena.T2 a la entrada del receptor.
• La temperatura de ruido a la salida de la antena T1
T1 = TA + ( LFRX – 1)TF + TR / GFRX
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Temperatura de ruido de la cadena de recepción
• La temperatura de ruido a la salida de la antena T2
T2 = T1 / LRFX
T2 = TA / LRFX + (1 – 1/ LFRX)TF + TR
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Relación Señal a Ruido a la entrada del receptor
• Existen diversas formas de presentar esta relación:La relación entre la señal de portadora
modulada C y la potencia de ruido N.La relación entre la señal de portadora
modulada C y la potencia de ruido espectral N0.
La relación entre la señal de portadora modulada C y la temperatura de ruido T.
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Relación Señal a Ruido a la entrada del receptor
• Consideremos la potencia de la señal recibida como:
C = PRX
• La potencia de la señal de recepción la determinamos mediante:
(PIRE del Transmisor)(Ganancia de Recepción)
(Pérdida de Espacio Libre) C =
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Relación Señal a Ruido a la entrada del receptor
• El nivel de la portadora recibida C, se puede calcular de la siguiente formula:
PRX = (PTX GTmax/LTLFTX)(GRmax /LRLFRXLPOLLFSLA)
PIRE PérdidasLado
Transmisor
Gananciadel
Receptor
PérdidasLado
Receptor
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Relación Señal a Ruido a la entrada del receptor
• El nivel de ruido recibido N0, se puede calcular de la siguiente formula:
N0 = {TA/LFRX + TF ( 1 – 1/LFRX) + TR } k
• La relación C/N0 quedaría resumida en:
(PIRE del Transmisor)(Ganancia de Recepción)
(Pérdida de Espacio Libre) (Temperatura de Ruido) kC/N0 =
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Figura de mérito del equipo de recepción
• La expresión C/N0 presenta tres factores:La PIRE del equipo de transmisión.Las características del medio de transmisión.Las características del equipamiento de
recepción.
• Las características del equipamiento de recepción es conocido como figura de mérito del equipamiento del recepción G/T.
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Temperatura de ruido de antena
• En el análisis de la temperatura de ruido de una antena tenemos que considerar dos casos:
Antena del Satélite UPLINK.Antena de la Estación Terrena DOWNLINK.
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Temperatura de ruido de antena
• El ruido capturado por la antena del satélite proviene de la tierra y del espacio exterior.
• El ancho de Beam con el cual el satélite cubre toda la tierra es de 17.5° para el caso de un satélite geoestacionario.
• La temperatura de ruido de una antena depende de la frecuencia y la posición orbital del satélite.
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Temperatura de ruido de antena
• Para Beam de menor cobertura depende de la frecuencia y del área de cobertura.
• La tierra tiene mayor radiación de ruido que los océanos.
• En caso de no tener valores precisos podemos asumir 290°K.
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Temperatura de ruido de antena
• El ruido captado por la antena de la estación terrena corresponde al generado por el cielo y por la tierra.
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Temperatura de ruido de antena
• Para condiciones de cielo despejado se tiene que:El ruido proviene del cielo y de la superficie
de la tierra.La contribución del cielo la determinamos
mediante:
TA = (1/4π) ∫∫ Tb(θ,φ) G(θ,φ) d Ω
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Temperatura de ruido de antena
• La radiación de la tierra en vecindad de la estación es capturada por los lóbulos laterales de la antena y del lóbulo principal en caso que el ángulo de elevación sea pequeño.
• La contribución de cada lóbulo esta determinada por:
Ti = Gi (Ωi/4π) TG
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Temperatura de ruido de antena
• Donde Gi es la ganancia principal del lóbulo de ángulo sólido Ωi y TG es la temperatura de destello de la tierra.
• Los rangos de la temperatura de la tierra son:
290°K Para un Angulo de -10°
150°K -10° ≤ E ≤ 0°
50°K 0° ≤ E ≤ 10°
10°K 10° ≤ E ≤ 90°
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Patrón de irradiación
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Temperatura de ruido de antena
• La temperatura de ruido de la antena TA
esta definida por:TA = Tcielo + Ttierra
• Hay que considerar en caso de existir la interferencias producidas por equipos en la vecindad.
• La radiación del sol y de la tierra también afectan la temperatura de ruido de la antena
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Temperatura de ruido de antena
• La temperatura de ruido se incrementa durante la presencia de fenómenos meteorológicos como la lluvia o la nubosidad.
• Tenemos que considerar que los fenómenos atmosféricos como la lluvia y neblina absorben energía consecuentemente la emiten.
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Temperatura de ruido de antena
• La temperatura de antena para el caso de cielo lluvioso se determina por:
TA = Tcielo/Alluvia + Tm ( 1 – 1/Alluvia) + Ttierra
• Como consecuencia la temperatura de antena depende fundamentalmente de la frecuencia, el ángulo de elevación y las condiciones atmosféricas.
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Temperatura de ruido del receptor
LO
LNA IF
MIXERTLNA,GLNA Tif,Gif
Tmx , Gmx
TR = TLNA + TMX/GLNA + TIF/GLNAGMX
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Sun Outage
• Es la interrupción o degradación de los enlaces de comunicación satelital causado por la interferencia generada por el sol.
• Esta interferencia es recibida en la antena de la estación terrena.
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Sun Outage
• El sol es un generador de ruido de banda ancha debido a la radiación producida por las altas temperaturas de su superficie, que pueden llegar a los 6000°K.
• Debido al movimiento del sol a través del cielo existen períodos donde el sol se ubica justo detrás del satélite, interfiriendo con las comunicaciones.
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Sun Outage
• Las antenas de menor diámetro son mas afectadas por este fenómeno debido a la amplitud de su Beam.
• Esta interferencia puede ser predecida por los operadores, permitiendo a los usuarios tomar las acciones correctivas correspondientes.
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Enlace Satelital Típico
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Enlace Satelital Típico
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Enlace Satelital Típico
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Enlace Satelital Típico