Comunicaciones por Satélite - GR - Universidad Politécnica de Madrid
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Comunicaciones por Satélite - GR - Universidad Politécnica de Madrid
Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid CURSO 2009/10 “Comunicaciones por Satélite” Profesores: Ramón Martínez Rodríguez-Osorio (B-407) Miguel Calvo Ramón (C-412) Fecha: Horario: Primer Cuatrimestre Lunes de 12 a 14 h Miércoles de 12 a 14 h Aula: A-120 E-mail: [email protected] Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 1 Índice • Objetivos del curso • Motivación • Perspectiva histórica • Descripción del sistema de comunicaciones por satélite • Servicios espaciales y frecuencias • Organizaciones y sistemas comerciales • Subsistemas y estructura básica de un satélite de comunicaciones • Servicios y aplicaciones • Organización del curso Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 2 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 1 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Objetivos del Curso • En conocimientos: – Conocer los diversos aspectos que deben considerarse en los proyectos de sistemas de telecomunicación a través de satélites (radioenlaces espaciales) – Conocer los subsistemas que integran los satélites de comunicaciones y comprender su misión – Conocer los segmentos espacial, terreno y de usuario de un sistema de comunicaciones por satélite (arquitectura) – Familiarizarse con las redes de satélite y comprender las necesidades, evolución tecnológica y los retos futuros – Conocer las especificaciones de los sistemas de comunicaciones por satélite • En competencias: – Desarrollar las capacidades de comunicación oral y escrita de los alumnos – Familiarizarse con la lectura de artículos científicos y tecnológicos (en inglés) CSAT 3 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo ¿Por qué el satélite? • Coste independiente de la distancia • Capacidad de establecer enlaces multipunto (Radiodifusión) • Ancho de banda considerable • Amplia cobertura geográfica • No le afectan las barreras naturales • Servicio a zonas rurales o poco pobladas • Despliegue rápido de redes de comunicaciones una vez puesto en órbita • Facilidad para establecer nuevos mercados y modelos de negocio • Posibilidad de ofrecer todo tipo de servicios Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 4 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 2 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Origen de las Comunicaciones por Satélite • Hermann Noordung en 1929 (The Problem of Space Flight, The Rocket Engine) – Describe el concepto de órbita geoestacionaria y su valor científico – Aspectos de ingeniería de vehículos espaciales • Arthur C. Clarke en 1945 (Extraterrestrial Relays, Wireless World) – Describe el uso de la órbita geoestacionaria para comunicaciones (actualmente la más usada por los satélites de comunicaciones) – Describe la cobertura global usando 3 satélites a 120 grados (sistema TDRSS (USA)) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 5 Origen de las Comunicaciones por Satélite Arthur C. Clarke (1917-2008) John Pierce (1910-2002) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo Harold Rosen (1926-) CSAT 6 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 3 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Breve Historia (1) • 1957 - (4 de Octubre) SPUTNIK I (URSS) • 1958 - SCORE (Signal Communicating by Orbiting Relay Equipment) (USA) – UL → 150 MHz – DL → 132 MHz (8 W, 35 días) • 1960-1964 - ECHO (I, II) - Repetidores pasivos (D=30m) • 1962-1963 - TELSTAR (I, II) - Repetidor en tiempo real – UL → 6.38958 GHz – DL → 4.16972 GHz • 1963-1964 - SYNCOM I, II, III - Geoestacionario • 1964 - INTELSAT I (Early Bird) – Primer satélite comercial – UL → 6.3/6.4 GHz Europa/USA – DL → 4.08/4.16 GHz Europa/USA Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 7 Breve Historia (2) • 1964 - INTELSAT I (34 Kg, 50 MHz, 240 dúplex / 2 TV) • 1993 - INTELSAT VI (1800 Kg, 3360 MHz, 33000 dúplex + 2 TV) • 1965 - MOLNYA - 1 (Satélite de órbita elíptica de 12 horas para transmisión de TV) URSS • 1971- Conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones para Telecomunicaciones Espaciales • 1971- Creación de INTERSPUTNIK (URSS y 9 signatarios) • 1972 - Política “cielos abiertos” FCC – Propiedad privada de los satélites de comunicaciones • • • • 1977 - Creación de EUTELSAT (lanzamiento ECS en 1983) 1983 - Difusión directa TV 1992 - Lanzamiento del primer HISPASAT (1A) 2009 - Lanzamiento de Amazonas 2 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 8 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 4 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Sputnik 1 (1957) Sonido de la Radiobaliza Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 9 Echo I y II (1960 y 1964) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 10 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 5 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Terminal de tierra para Echo • Holmdel horn antenna (Bell Labs) – Apertura de 36 m2 – Aluminio y acero Arno Penzias y Robert W. Wilson (1975) Nobel Prize in Physics 1978 "for their discovery of cosmic microwave background radiation" Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 11 Telstar I y II (1962-63) Diámetro: 87 cm Peso en Órbita: 85 kg Apogeo: 10800 km (Telstar II) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 12 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 6 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Syncom (1964) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 13 Syncom (1964) Inauguración del Syncom: conversación telefónica entre J. F. Kennedy y el Primer Ministro Belewa de Nigeria. Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 14 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 7 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Syncom 3: imágenes de prueba (1964) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 15 Syncom 3: JJ OO Tokyo 1964 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 16 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 8 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Intelsat I: Early Bird (1964) Diámetro: 0.71 m (2 ft. 4 in.) Altura: 0.59 m (1 ft. 11 in.) Peso en Órbita: 34 kg (76 lb) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 17 Intelsat IV (1971) Diámetro: 2.38 m (7 ft. 9 in.) Altura: 5.31 m (17 ft. 5 in.) Peso en Órbita: 595 kg (1313 lb) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 18 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 9 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Anik-C (1978) 2.82m 6.43m Diámetro: 2.16 m Peso en órbita: 562.5 kg CSAT 19 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo Evolución Satélites INTELSAT IN T ELSAT Sa te lite 1er lanza. Dim. (m) Peso (kg) Pot (eol) W. BW (tot) MHz #Circ.Telef. I II III IV V VI 1965 d=0.71 h=0.59 34 46 50 240 1967 d=1.42 h=0.67 76 85 130 240 1968 d=1.42 h=1.98 152 125 360 1500 1971 d=2.38 h=7.01 595 569 450 5000 1980 env=15.27 h=6.71 1020 1220 2250 24000 1986 d=3.6 h=11.7 1800 2100 3360 33000 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 20 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 10 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Evolución Satélites INTELSAT Fuente: J. Cuéllar, S. Landeros, R. Neri, Innovaciones Tecnológicas en Satélites y Estaciones Terrenas, Ciencia y Desarrollo, pp. 4-17, Mayo/Junio 2002, México. Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 21 Intelsat 901 (2001) Peso en Órbita: 4723 kg Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 22 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 11 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Ubicación Satélites Intelsat Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 23 Small GEOs • Programa ARTES-11 de la ESA • 15 años • Carga útil de 300 kg y 3 KW • Hispasat AG-1 – 24 transpondedores Ku – 3 en banda Ka – REDSAT payload • Industria española • Procesado a bordo • Haces reconfigurables (Ku, 36 MHz) – Partners: • Hispasat • Thales Alenia Space (carga útil) • EADS-CASA (antenas) • OHB System AG • TESAT GmbH Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 24 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 12 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Los orígenes en España • 1974: INTASAT • – Estudio de la ionosfera – Prisma dodecagonal (457 mm de alto, 442 mm entre caras) – 25 kg – Sólo dos años de vida útil Comunicaciones – 136.710 MHz – PCM-PSK-PM – 27 canales analógicos, 8 digitales todo-nada (128 bit/s) – Potencia: 100 mW – 4 antenas telemedida RHCP en “turnstile” (490 mm), 2 antenas del faro ionosférico (1880 mm) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 25 Otros desarrollos españoles Helios 1A (1995) Satélite de observación militar UPMSAT (1995) Carácter educativo y científico Minisat 01 (1997) Satélite de observación Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 26 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 13 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid El satélite Amazonas (2004) CSAT 27 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo El satélite Amazonas (2004) Cobertura Europa (Ku) Cobertura América (C) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 28 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 14 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Satélite INGENIO El Gobierno garantiza el primer satélite español con 200 millones de inversión Julio de 2007 • “… la presentación del Plan Nacional de I+D+i 2008-2011 …, que España fabricará un satélite para la Observación de la Tierra para que esté en órbita a partir de 2010” • “… se invertirán 200 millones para que en 2010 esté en órbita el primer satélite español fabricado íntegramente en España. El proyecto creará 600 empleos de alta cualificación” • “La principal novedad del proyecto reside en la dotación económica (200 millones de euros), ya que la construcción y los instrumentos económicos para su fabricación se acordaron a finales de 2005, tras dos años de trabajo entre el Centro de Desarrollo Tecnológico e Industrial (CDTI) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), dependientes de los Ministerios de Industria y Defensa, respectivamente.” Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 29 Nanosat (2004 y 2009) Programa de Nanosatélites del INTA Nanosat 1B (2009) Hexágono de 50 cm Órbita polar de 600 km Demostración en órbita de experimentos Comunicaciones con estaciones científicas de la Antártica Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 30 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 15 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid COMSAT (1963) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 31 Antenas en Tierra. VSAT D~55 cm Banda Ku G(12.6 GHz)=36.1 dBi Peso=2.15 kg F/D=0.58 D~180 cm Banda Ku G~46 dBi Peso=9.6 kg F/D=0.42 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 32 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 16 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Terminales BGAN Thrane & Thrane EXPLORER 500 (432/344 kbit/s) 1.28 kg Banda L (1.5-1.6 GHz) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 33 Organizaciones Exploración e investigación espacial • ESA (European Space Agency) • NASA (National Aeronautics and Space Administration) – JPL (Jet Propulsion Laboratory) • JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) • CNES (Centre Nationale d'Etudes Spatiales) – Antes, NASDA (NAtional Space Development Agency) • ISRO (Indian Space Research Organisation) • … • INTA (Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 34 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 17 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Organizaciones Organismos reguladores • ITU (International Telecommunications Union): – CCIR → ITU-R (Comité Consultivo Internacional de Radio) – CCITT → ITU-T (Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía) • FCC (Organismo regulador de Telecomunicaciones en USA) • ETSI (Organismo regulador y de estandarización en Europa) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 35 Organizaciones Organizaciones internacionales • INTELSAT (INternational TELecommunications SATellite Consortium) – FSS (hace unos años, adquirió PanAmSat) • INMARSAT (INternational MARitime SATellite Organization) • EUTELSAT (EUropean TELecommunication SATellite Organization) – Comunicaciones Móviles (Marítimas) – Comunicaciones Europeas • ARABSAT, ASIASAT, AUSSAT España • HISPASAT • HISDESAT Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 36 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 18 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Operadores Consorcios • GLOBALSTAR • THURAYA • IRIDIUM • ORBCOMM • ELLIPSO • PENTRIAD (no operativa) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 37 Descripción del Sistema • Satélite (en órbita geoestacionaria) – Repetidores transparentes (bent-pipe transponder) Antena Rx, receptor, conversor frecuencia, amplificador, antena Tx – Repetidores regenerativos (regenerative transponder) Procesado a bordo, demodulación y remodulación • Estaciones terrenas de usuario – Sólo recepción (sistemas de difusión) – Sólo transmisión (sistemas de recogida de datos) – Estaciones de transmisión/recepción • Estaciones de seguimiento y control Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 38 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 19 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Arquitectura del sistema SEGMENTO ESPACIAL Enlaces entre satélites UL PIRE (tx) DL G/T (rx) SEGMENTO DE CONTROL SEGMENTO TERRESTRE Estación interfaz Estaciones de usuario Estación de servicios Estación de TTC Pasarela VSAT Terminal Red terrestre Terminal de usuario Terminal de usuario Estación de gestión de red Hub/feeder Proveedor de servicio Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 39 Estaciones de control ESAC (Villafranca) Photo: ESA Photo: ESA ESTRACK (Cebreros) ESOC Sala de control principal (Darmstadt) Photo: ESA Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 40 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 20 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Aspectos de Ingeniería • Satélite: – – – – • Tamaño, peso Tipo de órbita Generación de energía Fiabilidad, Flexibilidad Canal Radio: – Distancia ↔ Atenuación (~200 dB para GEO) – Ganancia y polarización de antenas – Eficiencia de transmisores/ Figura de ruido de los receptores • • Mapas de cobertura Modulación: – Analógica ↔ Digital – Esquemas eficientes en potencia: BW → Pot – Detección y corrección de errores (sistemas digitales) • • Multiplexado y Acceso Múltiple Estaciones terrenas – Economía / Complejidad Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 41 Servicios Espaciales • Servicio Fijo (FSS) • Servicio Móvil (MSS) – Marítimo, terrestre y aeronáutico • Servicio de Radiodifusión (BSS) – Sonido e imagen • Servicio de Exploración de la Tierra (EES) – Meteorología, Geodesia, Exploración de recursos • • • • • • • Servicio de Exploración del Espacio (SRS) Servicio de Operación Espacial (SOS) Servicio de Radiodeterminación (RNS) Servicio de Radioaficionados (ASS) Servicio entre Satélites (ISS) Servicios de navegación (SNS, GNSS) Otros: SFS, TSS, RIS Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 42 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 21 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Ejemplos de servicios vs. frecuencias • FSS (Fixed Satellite Services) – Banda C: 3.7 a 4.2 GHz – Banda Ku: • Europa: 11.45-11.70 y 12.50-12.75 GHz • Estados Unidos: 11.70-12.20 GHz • BSS (Broadcasting Satellite Services) – Hispasat, Astra para TV digital: banda Ku (14/12 GHz) – Servicios de banda ancha: Ku y Ka • MSS (Mobile Satellite Services) – Globalstar: • Usuario-Satélite: UL (S, 1610-1626.5 MHz) y DL (L, 2483.52500 MHz) • Gateway-Satélite: UL (C, 5091-5250 MHz) y DL (C, 6875-7055 MHz) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 43 Ejemplos de servicios vs. frecuencias • EES (Earth Exploration Services) – Meteosat: 1.6 GHz – Metop-A: 137.1 MHz, 1.7 GHz (octubre de 2006) • ISS (Inter Satellite Services) – Banda Ka (30/20 GHz) • Telemetría (SOS) – Primeros sistemas: Banda S (2 GHz) – Actualidad, también Banda Ku • GNSS (Global Navigation Satellite Systems) – GPS: Banda L (1.6 GHz) – Galileo: Banda L (1.2, 1.5 GHz) • Comunicaciones militares – Banda X (8/7 GHz) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 44 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 22 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Asignaciones de frecuencia Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 45 Asignaciones de frecuencia Denominación Banda VHF 30-300 MHz Notas Meteo, mensajes UHF 300-1000 MHz Militar, espacio prof. L 1-2 GHz MSS, GNSS S 2-4 GHz Ejemplos MSS, TT&C 5.925-6.425 GHz (UL) C 4-6 GHz X 7-8 GHz Uso militar (excl.) Ku 10-14 GHz BSS, FSS Ka 20-30 GHz Q/V W 3.7-4.2 GHz (DL) 27.5-31 GHz (UL) 17.7-21.2 GHz (DL) 47.2-51.4 GHz (UL) 37.5-40.5 GHz (DL) 92-95 GHz (UL) 81-84 GHz (DL) FSS BSS, ISS Uso futuro Uso futuro Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 46 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 23 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Subsistemas del satélite • Sistema de comunicaciones (payload) – – – – – – Antenas Receptores y transmisores Repetidos transparentes y/o regenerativos Multiplexores Equipo de conmutación Procesado analógico y digital Transpondedor Transpondedor • Plataforma – Determinación de posición y actitud y control orbital (estabilización) – Telemando, telecontrol y telemedida (TTC) – Propulsión – Eléctrico (Generación y almacenamiento de energía) – Control térmico Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 47 Estructura cilíndrica Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 48 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 24 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Estructura cúbica (desplegable) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 49 Subsistemas de un satélite Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 50 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 25 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Comunicaciones por satélite Red de acceso (FSS) Distribución (FSS) DTH (BSS) (Direct-to-home) Telefonía móvil (MSS) THURAYA Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 51 Aplicaciones Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 52 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 26 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Aplicaciones Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 53 Imágenes por satélite (Teledetección) Nueva Orleans Después de Katrina Nueva Orleans Antes de Katrina Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 54 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 27 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Meteorología y Observación de la Tierra Cantidad de ozono (O3) en la atmósfera Meteosat Cantidad de dióxido de nitrógeno (NO2) en la atmósfera Metop-A (instrumento GOME-2) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 55 Observación Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 56 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 28 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Alta Definición por Satélite Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 57 Servicios de rescate y emergencia Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 58 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 29 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Navegación por satélite (GNSS) GPS Galileo 24 satélites 6 planos orbitales i=55º, h=20200 km 30 satélites 3 planos orbitales i=56º, h=23222 km CSAT 59 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo Presupuesto de la ESA en 2009 Source: ESA (2009) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 60 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 30 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid El mercado del espacio en España Empleos por segmento Empleos por cualificación Facturación por segmentos Facturación por segmentos empresas españolas CSAT 61 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo Mercado de las comunicaciones por satélite Beneficios por servicios de satélite Beneficios en miles de millones de US$ $70 $60 $50 $40 48,5 $30 $20 35,6 28,5 25,3 21,8 $10 Broadca sting 41 1,3 Móvil 1,6 1,3 2 1,7 1,8 9,2 9 9,8 9,5 10,1 12,1 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Fijo $- Source: Futron Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 62 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 31 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Mercado de las comunicaciones por satélite Beneficios mundiales por sectores Beneficios en miles de millones de US$ $120 Equipos $100 28,8 $80 $60 $40 $20 21 19,6 3,7 3 11 9,5 Lanzadores 12 2,8 3,2 2,7 25,2 22,8 21,5 7,8 10,2 3 Constructores 9,8 32,3 35,6 39,8 2001 2002 2003 46,9 52,8 62,6 Servicios $2004 2005 2006 Source: Futron 2000 2006 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 63 Contenidos del Curso Bloque 0. 0.1 0.2 0.3 Introducción Presentación de la asignatura El Sistema Espacial Perspectiva histórica. Servicios de comunicaciones por satélite Bloque 1. 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.4 1.5 1.6 Mecánica Orbital Introducción Características orbitales. Efemérides Sistemas de coordenadas Leyes de Kepler Parámetros orbitales. Efemérides Ángulos de apuntamiento y cobertura Órbitas empleadas en comunicaciones Perturbaciones orbitales Lanzamiento y puesta en órbita. Maniobras Bloque 2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 El segmento espacial El entorno espacial Subsistema de control orbital y posición Subsistema de energía Subsistema de control térmico Subsistema de telemando y telemetría (TTC) Subsistema de comunicaciones y antenas Efecto de los eclipses Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 64 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 32 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Contenidos del Curso Bloque 3. 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 3.4 Diseño de los enlaces satelitales ascendente y descendente Caracterización del canal satélite Pérdidas en espacio libre. Ecuación de Friis Atenuación por lluvia y gases Otros efectos en la propagación Balances de enlace Temperatura de ruido Amplificación no lineal. Intermodulación Objetivos de calidad y disponibilidad Enlace ascendente Enlace descendente Ejemplos prácticos de satélites LEO y MEO Bloque 4. Técnicas de comunicación Coordinación 4.1 Comunicaciones analógicas 4.1.1 Modulación FM 4.1.2 Señales de audio y televisión 4.1.3 Transmisión SCPC/FM y FDM-FM. Dispersión 4.2 Comunicaciones digitales 4.2.1 Codificación de fuente (audio y vídeo). Esquemas de compresión 4.2.2 Modulación 4.2.3 Esquemas de recuperación de portadora y sincronismo 4.3 Codificación de canal 4.3.1 Codificación de bloques 4.3.2 Codificación convolucional. Algoritmo de Viterbi 4.3.3 Esquemas avanzados: TCM, turbo códigos y LDPC 4.4 Técnicas de acceso múltiple 4.4.1 FDMA, TDMA y CDMA por satélite 4.4.2 Acceso aleatorio 4.4.3 Acceso bajo demanda 4.4.4 Sistemas multihaz. SDMA Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 65 Contenidos del Curso Bloque 5. 5.1 5.2 5.3 5.4 El segmento terreno Características generales y requisitos Módulos de transmisión y recepción Antenas Visita al centro de control de Cebreros/Villafranca del Castillo Bloque 6. 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 Redes de comunicaciones por satélite Introducción Aspectos de red (topologías, protocolos, modelos de tráfico, etc.) Modelos de tráfico Topologías de red Protocolos: ATM e IP por satélite Redes VSAT Equipamiento de tierra Dimensionado Ejemplos prácticos Bloque 7. Sistemas de comunicaciones por satélite 7.1 Sistemas de radiodifusión 7.1.1 Televisión digital DBS 7.1.2 Televisión digital DVB-S y DVB-S2 7.1.3 Radio digital 7.2 Redes personales. Comunicaciones móviles 7.2.1 Sistemas de primera y segunda generación 7.2.2 Sistemas NGEO. Orbcomm e Iridium 7.2.3 Sistemas de tercera generación 7.2.4 Terminales 7.3 Sistemas de radionavegación por satélite 7.3.1 Fundamentos 7.3.2 Los sistemas GPS y Glonass 7.3.3 Los nuevos sistemas EGNOS y Galileo. 7.4 Seminario Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 66 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 33 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Contenidos del curso Introducción Sistemas Mecánica orbital Segmento espacial Enlaces Redes Segmento Tierra Técnicas Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 68 Organización del Curso CLASES TEÓRICAS Y PROBLEMAS SEMINARIOS (1 ó 2) VISITA TRABAJO VOLUNTARIO SOBRE LA ASIGNATURA SIMULACIÓN DE ALGUNA PARTE DEL SISTEMA (Matlab, C, Java, STK) CARÁCTER TUTELADO EQUIPOS DE TRABAJO DE ≤ 3 ALUMNOS PRESENTACIÓN (EN CLASE) EJERCICIOS INDIVIDUALES ENTREGA EN PAPEL Y FORMATO ADECUADOS PRÁCTICA ANÁLISIS DE MISIÓN DE COMUNICACIONES (STK) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 69 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 34 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Visitas 50 km Yebes (National) Observatory Cebreros Satellite Tracking Station Hispasat Control Station Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 70 Visitas Visita a la Estación de la ESA en Cebreros (Ávila). Enero de 2007 Visita a la Estación de Control de Hispasat (Arganda). Enero de 2005 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 71 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 35 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid ¿Cómo son los trabajos? • Temas: – Propuestos por el profesor – Propuestos por los alumnos, aprobados por el profesor • Carácter tutelado – 1ª reunión: revisión de bibliografía y objetivos concretos del trabajo (finales de octubre) – 2ª reunión: progreso del trabajo (antes de Navidad) – 3ª reunión: evaluación de objetivos y preparación de la presentación (enero) • Puede ser: – – – – Simulación de alguna parte del sistema (p.e., receptor) Desarrollo de aplicaciones (propagación, modulaciones, etc.) Diseño (p.e., una antena) ¿Alguna propuesta? Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 72 Trabajo: COSAT (Propagación) Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 73 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 36 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Trabajo: Visibilidad de satélites Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 74 Cómo citar una bibliografía http://www.upm.es/biblioteca/recursos/electronicos/citabibliografia.html Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 75 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 37 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Evaluación EVALUACIÓN NOTA DEL TRABAJO Desarrollo y planificación Presentación Memoria EXAMEN ORDINARIO EN FEBRERO (problema) CONTROL EN DICIEMBRE (conceptos) EJERCICIO PRÁCTICA Control diciembre; 15% Ejercicio; 10% Examen febrero; 25% Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo Trabajo; 50% CSAT 76 Bibliografía Básica • Libro de texto: M. Calvo Ramón, A. García Pino, R. Martínez Rodríguez-Osorio, Comunicaciones por Satélite, Servicio de Publicaciones ETSIT-UPM, 2005. • Notas del Curso: Colección de transparencias • Material auxiliar: página web de la asignatura http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/csat • Gérard Maral, Michel Bousquet, Satellite Communications Systems, 4ª ed., John Wiley & Sons, 2002. • Timothy Pratt, Charles W. Bostian, Jeremy E. Allnutt, Satellite communications, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2003. Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 81 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 38 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Bibliografía complementaria • G. Maral, VSAT Networks, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2003. • B.G. Evans, Ed., Satellite communication systems, 3ª ed., Institution of Electrical Engineers, 1999. • Wilbur L. Pritchard, Henri G. Suyderhoud, Robert A. Nelson, Satellite communication systems engineering, 2ª ed., Prentice-Hall, 1993. • Bruce R. Elbert, The satellite communication applications handbook, 2ª ed., Artech House, 2004. • M. Richharia, Mobile satellite communication: principles and trends, Addison-Wesley, 2001. • Vijay K. Bhargava, Digital communications by satellite: modulation, multiple access and coding, John Wiley & Sons, 1981. Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 82 Bibliografía complementaria • • • • • • • Rodolfo Neri, Comunicaciones por Satélite, Thomson, 2003. Z. Sun, Satellite Networking: Principles and Protocols, John Wiley & Sons, 2005. T.T. Ha, Digital Satellite Communications, McGraw-Hill, 1990. F. Ananasso, F. Vatalaro, Mobile and Personal Satellite Communications, Springer Verlag, 1995. D. Roddy, Satellite communications, 3ª ed., McGraw-Hill , 2001. J. E. Kadish, Satellite Communications Fundamentals, Artech House, 2000. ITU, Handbook on Satellite Communications, 3º ed., 2002. Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 83 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 39 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Bibliografía complementaria • Libros relacionados con la Ingeniería de Sistemas Espaciales y Análisis de Misión – James R. Wertz and Wiley J. Larson, eds., Space Mission Analysis and Design, 3rd ed., Microcosm/Kluwer, 1999. – Peter Fortescue, John Stark, Graham Swinerd, eds., Spacecraft Systems Engineering, 3rd ed., Wiley, 2003. – A. K. Maini, V. Agrawal, Satellite Technology: Principles and Applications, Wiley, 2006. Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 84 Bibliografía. Revistas • Via Satellite (http://www.viasatellite.com) • Acta Astronautica (Elsevier) • International Journal of Satellite Communications and Networking (Wiley) • IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems (IEEE) • Recursos electrónicos: – http://ieeexplore.ieee.org (acceso abierto desde PCs de la UPM o por VPN) – http://www.esa.int: documentación de misiones y tecnologías, oportunidades para estudiantes – http://www.nasa.gov: informes (http://trs-new.jpl.nasa.gov), monografías y libros (http://descanso.jpl.nasa.gov/index.cfm) – … Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 85 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 40 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid Tutorías E.T.S.I. TELECOMUNICACIÓN HORARIOS DE TUTORÍAS DEPARTAMENTO: Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones (SSR) AÑO ACADÉMICO: 2009/2010 Profesor: Ramón Martínez Rodríguez-Osorio Asignaturas: Comunicaciones por Satélite, Laboratorio de Señales y Comunicaciones Lugar de la Tutoría: Despacho B-407 ó Laboratorio C-415 HORARIO 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 L M X X P X X X J X V OBSERVACIONES: Siempre, con cita previa Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 86 http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/csat Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 87 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 41 Comunicaciones por Satélite (5º curso) Dpto. de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones ETSI de Telecomunicación. Universidad Politécnica de Madrid https://www2.upm.es/politecnica_virtual/ Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 88 Asignatura de LE Diseño de picosatélites (CubeSats) y Estaciones de Tierra http://goleta.etsit.upm.es/libre_eleccion/alumnos/fichas.php?codigo=139 • Fechas: Miércoles desde el 07/10/2009 • Horario: 16 a 18 Hrs • Lugar: Aula A-125, ETSI de Telecomunicación, UPM • Temas: – – – – – – – Introduction Orbits & Mission Analysis Payload & Subsystems Ground segment. Architecture and Operations Mission Analysis Lab Commercial picosatellite subsystems and platforms. Spin-offs Case study: OPTOS Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo CSAT 89 Comunicaciones por Satélite. Curso 2009/10. ©Ramón Martínez, Miguel Calvo 42
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