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COMUNICACIONES SATELITALES
19/10/201419/10/2014 (^) Septiembre 2014 – Marzo 2015 11 Ing. Fernando Flores 19/10/201419/10/2014 22 Objetivos Conocer las partes constitutivas de un satélite, los sistemas comerciales de los satélites de comunicación y los pasos para establecerlos, así como la evolución que han tenido desde un inicio. Manejar los conceptos, parámetros y ecuaciones para calcular los enlaces entre los satélites y otras estaciones de comunicación apropiadas. Conocer los procesos que sufre una señal de origen, para poder ser transmitida por satélite y ser recibida en otro sitio de manera eficiente. 19/10/201419/10/2014 33 Objetivos Conocer los principios tecnológicos y ejemplos de los componentes constitutivos de las estaciones terrenas. Conocer las tecnologías de las diversas órbitas empleadas por los satélites, el cálculo de los parámetros de cobertura geográfica, y aspectos relacionados con el lanzamiento al espacio de los satélites. Conocer algunas características generales y otras partículares de operadores y sistemas internacionales de satélites.
19/10/201419/10/2014 44 Objetivos Conocer la legislación nacional e internacional relacionada con la utilización de los satélites. Comprobar algunas aplicaciones relacionadas con la recepción de TV en forma satelital. Conocer el proceso de instalación, ajuste y operación de un sistema de recepción de TV por satélite. Aprender el manejo de herramientas computacionales utilizadas en Comunicaciones Satelitales. 19/10/201419/10/2014 55
Horario
Jueves 08:00 – 09:
Viernes 11:00 – 13:
AULA: QE/
Evaluaciones
I Bimestre
- Prueba Parcial I (30%)
- Prueba Parcial II (40%)
- Presentación de trabajos (30%)
II Bimestre
- Prueba Parcial III (35%)
- Prueba Parcial IV (35%)
- Presentación de trabajos (30%) 19/10/201419/10/2014 66
19/10/201419/10/2014 1010 Contenido Conversión y tratamiento de señales
- Conceptos generales
- Características de las señales
- Adaptación
- Conversión analógico – digital
- Multiplexaje
- Modulación/Codificación del canal
- Compresión digital
- Cifrado o encripción 19/10/201419/10/2014 1111 Contenido Acceso múltiple
- Conceptos generales
- Acceso múltiple por distribución de frecuencia
- Acceso múltiple por distribución en el tiempo
- Acceso múltiple por diferenciación de código
- Acceso múltiple aleatorio
- Comparación de sistemas de acceso múltiple 19/10/201419/10/2014 1212 Contenido Estaciones terrenas
- Características generales
- Sistema de antena
- Transmisores y receptores
- Configuraciones de estaciones
- Interfaz y enlace con redes terrenales
- Infraestructura general y sistemas de energía
- Sistema de supervisión y control
19/10/201419/10/2014 1313 Contenido Segmento espacial
- Condiciones ambientales
- Carga de comunicaciones
- Plataforma
- Configuración física general
- Pruebas de los satélites
- Centro de control y estación TTS 19/10/201419/10/2014 1414 Contenido Órbitas, cobertura y lanzamiento
- Consideraciones generales
- Características de las órbitas
- Transferencia y mantenimiento de las órbitas
- Lanzamiento 19/10/201419/10/2014 1515 Contenido Sistemas internacionales de satélites
- Consideraciones generales
- Diferencias de organización
- Características individuales.
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Generalidades
1.1 Introducción
1.2 Perspectiva histórica
1.3 Servicios espaciales
1.4 Características de un enlace vía satélite
1.5 Configuración de un sistema
1.6 Organizaciones y operadores
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Porqué utilizar satélites?
Costo independiente de la distancia
Capacidad de establecer enlaces multipunto
Ancho de banda considerable
Amplia cobertura geográfica
No le afectan las barreras naturales
Servicio de zonas rurales o poco pobladas
Facilidad para establecer nuevos mercados
Facilidad de establecer nuevos servicios
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PERSPECTIVA HISTÓRICA
1232 Primeros cohetes autopropulsados conocidos
en China.
1903 K.Tsiolkovsky publica sus ideas de vuelos
espaciales
1926 Primer cohete de propulsión líquida en
Estados Unidos. R.H.Goddard
1942 Von Braun: V
1945 Arthur C. Clark. Idea los satélites
geoestacionarios comunicaciones
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1940’s Experimentos de reflexión lunar
1957 Satélite SPUTNIK-I (URSS)
1958 Satélite SCORE (USA)
1960 - 64 ECHO-I y ECHO-II: Primeros satélites
pasivos.
1960,62,63 Primeros satélites activos de la
NASA:COURIER, RELAY-1 y RELAY-2.
1962 - 63 TELSTAR-I y II. Primeros repetidores en
tiempo real.
PERSPECTIVA HISTÓRICA
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AMBIENTE ESPACIAL 1964
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SATELITES GEOESTACIONARIOS
1963 - 64 SYNCOM II y III. Primeros satélites
geoestacionarios
1964 Se forma INTELSAT, que pone en servicio
el primer satélite comercial (Early Bird o
INTELSAT-I)
El desarrollo de las sucesivas generaciones de
INTELSAT es una muestra de la evolución
tecnológica.
19/10/201419/10/2014 2828 Introducción Los satélites artificiales y las sondas de exploración del espacio se pudieron construir al desarrollarse los cohetes de gran potencia que se emplean como vehículos para su lanzamiento. Los satélites comerciales surgieron de la necesidad de establecer enlaces fiables de comunicación internacional de amplia cobertura, especialmente entre continentes, tanto para la comunicación telefónica y telegráfica como para televisión. 19/10/201419/10/2014 2929 Introducción Los primeros cables telefónicos transatlánticos, sucesores de los cables telegráficos submarinos, permitieron una mayor calidad de las comunicaciones que los ruidosos e inestables enlaces por radio en altas frecuencias. Debido a su característica de comunicar solo dos puntos geográficos específicos no facilitaban la comunicación directa de un punto a múltiples destinos para la distribución de señales de tipo radiodifusión entre cualquier país de un continente y cualesquiera de otro, entre otras limitaciones. 19/10/201419/10/2014 3030 Introducción El físico y escritor Arthur C. Clarke propuso aplicar el concepto de la órbita geoestacionaria * para ubicar en ella satélites artificiales para comunicación, de cobertura global. Esa idea permitió el desarrollo de los sistemas de satélites comerciales que han tenido mayor utilización en el ámbito mundial.
- La órbita geoestacionaria es aquella en el plano del ecuador donde los satélites cumplen una circunvolución completa alrededor de la Tierra en un día, por lo que, desde cualquier punto sobre ésta en el que puedan detectarse, parecen estar inmóviles, ocupando cada uno una posición en un círculo virtual único, el cual tiene capacidad para un número limitado de ellos.
19/10/201419/10/2014 3131 Introducción Sin embargo, por diversas razones, tanto para aplicaciones civiles como militares, para uso comercial, meteorológico, de prospección de los recursos de la Tierra, o de otra naturaleza, también se ha empleado un gran número de satélites de órbitas diferentes a la geoestacionaria. De hecho, la mayoría de los sistemas más ambiciosos de satélites comerciales, con inicio de operación reciente o cercanos a operar, contemplan el uso de órbitas más bajas que la llamada geoestacionaria. 19/10/201419/10/2014 3232
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
No puede tenerse una imagen completa de la comunicación por satélite sin considerar aunque sea someramente su desarrollo histórico. 19/10/201419/10/2014 3333
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
Durante los años de 1958 a 1963 se realizaron los primeros experimentos mediante satélites científicos construidos en diversos países, los cuales fueron determinantes para conocer mejor las características del espacio exterior, y cuando menos su efecto inmediato sobre los dispositivos y materiales que podrían ser utilizados en los satélites comerciales. Por supuesto, aun contando con la información recopilada durante más tres décadas, el estudio científico del espacio ha continuado y continuará sin tregua.
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DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
Telstar I de la compañía ATT de EUA fue lanzado en 1962 , en una órbita con apogeo a 5600 Km de altitud, siendo el primer satélite con amplificador basado en tubo de ondas progresivas y el primero que puede considerarse funcional y no solo experimental, permaneciendo en operación durante 7 meses. Después, en ese mismo año, se lanzó el satélite Relay 1 construido por RCA para la National Aeronautic Space Agency (NASA) de EUA, en una órbita con apogeo de 7400 km, operando en la banda C ( 6 / 4 GHz). Su altura era de 0. 84 m, con una antena omnidireccional, teniendo una masa de 78 kg 19/10/201419/10/2014 3838
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
Una cuestión que originó controversia y dudas en esos primeros años fue la relativa a las órbitas más adecuadas para la comunicación por satélite. Algunos pensaron que no era posible ubicar satélites en una órbita geoestacionaria, y otros que sería muy costoso lograrlo, además de las objeciones respecto al retardo de tiempo de las señales, debido a su largo recorrido. Por otro lado, los satélites de órbitas más bajas tendrían el inconveniente de requerir cuando menos dos o tres estaciones terrenas de enlace a las redes terrenales en cada sitio (que era el único tipo de estaciones previsto en esa época), con sistemas de rastreo, y transferir periódicamente la operación de un satélite a otro para mantener la continuidad del servicio. 19/10/201419/10/2014 3939
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
En febrero de 1963 se fundó COMSAT Corporation, promovida por el gobierno de los Estados Unidos de América mediante el Decreto de Comunicaciones por Satélite expedido en 1962 , constituyéndose como la primera compañía dedicada a telecomunicaciones nacionales e internacionales por satélite. En ese mismo año se produjeron las primeras reglamentaciones internacionales para las telecomunicaciones por satélite, en una Conferencia Extraordinaria de Radiocomunicaciones de la UIT.
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DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
También en 1963 , se lanzó el satélite Syncom 2 de la NASA en una órbita geosíncrona inclinada, construido por Hughes Aircraft Company, constituyendo el primer satélite geosíncrono operativo, el cual demostró la viabilidad técnica y la calidad del servicio posible mediante un sistema global de comunicaciones por satélite en la órbita geoestacionaria. Syncom pesaba 68 kg al momento de lanzamiento y contenía una carga útil que permitía el uso de 300 circuitos telefónicos o 1 canal de televisión en la banda S, contando con un sistema de control de orientación de peróxido de nitrógeno. Syncom 3 , lanzado en 1964 , fue el primer satélite geoestacionario, permitiendo a los europeos ver por televisión los juegos olímpicos de Tokio en vivo ese mismo año. 19/10/201419/10/2014 4141
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
En 1964 , después de difíciles negociaciones que en cierta medida se habían iniciado en 1959 , se creó la Organización Internacional de Telecomunicaciones por Satélite INTELSAT, con base en los llamados Acuerdos Interinos, a fin de operar un sistema comercial de comunicación por satélite de cobertura global. En la fase final de las negociaciones participaron 19 países, y 11 de ellos aprobaron los Acuerdos, creando la organización de tipo cooperativo el 20 de agosto, en que quedaron abiertos para firma. Antes de ser lanzado el primer satélite de INTELSAT 45 países eran ya miembros de la organización, la cual se convirtió en el operador preeminente de satélites en el mundo. 19/10/201419/10/2014 4242
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
El primer satélite comercial, el Intelsat I, conocido inicialmente como Early Bird, fabricado por Hughes Aircraft Company (y designado como serie HS 303 por esta compañía), se lanzó en 1965. Su diseño estaba basado en el de los Syncom, con algunas mejoras. Intelsat I, como sus antecesores, era estabilizado por rotación conjunta de todas sus partes sobre el eje de su cuerpo cilíndrico que conservaba su orientación por la inercia del efecto giroscópico. Sus señales iluminaban la región del Atlántico norte mediante una antena simple que radiaba con igual intensidad a 360 ° a su alrededor, por lo que la comunicación no era afectada por la rotación.
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DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
La tercera generación de satélites Intelsat inició el uso de antenas mucho más eficientes en los satélites comerciales, de haz concentrado y apuntamiento fijo hacia la Tierra, evitando el desperdicio de energía de más de 90 % que origina una antena que gira con el cuerpo del satélite (si emplea ese tipo de estabilización) y produce la misma potencia de radiación en cada dirección perpendicular a su eje (en forma toroidal) para no desapuntarse. Esta mejora, que permite aumentar la densidad de potencia del haz hacia la zona de cobertura, fue posible mediante la contrarrotación, o rotación de las antenas opuesta a la rotación de estabilización del cuerpo del satélite. 19/10/201419/10/2014 4747
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
Intelsat III construido por la compañía TRW, tenía también un cuerpo cilíndrico, con masa de 300 kg al lanzamiento. Contaba con 2 transpondedores en banda C, con capacidad para operar alrededor de 1200 circuitos telefónicos mas un canal de televisión, y una antena de haz global con polarización del tipo llamado circular. Entre 1968 y 1970 se realizaron 8 lanzamientos de satélites Intelsat III, de los cuales el primero falló. Al último satélite no le funcionó correctamente el motor de apogeo, no pudiendo colocarse en órbita, y otros cuatro tuvieron problemas, ya sea en la contrarrotación de las antenas, originando su retiro prematuro, o en la carga útil, por lo que la serie no fue exitosa a pesar de sus mejoras. La vida útil de estos satélites calculada en cinco años alcanzó solo tres y medio como máximo. 19/10/201419/10/2014 4848
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
Para fines de 1970 el sistema INTELSAT operaba con 20 estaciones terrenas en la región del océano Atlántico, 14 en el Pacífico y 12 en el Índico, con dos satélites en el Atlántico, uno en el Pacífico, y uno en el Índico. El 20 de agosto de 1971 se abrieron a la firma los acuerdos definitivos de INTELSAT. En noviembre se creó la organización internacional INTERSPUTNIK, inicialmente formada por la URSS y otros 9 signatarios. A dicha organización podía adherirse cualquier estado soberano y no solo miembros de la UIT como en el caso de INTELSAT, pero en realidad solo formaban parte de ella países del grupo comunista.
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DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
Entre 1971 y 1973 se lanzaron 4 Intelsat IV, quedando establecido un sistema global con este tipo de satélites. Los Intelsat IV, construidos por Hughes, tenían cuerpo cilíndrico de 2. 38 m de diámetro y 2. 81 m de altura (incluyendo el sistema de antenas su altura era de 5. 26 m), su masa al lanzamiento era de 1400 kg y de 732 kg la inicial en órbita. Una modificación importante respecto de la tercera generación consistió en la contrarrotación de toda la carga útil, incluyendo repetidor y antenas en lugar de solo las antenas. Intelsat IV tenía un sistema de control de orientación o actitud con propulsión de hidracina. 19/10/201419/10/2014 5050
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
La carga útil contenía 12 transpondedores de 36 MHz cada uno en banda C, lo que representó un gran incremento de capacidad de tráfico, varias veces superior a sus antecesores, para 6000 circuitos telefónicos o 12 canales de televisión, o 4000 circuitos telefónicos y 2 canales de televisión. Tenían una antena de haz global con 17 ° de cobertura angular y dos antenas de haz puntual de 4. 5 ° con control de orientación desde tierra. Se lanzaron en total 8 Intelsat IV, el último en 1975 , habiendo fallado el vehículo de lanzamiento solo en el sexto. 19/10/201419/10/2014 5151
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
Esta generación fue altamente exitosa en su desempeño, convirtiéndose su diseño en la base para algunos sistemas nacionales de satélites. Su vida útil planeada era de 7 años, pero operaron hasta por diez o más, habiéndose retirado el último en 1985. En 1972 se lanzó el satélite Anik A 1 de la compañía Telesat de Canadá, creándose el primer sistema nacional de comunicación por satélite fuera de la URSS. El contratista principal de Anik A 1 fue Hughes Aircraft Co. Tenía 12 transpondedores en banda C con capacidad para 5760 circuitos telefónicos o 12 canales de televisión.
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DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
En esa época dicha solución era apropiada para satélites de gran cobertura, con un amplio espacio oceánico intermedio sin servicio, como los requeridos para la mayoría de las necesidades de la organización. Intelsat IV-A tenía una carga útil de 20 transpondedores, pero en otros aspectos era muy similar al Intelsat IV, con solo un poco más de masa. Entre 1975 y 1978 se lanzaron 6 Intelsat IV-A mediante el cohete Atlas Centauro. En 1975 se lanzó el satélite Satcom 1 de RCA American Communications, Inc. (RCA Americom, actualmente GE Americom) construido por RCA Astro Electronics Division. Este satélite de cuerpo rectangular del cual se proyectaban dos paneles de células solares tenía 585 kg de masa en órbita al inicio de su vida y era estabilizado por tres ejes con la tecnología empleada por RCA para satélites meteorológicos de órbita baja. 19/10/201419/10/2014 5656
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
También utilizaba la tecnología de reuso de frecuencias por polarización cruzada , mediante la cual dos señales de la misma frecuencia y en la misma zona de cobertura se discriminan mediante distinta polarización, duplicando la capacidad. Tenía 24 transpondedores en banda C y junto con los demás de la misma serie se empleó en gran medida para distribución de programas de televisión a sistemas de cable. Se lanzaron 8 satélites Satcom en banda C hasta 1983. En 1975 se lanzó el primer satélite geoestacionario Raduga 1 /Statsionar para servicio nacional en la URSS impulsado por el vehículo Protón D- 1 - e y equipado con un sistema de estabilización en tres ejes. 19/10/201419/10/2014 5757
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
En 1976 se lanzó Marisat 1 , el primer satélite para comunicaciones marítimas, construido para Comsat como parte de una orden de tres satélites. Su cuerpo cilíndrico estabilizado por rotación tenía una masa inicial en órbita de 330 kg. La carga útil de Marisat operaba en las bandas UHF, L y C, para prestar servicios de voz, teletipo, facsímil y datos en un sistema de cobertura global promovido por Comsat y establecido en asociación con otras empresas importantes de comunicación de EUA. Ese mismo año se lanzaron Marisat 2 y 3.
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DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
La serie de 4 satélites Comstar de Comsat General Corporation (COMSAT) para servicio nacional de los EUA fue construida por Hughes Aircraft Co. El primer satélite (Comstar-D 1 ) se lanzó en 1976 y el último (Comstar-D 4 ) en 1981. Comstar, basado en el Intelsat IV-A y con masa en órbita de 790 kg contaba con reuso de frecuencias por polarización lineal cruzada y 24 transpondedores en banda C con capacidad de 18 , 000 circuitos telefónicos. Comstar se destinó en gran medida a prestar servicios a las dos grandes compañías telefónicas AT&T y GTE. 19/10/201419/10/2014 5959
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
En septiembre de 1976 se creó la organización internacional para comunicaciones marítimas por satélite INMARSAT, de cobertura global, al abrirse a la firma sus Acuerdos en la ciudad de Londres, después de un proceso de propuestas y negociaciones que duró varios años. Los acuerdos de INMARSAT entraron en vigor en junio de 1979. En los años posteriores a 1976 , además de los sistemas ya mencionados, en los cuales se aplicaron inicialmente muchas de las tecnologías básicas para los satélites de comunicación, se ha orbitado un gran número de ellos para servicio nacional de distintos países en todo el mundo. 19/10/201419/10/2014 6060
DESARROLLO DE LA COMUNICACIÓN POR SATÉLITE
También se crearon diversos sistemas internacionales de cobertura regional o global. INTELSAT solicitó una nueva serie Intelsat V a Ford Aerospace and Communications Corporation de EUA (FACC, actualmente Space Systems/Loral) como contratista principal. FACC tenía como subcontratistas a varias empresas representativas de países miembros de Intelsat con inversión importante en la organización, como Aerospatiale y Thomson-CSF de Francia, Selenia de Italia, Mitsubishi Electric Corporation de Japón, GEC-Marconi del Reino Unido y Messerschmitt-Bolkow-Blohm (MBB) de la República Federal de Alemania.
