Comunicaciones por Satélite.

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Tengo por aquí una recopilación de apuntes que creo que pueden ser prácticos para muchos. Empiezaran por cuestiones básicas e irán poco a poco profundizando en las comunicaciones vía Satélite, hasta lo más vanguardista que conozco.
Para algunos será algo bastante obvio, pero para otros igual es desconocido. Para todos, espero os guste.
Saludos.


CONCEPTOS BÁSICOS COMUNICACIONES POR SATÉLITE
Señal en Banda Base (BB).- Banda de frecuencias producida por un generador de señales, antes de sufrir modulación alguna.
Señal de Frecuencia Intermedia (FI).- Frecuencia que se obtiene de la mezcla de la señal sintonizada en la antena con una frecuencia variable generada localmente mediante un oscilador local.
Señal de Radio Frecuencia (RF).- Porción del espectro electromagnético en el que se puede generar ondas electromagnéticas aplicando corriente alterna a una antena. Es la frecuencia a la que se produce la comunicación entre antena y satélite.

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Ancho de banda.- Rango de frecuencia, medido en Hertzios, dónde se concentra la mayor parte de la potencia de la señal. A mayor cantidad de información a transmitir, mayor ancho de banda.
Armónicos.- Determinados componentes generan otras señales no deseadas cuyas frecuencias serán múltiplos enteros de la señal modulada (frecuencia principal). Estos armónicos pueden interferir y deben eliminarse mediante filtro.
Interferencia.- se produce cuando dos señales comparten medio creándose una interacción entre el campo electromagnético de ambas.
Ruido.- Perturbación aleatoria en la señal proveniente de diversas fuentes. El ruido perjudica la calidad de nuestra transmisión, a la hora de representarlo se puede considerar que tenemos ruido a cualquier frecuencia, por lo que al amplificar nuestras señales, también amplificamos el ruido.
Relación señal/ruido.- Relación entre el máximo de nuestra señal y el nivel de ruido. Depende tanto del enlace como de la estación que lo realiza.
Factor fundamental y de espacial interés a la hora de cuantificar la calidad de las comunicaciones, cuanto mayor es este parámetro, mejor es la comunicación.

Existen 3 tipos de relación señal/ruido:
- C/N (Carrier to Noise).- Relación portadora – Ruido
- S/N (Signal to Noise) .- Relación señal analogical - Ruido
- EB/N0.- Relación señal – Ruido digital

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Modulación.- Consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora.
Conseguimos un aprovechamiento del canal de comunicación, lo que posibilita la transmisión de mayor información de forma simultánea, protegiéndola de posibles interferencias y ruidos.
Polarización.- Figura geométrica que traza el extremo del vector campo eléctrico a una cierta distancia de la antena al variar el tiempo.
Polarización lineal.- Con distintos ángulos de inclinación.
Polarización circular o elíptica.- a derechas o izquierdas.
Mediante el cambio de polarización conseguimos la reutilización de frecuencias permitiendo que la antena sea capaz de discriminar señales, aprovechándose de esta forma la utilización con varias señales diferentes.

polarizacion_L.jpg

polarizacion_C.jpg

Multiplexación.- Técnica por medio de la cual se pueden combinar un cierto número de señales independiente (Tributarios) en una señal compuesta adecuada para la trasmisión por un canal común (Agregado).
Se pueden combinar señales analógicas y digitales, o las dos al mismo tiempo.

MUX_000.jpg

Tipos de Multiplexación:
- FDM: Multiplexación por división de frecuencias.

FDM.png

- TDM: Multiplexación por división en el tiempo

TDM.png

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Técnicas de Acceso Múltiple.

- Varias estaciones de la misma red intercambian información a través de un único punto nodal, el satélite.
- Acceso Múltiple por División de Frecuencia. (FDMA)
- Acceso Múltiple por División en el Tiempo (TDMA)
- Acceso Múltiple por División de Códigos (CDMA)
- Acceso Múltiple Aleatorio en el Tiempo (TRMA)

- Por la forma de asignar los recursos del satélite a los usuarios.
- Pre-asignados, de una forma fija o parcialmente fija, ciertos usuarios disponen de determinados recursos, Frecuencias, portadoras, slots temporales, códigos.
- Asignación por petición, acceso múltiple asignado bajo demanda (DAMA).
En un satélite o en un transpondedor pueden utilizarse diferentes técnicas de acceso, y/o combinación de las anteriores.

Características de FDMA.
- División del ancho de banda de cada transpondedor en bandas más pequeñas (portadoras).
o Pequeña banda de guarda para evitar solape de espectros.
o Cada portadora puede modularse analógica (FM) o digitalmente (PSK)
- Cada estación terrena transmite continuamente
- El receptor del enlace descendente selecciona la portadora deseada de acuerdo a la frecuencia utilizada
o Hacen falta tantos receptores como portadoras se desee seleccionar.
- Puede utilizar sistemas pre-asignados o sistemas o sistemas de asignación por petición.
- La división del ancho de banda total en el satélite en varios canales es una forma de acceso múltiple por división de frecuencia.
o Es el método más sencillo de implementar y el primero que se utilizó.
o Actualmente no es muy utilizado como método único de acceso
- Principal inconveniente: aparición de productos de intermodulación en las bandas ocupadas, producidos por la característica de transferencia no lineal de los amplificadores de potencia.

Características de TDMA.
- Cada estación dispone totalmente del ancho de banda del transpondedor pero solo en un determinado intervalo de tiempo.
- Solo existe una portadora en el sistema a la vez, elimina los productos de intermodulación y permite al amplificador trabajar en el punto de saturación.
o Las señales en Banda Base son moduladas por una portadora.
o La sincronización es fundamental para evitar que las ráfagas (burst) de una estación no se solapen con las de otra estación. Debido al movimiento de los satélites, incluso en órbitas geoestacionarias, hace que la sincronización no sea sencilla.
- Principal inconveniente: necesidad de buena sincronización.

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Características de CDMA.
- Cada estación transmite continuamente y de forma simultánea en todo el ancho de banda del canal mediante técnicas de espectro ensanchado.
o Las interferencias entre estaciones es resuelta por el receptor que identifica al transmisor por medio de un código.
o Los códigos utilizados son secuencias binarias ortogonales con ciertas propiedades de correlación, que se combinan con la señal de información en cada transmisor. (espectro ensanchado
- Ventajas: protección frente a interferencias de otros sistemas y a los trayectos múltiples. No necesitan una sincronización entre transmisores ni en la red.
- Inconvenientes: Necesidad de sincronización en el receptor y complejidad de la misma. La baja eficiencia del sistema en comparación con otras técnicas.

Características de TRMA.
- Técnicas en redes con un número elevado de estaciones.
o Cada estación transmite cortos mensajes generados de forma aleatoria casi sin ningún tipo de restricción.
o Ráfagas de duración limitada que ocupan todo el ancho de banda
o Dos o más mensajes pueden colisionar en el satélite.
o La estación terrena receptora debe identificar esa colisión y solicitar la retransmisión de los paquetes colisionados.
o Las prestaciones son medidas en términos de eficiencia (Throughput) y retardo medio de transmisión.
o La eficiencia es la relación entre el volumen de tráfico ofrecido y la máxima capacidad del canal de transmisión.
o El retardo de transmisión es una variable aleatoria. Su valor medio indica el tiempo medio entre la generación de un mensaje y su correcta recepción en la estación destino.
o Usadas en redes privadas con pequeñas estaciones (redes VSAT).