Sistemas de radiodifusión por satelite
El origen de las comunicaciones por satélites comienza en 1957, cuando la unión Soviética lanza el primer satélite artificial llamado Sputnik I que marca el inicio de la carrera espacial. Un año después EEUU lanza el SCORE que transmitía un mensaje grabado. Más tarde en 1960-1964 se fabricaron los primeros satélites experimentales para comunicaciones en tiempo real (ECHO I, Curier, Telstar I, Relay I) usados para establecer enlaces de comunicaciones de voz, video y datos entre las costas Este y Oeste de EEUU. En 1964, se lanza el primer satélite colocado en la órbita de Clarke (geoestacionaria) Sycom II. El Syncom III proporcionó comunicaciones a través del Pacífico (retransmisión de los juegos olimpicos de Tokyo). En 1965, se crea la primera Organización Internacional de Satélites: Intelsat. Casi diez años más tarde, EEUU lanza una serie de satélites llamados Marisat para el uso de navegación a bordo mundial. Más tarde, una organización internacional, Inmarsat, se hizo cargo de ellos. Posibilitaba la comunicación con terminales móviles terrenos relativamente pequeños. Noviembre 1983: inauguración del servicio de difusión directa de TV a antenas domésticas por United Satellite Communications.
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Ventajas
- La principal ventaja del satélite es que es una tecnología apropiada para transmitir señales de gran ancho de banda:
- Entre estaciones terrenas separadas a gran distancia (internacionales, transoceánicas, ...)
- A zonas inaccesibles o cuya cobertura resulta poco rentable (rural) mediante infraestructura terrestre.
- Con coberturas muy extensas.
- A sistemas con terminales móviles: barcos, aviones, flota camiones, etc...
- Un satélite que actúa como repetidor consigue establecer comunicación entre dos estaciones terrenas a larga distancia, en lugar de los N enlaces terrestres necesarios.
- Tres satélites equiespaciados 120 grados sobre la órbita geoestacionaria con cobertura global pueden establecer una comunicación entre dos puntos cualesquiera del globo terráqueo (excepto polos).
Características
- Gran distancia entre el satélite y las estaciones terrenas:
- las pérdidas en espacio libre son elevadas (del orden de 200 dB), por ello es necesario optimizar la ganancia de la antena, la eficiencia del transmisor, la figura de ruido del receptor y otros aspectos de modulación y codificación de la señal.
- retraso en la señal, que en ocasiones puede provocar problemas de latencia en aplicaciones sensibles a este parámetro.
- Acceso múltiple:Debe permitir el servicio a un número grande y variable de usuarios deforma simultánea y eficiente con el mínimo control externo posible.
- Diseño del satélite:Optimización del tamaño y el peso para reducir el coste de la puestaen órbita, utilizar el mínimo posible de energía y prolongar la vida útil.Flexibilidad en la implementación de canales de comunicaciones.
- Autonomía: Capaz de funcionar sin mantenimiento en un entornohostil.
- Estaciones terrenas:Asequibles por los usuarios a la vez que potentes y suficientemente sofisticadas para poderse comunicar de forma eficiente con los satélites
Servicios de comunicaciones espaciales
Los servicios principales de comunicaciones espaciales son:
- Servicio fijo por satélite (SFS): comunicaciones entre estaciones terrenas localizadas en puntos fijos a través de satélite.
- Radiodifusión directa por satélite (DBS o DTH): difusión de sonido e imagen
a receptores individuales o colectivos.
- Servicio móvil por satélite (SMS): comunicaciones entre estaciones terrenas
móviles (marítimas, aeronaúticas o terrestres) a través de satélite.
- Servicio de radiodeterminación por satélite: para determinar la posición y velocidad de un objeto (navegación y posicionamiento)
- Servicio de operación espacial para la operación del satélite: telemedida,
telemando y seguimiento.
- Servicio de radioaficionados por satélite
- Servicio entre satélites para enlaces entre satélites.
Sistemas de satélites
Los sistemas de satélites se pueden clasificar en:
- Sistemas globales: consorcios internacionales con cobertura global
- Sistemas regionales: organizaciones internacionales
- Sistemas domésticos: operadores asociados a cada país.
Asignación de frecuencias
Banda C (6/4 GHz)
- Ventajas:
- Menos susceptible a interrupciones por lluvia
- Inconvenientes:
- Banda congestionada (compartida con microondas terrestre)
- Tamaño de las antenas receptoras mayores debido a bajo nivel de PIRE del satélite y al bajo espaciado entre satélites (2º)
Banda Ku (17/12)
- Ventajas
- La banda de frecuencias se usa únicamente para satélite
- Tamaño de antenas más pequeño gracias a mayor ganancia y a mayor PIRE satelital.
- Inconvenientes:
- Afectada por la atenuación de la lluvia y despolarización
- Pérdidas en la línea de transmisión de coaxial y del guía onda elevadas.
Descripción general del sistema
Un sistema de comunicaciones por satélite está formado por unas estaciones terrenas, para la transmisión y recepción de las señales, y satélites situados en una órbita geoestacionaria, a unos 36.000 Km de la superficie dela Tierra, que recogen, amplifican y retransmiten las señales enviadas desde las estaciones terrenas. Se necesitan además estaciones que permitan el seguimiento del satélite, así como el control y la supervisión, tanto del satélite como de los sistemas de comunicaciones, a través de telemando y telemedida de los mismos. En el caso de radiodifusión directa de televisión vía satélite elservicio que se dá es de tipo unidireccional por lo que normalmente se requiere una estación transmisora única, que emite los programas hacia el satélite, y numerosas estaciones terrenas de recepción que captan las señales provenientes del satélite. Otros tipos de servicios son bidireccionales y las estaciones terrenas son de transmisión y recepción. Un requisito importante del sistema es el conseguir que las estaciones sean lo más económicas posibles para hacerlas accesibles a un gran número de potenciales usuarios, lo que se consigue utilizando antenas de pequeño diámetro y retransmisores de baja potencia. Naturalmente que la economía de escala en aquellas aplicaciones que lo admiten es un factor determinante del coste. Para poder reducir la dimensión de las antenas receptoras en tierra se requiere la utilización de tubos amplificadores de gran potencia a bordo del satélite, lo que a su vez exige la utilización de grandes paneles solares que generen la potencia primaria necesaria para alimentar a estos tubos.
La función principal de la estación terrena transmisora es la adecuación de las señales para su transmisión hacia el satélite, desde el que se realizará la difusión de las mismas. Su misión es conceptualmente el mismo que el de una estación convencional de telecomunicaciones, dado que el procesamiento de la señal a transmitir es similar en todos los casos. Por tanto la estación estará formada por un subsistema de antena, un subsistema de seguimiento para apuntar el haz hacia el satélite deseado, un subsistema de transmisión - recepción en radiofrecuencia, una etapa de conversión de frecuencia, modulación y demodulación y un sistema de conexión con las redes terrenales, así como lógicamente el suministro de energia para toda la estación.
En principio la cadena de recepción no es estrictamente necesaria en la estación transmisora de los servicios de radiodifusión que implican una comunicación de tipo unidireccional, sin embargo sería conveniente supervisar las portadoras transmitidas a través del satélite por lo que se debe considerar la cadena de recepción como parte integrante de la estación transmisora. Naturalmente que en las estaciones de solo recepción no hay cadena transmisora y que en general las estaciones de transmisión y recepción tienen ambas.
El dimensionado, la configuración y la interconexión de los diferentes números de canales a transmitir, así como del sistema de redundancia que se adopte. En el canal de transmisión la señal, una vez modulada en frecuenciao en fase, se traslada a la frecuencia de transmisión pasando luego por el amplificador de alta potencia. Esta cadena constará de tantas vías como canales se vayan a utilizar en un satélite. El control y supervisión del sistema de comunicaciones debe realizarse en otra estación separada, en la que se ubique el centro de control en el que se procesa la información que permite tomar las decisiones necesarias de estructuración del sistema y que permite tomar las medidas correctoras que pudieran necesitarse.
Las funciones de control y supervisión pueden subdividirse como sigue:
- a) Telecontrol y telemedida del satélite
- b) Pruebas periódicas en órbita de los parámetros principales delsubsistemas de la estación dependerá fundamentalmente del módulo de comunicaciones del satélite.
- c) Supervisión de la calidad y caractéristicas de las señales que seemiten a través del satélite.
Por supuesto que el elemento más característicos del sistema es elpropio satélite. Un satélite de comunicaciones consta de un módulo deservicio, que comprende los aparatos necesarios para el mantenimiento del satélite en órbita, y un módulo de comunicaciones específico para la misión omisiones a cumplir. Dentro del módulo de servicio pueden destacarse los subsistemas de suministro de energia, de estabilización del satélite, de control orbital del mismo, control térmico, telecontrol y telemedida y, finalmente, estructura mecánica del propio satélite.
DBS (Direct Broadcast Satellite)
Elementos de un sistema DBS
Servicio de radiodifusión por satélite de la señal de vídeo, audio y datos sobre una extensa zona predeterminada, permitiendo la recepción con terminales de pequeño diámetro (menor de un metro de diámetro).
La instalación unifamiliar consta de antena, alimentador, LNB y una unidad interior que hace las funciones de demodulador de F.I. del canal deseado y modulador de R.F. en un nuevo canal.
La instalación para una comunidad de vecinos consta de un número de elementos mayor, al hacerse necesario demodular continuamente todos los canales que se quieren recibir y amplificar todos los canales de R.F. generados.
Veamos un análisis detallado:
Antena: La antena de reflector parabólico se ha convertido en el símbolo de l receptor terreno en un sistema de transmisión de señales de TV vía satélite. Su misión es captar la señales emitidas por el satélite y concentrarlas en el alimentador. La relación C/N que se puede conseguir depende del tamaño de la antena, por lo que las antenas se eligen con el tamaño mínimo para que la señal recibida llegue a los mínimos requeridos por los equipos de instalación.
Alimentador: El alimentador se encarga de recoger las microondas concentradas en el foco de la parábola y pasarlas al elemento siguiente. El alimentador permite recibir todas las polaridades que llegan a la antena, las cuales serán separadas más adelante.Para separar las dos polaridades más usuales(polarización lineal, vertical y horizontal) hay dos tipos de dispositivos, uno para instalaciones de vecinos: ortomodo, y otro para instalaciones unifamiliares: polarrotor.
Polarrotor: Permite la recepción de las dos polaridades utilizando un solo conversor LNB. Su funcionamiento se basa en el giro de 90º de una sonda situada en su interior. como se pierde los canales de la otra polaridad no puede utilizarse en instalaciones colectivas.
Ortomodo: Permite la recepción simultánea de señales con polarización vertical y horizontal mediante la utilización de un repartidor de guías de onda en el que una de las guías se gira 90º . A él se tendrá que conectar dos conversores LNB, uno para cada polarización.
LNB: Conversores que se encargan de convertir en bloque las señales en las bandas 10.95-11.7 GHz, 11.7-12.5 GHZ ó 12.5-12.75 GHz a una frecuencia intermedia situada entre 950 y 1750 MHz con un bajo factor de ruido. Además de realizar la conversión, estos dispositivos tienen una elevada ganancia (50 dB) lo que permite conectarlos a un número elevado de unidades interiores de conversión a R.F. sin amplificador auxiliar.
Dispositivo multisatélite: Este dispositivo es auxiliar y se utiliza para acceder a más de un satélite con una sola antena, sin necesidad de redireccionarla. Este dispositivo recibe el haz de la antena de una manera proporcional al desplazamiento del bloque de alimentación, el cual engloba todos los elementos anteriores y está situado en el foco de la parábola.
Actuador lineal o tracker: Dispositivo de orientación automática que proporciona el movimiento necesario para poder rastrear con el disco parabólico un arco celeste de unos 180º y memoriza la posición de la antena necesaria para captar la señal de cada uno de los satélites situados en ese arco. El tracker se compone básicamente de un brazo telescópico que se extiende y contrae comandado por una unidad de control computerizada.
Unidad interior individual: Esta unidad realiza las funciones de sintonía y de modulación dentro de un canal específico dentro del bloque de canales recibidos del LNB en la primera conversión a F.I. .Esta unidad se compone de las siguientes etapas:
- 1.-Conversor de 1ª F.I a 2ª F.I.
- 2.-Demodulador.
- 3.-Procesado de vídeo.
- 4.-Modulador de R.F.
- 5.-Control de dispositivos externos.
Repartidores de F.I: Dispositivo para instalaciones colectivas. La salida de los LNB va a repartidores de F.I a cuya salida se conectan unidades interiores sintonizadas a los canales que se quieren recibir.
Unidades interiores monocanales: Funcionan como las unidades individuales pero sintonizadas a un solo canal. Constan de tres bloques básicos:
- 1.Demodulador.
- 2.Procesador de audio-vídeo.
- 3.Modulador de R.F.
¿Qué diferencia hay entre servicios DBS y servicios de banda C?
La diferencia entre servicios DBS y de banda C es que el DBS utiliza antenas más pequeñas que las que se usan en banda C , de hecho, estas antenas de banda C se suelen llamar BUDs (Big Ugly Dishes). Además estas BUDs deben girarse para recibir señales de diferentes satélites, y en algunos casos se requiere pagar separadas subscripciones para descodificar estas señales, a excepción de las señales (cada vez menos) en abierto.
Otra diferencia es que las antenas DBS son pequeñas y estacionarias, y en general se requiere pagar sólo a un proveedor .
Ventajas del DBS:
- Más elección: DBS ofrece un elemento muy importante en el mundo de la televisión de pago: competitividad. Esto no se produce en el cable, donde su monopolio no incentiva la adición de nuevas ofertas. Así en EE.UU. ,por ejemplo, hay ya 3 proveedores de DBS.
- Acceso rural: En algunas zonas rurales las redes de cable no están disponibles, mientras que el DBS al ser un servicio por satélite puede alcanzar estas zonas.
- Servicio fiable: El servicio de cable depende de que no hayan caídas en la red o de que no se rompa algún cable. El servicio DBS sólo puede verse afectado por un tiempo meteorológico muy severo o por interferencias solares durante los equinoccios, lo cual es raro.
Capacidad de los Satélites en Canales de TV Digitales
Un ancho de banda usual para un transpondedor analógico de un sistema de satélites de DBS es de 36 MHz. En este ancho de banda es posible utilizar una modulación de datos de 28 millones de símbolos por segundo. Esto hace que si se utiliza una modulación 4-QPSK, sean necesarios 2 bits por símbolo y por tanto la capacidad de transmisión por transpondedor sea de unos 56 Mbit/s. Esta no es la velocidad útil puesto que hay que descontar los bits en exceso como las correcciones de error de tipo Reed-Solomon y la convolución de Viterbi. Así la velocidad útil es de unos 39 Mbit/s.
En el escenario típico anterior significa 8 canales por transpondedor analógico para un escenario típico. Un sistema de 5 transpondedores, por ejemplo el satélite Hispasat, permitiría unos 40 canales de TV y un sistema de 11 transpondedores podría llegar a los 90 canales de TV digital.
Los satélites para TV se clasifican básicamente en tres tipos:
- 1.Satélites de baja potencia Ps<30 W.
- 2.Satélite de mediana potencia DTH (Direct To Home) con 30 W<Ps< 100 W.
- 3.Satélites de alta potencia DBS (Direct Broadcasting Satellite) con Ps>100 W.
Existen muchos satélites comerciales de TV, entre ellos, los de INTELSAT, EUTELSAT, TELECOM, GORIZONT, HISPASAT y ASTRA.
Normativa
Conferencia de Ginebra (CRM-77)
- En la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones celebrada por la UIT en 1977 en Ginebra se determinó el plan general para la difusión directa por satélite, con el fin de coordinar la utilización del espectro de frecuencias radioeléctricas, así como la posición orbital de los satélites.
- Respecto a Europa: Se reconoce el derecho de todos los países a disponer de su propio satélite y se aceptó el inevitable desbordamiento de las coberturas nacionales en los países limítrofes.
En la CRM-79
- Se asignaron las bandas de frecuencias a 17 servicios de telecomunicación dividiendo la superficie mundial en tres regiones:
- Región I: Europa, África, Rusia y Mongolia
- Región II: América y Groenlandia
- Región III: Asia, Australia y Pacífico Sur
Conferencia de Ginebra (CRM-77).
- Plan de frecuencias y canales para el enlace descendente: Se planificó y reglamentó la banda de frecuencias de 11,7 a 12,5 GHz (banda Ku), dividida en 40 canales de 27 MHz cada uno y 19,18 MHz de separación.
- Esta distribución es posible gracias al uso de polarizaciones distintas entre canales adyacentes: polarizaciones ortogonales (lineal V o H) o de distinto sentido de giro (circular a izquierdas o derechas).
- Se asignó a cada país cinco de los cuarenta canales. Al satélite español (Hispasat) se le asignaron los canales 23/27/31/35/39.
Sistemas de satélites HISPASAT
Sociedad Hispasat HISPASAT se constituyó en 1989 con el mandato del gobierno de gestionar un sistema español propio de comunicaciones por satélite. En 1996 se inició un proceso de privatización como consecuencia de la privatización de sus principales accionistas: Retevisión, Telefónica y BBVA.
Este proceso privatizador trajo consigo la disminución del capital público que sigue estando representado a través del INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial).
Actualmente es un operador global de satélites, con cobertura en Europa, América, Canadá y Norte de África.
Los satélites Hispasat
Hispasat operó inicialmente con dos satélites (HISPASAT 1A y 1B) y dos centros de control de satélites (uno en Arganda del Rey, Madrid, y otro en Maspalomas, Canarias).
Más tarde, Hispasat renovó los satélites iniciales por otros de nueva generación ( 1C y 1D). La posición orbital de los satélites es de 30ºW, colocados en la misma ventana. El sistema tiene una capacidad de 76 transpondedores en la banda Ku.
A mediados del 2004 se pondrá (?) en órbita el Amazonas, en la posición orbital de 61ºW, con capacidad en las bandas C y Ku, que permitirá obtener una mejor cobertura americana y mejor conectividad transatlántica.
Plan de frecuencias Hispasat. Enlace descendente Europa
Cobertura
Cobertura global del Hispasat
Servicios Hispasat
Radiodifusión Directa
- Cuenta con los cinco canales de 27 MHz que se asignaron a España en
la Conferencia CAMR-77, en la banda Ku 12-12.5 GHz.
- Con tubos de potencia de 110 watt, consigue una Potencia Isótropa Radiada Equivalente (PIRE) de más de 56 dBw sobre todo el territorio español. Este diseño permite la recepción individual o colectiva con antenas de 40 cm. de diámetro.
- Sobre el sistema HISPASAT operan las siguientes plataformas de televisión digitales:
- España: Digital +
- Portugal: TV CABO
- Europa: EUROPA TV XXI
- EUROPA TV H1C
- América: RTVE INTERNACIONAL AMERICA TV XXI
Distribución
- Desde un punto transmisor se envia las señales a todos los reemisores
de TV, los cuales retransmiten la señal y llega a los usuarios a través de su antena yagi.
- El satélite HISPASAT ofrece soporte a cabeceras de cable.
Contribución
- Transmisión de eventos deportivos (Eurocopa, Tour de Francia, Vuelta de ciclista, Camel Trophic, etc) y noticias en general (elecciones, catástrofes, etc).
- Este tipo de servicios utilizan estaciones terrenas transportables de fácil
despliegue.
Servicio Fijo por Satélite
- El Servicio Fijo cuenta con 16 transpondedores de diversos anchos de banda
(8 de 36 MHz, 2 de 46 MHz, 2 de 54 MHz y 4 de 72 MHz) en las bandas de Servicio Fijo por Satélite (14 GHz / 12-11 GHz).
- La utilización de amplificadores de potencia media-alta (55 w) se combina con una cobertura ajustada al territorio español y de Europa occidental para ofrecer una PIRE de más de 50 dBw.
Sistemas de satélites ASTRA
SES ASTRA
Con sede en Luxemburgo, es el operador de ASTRA, el Sistema de Satélites líder en Europa para transmisiones directas al hogar (DTH) de programas de TV y radio.
Satélites Astra
La flota de satélites ASTRA está formada por 13 satélites situados en las siguientes posiciones orbitales:
- 7 satélites (Astra 1B-1C-1E-1F-1G-1H-2C) coposicionados en 19,2ºEste (servicio DTH en Europa continental)
- 3 satélites coposicionados (Astra 2A-2B-2D) en 28,2ºEste (Islas Británicas)
- 2 satélite (Astra 1D-3A) en 23,5ºEste (servicio DTC en Europa continental)
- 1 satélite (Astra 4A) en 37,5º Oeste (Europa, Africa y América)
Cobertura Astra. Ejemplo Astra-1G
Servicios de banda ancha
- Difusión:ASTRA transmite alrededor de 1.000 programas de TV y radio en formatos analógicos y digitales hacia 91 millones de hogares europeos.
- Multimedia: Una plataforma abierta DVB -IP provee soluciones de red y gestión de
aplicaciones entre empresas y entre empresas y clientes.
Plan de frecuencias Astra 1
- Astra usa polarización ortogonal lineal, transmitiendo los canales impares con polarización Horizontal y los canales pares con polarización Vertical.
- En los rangos de frecuencias de 10,7 a 11,7 GHz y de 12,5 a 12,75 GHz, usa una separación de 29,5 MHz entre canales copolarizados (14,75 MHz entre canales cross-polarizados). Contiene un total de 80 transponders con un ancho de banda nominal por canal de 26 MHz.
- En el rango de frecuencias de 11,7 a 12,5 GHz usa una separación de 29 MHz entre canales copolarizados (29,5 MHz entre canales crosspolarizados). Contiene un total de 40 transponders de ancho de banda nominal por canal igual a 33 MHz.
Plataformas en España
Sogecable: centro de distribución digital (Via digital)
Sogecable es un grupo líder de la televisión de pago en España, fundado en 1989. Ha sido el pionero en la introducción de sistemas interactivos y principalmente de la Televisión Digital en España. Su actividad consiste en adquirir y gestionar derechos audiovisuales, además de la adquisición de derechos de autor se dedica también a la distribución y producción de canales y gestión de abonados. Otras de sus actividades más importantes es la producción, distribución y exhibición cinematográfica.
Capacidad en Hispasat:
- Via digital usa 11 transpondedores de los satélites Hispasat-1A y 1B: 4 transpondedores de DBS con polarización circular y 7 transpondedores de FSS con polarización horizontal y vertical Por tanto tiene una capacidad de 88 programas de TV digital, si cada transpondedor contiene típicamente 8 programas digitales.
- Via Digital. Sistema de acceso condicional: sistema Multicrypt
Canal Satélite Digital:
- CSD utilizaba el sistema de satélites Astra como repetidor de la señal de
TV. Las señales que producen las cadenas de televisión y radio de CSD son digitalizadas, encriptadas y comprimidas para ser transmitidas al satélite desde el centro de emisión de Luxemburgo. Usa los transpondedores:
- 74, 76 y 78 de Astra-1E
- 92 y 94 de Astra-1F
- 102,106, 110 y 118 de Astra-1G
- 88 de Astra-1H
- Sistema de acceso condicional: sistema Simulcrypt
Enlaces de interés
- The satellite communication applications handbook. Bruce R. Elbert
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Colaboración Universitaria
| Universidad | Universidad de Alicante |
| Facult/Asign | Escuela Politécnica Superior de Alicante |
| Profesor | Adolfo Albaladejo Blazquez |
| Autores | Vanessa Tarí Costa |
| Raúl Sebastián González | |
| Tipo de trabajo | Estudio |
| Fecha de evaluación | Julio 2009 |
| Editable por terceros | NO |
| Categorías propuestas | Portal Tecnología, Via satélite, Radiodifusión por satélite |
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