Sesión n° 17 com sat (1)

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo – Ingeniería Electrónica
Sistemas de acceso múltiple

La figura muestra un sistema de un solo enlace (dos estaciones terrestres) de FDM/FM con frecuencia fija, que usa un solo satélite
transpondedor. Con antenas de cobertura global y para operación dúplex, cada enlace requiere dos canales RF satelitales, es decir,
cuatro portadoras de RF, dos de enlace de subida y dos de bajada. En la figura la estación terrestre 1 transmite en una portadora de
banda alta (f11, f12, f13, etc.) y recibe en una portadora de banda baja (f1, f2, f3, etc.). Para evitar interferir con la estación terrestre 1, la
estación 2 debe transmitir y recibir en distintas RF de portadora. Estas frecuencias de portadora son fijas, y el satélite transpondedor no
es más que una repetidora de RF a RF que proporciona la traslación de frecuencias de enlace de subida a enlace de bajada. Este
arreglo no es práctico, económicamente y, además, es ineficiente en extremo

Otras estaciones terrestres se pueden comunicar a través de distintos transpondedores dentro de la misma estructura del
satélite, pero cada enlace adicional requiere cuatro frecuencias de portadora de RF adicionales. No es probable que algún
enlace entre dos puntos requiera la capacidad disponible de todo un canal de RF del satélite. En consecuencia, la mayor parte
del ancho de banda disponible se desperdicia. Además, en este arreglo, cada estación terrestre se puede comunicar sólo con
otra estación terrestre. Los canales RF de satélite son fijos entre dos estaciones terrestres cualesquiera; por consiguiente, los
canales de banda de voz de cada estación terrestre se comprometen con un solo destino.

En un sistema en el que tres o más estaciones terrestres quieren comunicarse entre sí, los sistemas de canales de frecuencia fija, o
canales dedicados, como los de la figuras anteriores, son inadecuados; se requiere un método de acceso múltiple. Esto es, cada estación
terrestre que use el sistema de satélite tiene un medio de comunicarse con las otras estaciones en el sistema, a través de un satélite
transpondedor común. A veces, al acceso múltiple se le llama destino múltiple, porque las transmisiones de cada estación terrestre las
reciben todas las demás estaciones terrestres del sistema. Los canales de banda de voz entre dos estaciones terrestres cualesquiera
pueden ser preasignadas (dedicadas) o asignadas por demanda (conmutadas). Cuando se usa preasignación, una cantidad dada de los
canales de banda de voz disponibles en cada estación terrestre se asignan a un destino dedicado. En la asignación por demanda, los
canales de banda de voz se asignan de acuerdo con las necesidades. La asignación de demanda proporciona más versatilidad y un uso
más eficiente del espectro disponible de frecuencias. Por otro lado, la asignación por demanda requiere un mecanismo de control que sea
común a todas las estaciones terrestres, para mantener seguimiento de las rutas de canales y la disponibilidad de cada canal de banda
de voz

Recuérdese que en un sistema satelital FDM/FM, cada canal de RF requiere un transpondedor separado. También, en las
transmisiones FDM/FM es imposible diferenciar (separar) varias transmisiones que ocupen el mismo ancho de banda. Los sistemas
de frecuencia fija se pueden usar en una configuración de acceso múltiple conmutando en el satélite las portadoras de RF,
reconfigurando las señales de banda base con equipo multiplexor y demultiplexor a bordo del satélite, o usando varias antenas de
haz localizado (reusando). Los tres métodos requieren componentes relativamente complicados, costosos y pesados en el satélite

A los satélites de comunicaciones que funcionan en la banda C se les asigna un ancho total de banda de 500 MHz, simétrico en
torno a la frecuencia central del satélite. A esto se le suele llamar un canal satelital, que se subdivide en canales de radio. La
mayoría de los satélites de comunicaciones porta 12 transpondedores (pares de transmisor-receptor de canal de radio), cada uno
con 36 MHz de ancho de banda. Las portadoras de los 12 transpondedores se multiplexan por división de frecuencia con una banda
de protección de 4 MHz entre cada una de ellas, y una de protección de 10 MHz en ambos extremos del espectro asignado de
frecuencia de 500 MHz

Si los transpondedores adyacentes del espectro de 500 MHz se alimentan con una antena polarizada en cuadratura, la cantidad de
transpondedores (canales de radio) disponibles en un satélite se puede duplicar, hasta 24. Doce transpondedores de número impar
transmiten y reciben con una antena polarizada verticalmente, y 12 transpondedores de número par transmiten y reciben con una
antena polarizada horizontalmente. Las frecuencias de portadora de los canales pares se desplazan 20 MHz respecto a las de los
transpondedores impares, para reducir la diafonía entre los transpondedores adyacentes. A este método de asignar distintas
polarizaciones electromagnéticas a canales adyacentes se llama reutilización de frecuencia, y es posible con la polarización
ortogonal y distanciando 20 MHz los canales adyacentes. La reutilización de la frecuencia es una técnica para lograr mejor utilización
del espectro disponible de frecuencias

Anik es una palabra esquimal que significa “hermanito”. Los satélites de comunicaciones Anik-E son Domsat (satélites domésticos)
operados por Telsat Canada. La siguiente figura muestra el plan de frecuencias y polarización del sistema satelital Anik-E. Un grupo
de 12 canales de radio (grupo A) usa polarización horizontal, y otro grupo de 12 canales de radio (grupo B) usa polarización vertical,
haciendo un total de 24 canales de radio, cada uno con 36 MHz de ancho de banda. Hay un ancho de banda de 4 MHz entre los
canales adyacentes de radio, y uno de 10 MHz en cada extremo del espectro, haciendo un total de 500 MHz de ancho de banda del
canal del satélite. Hay 12 canales de radio primarios y 12 canales de radio de reserva o de prioridad.

El acceso múltiple al satélite (que a veces se llama destino múltiple) implica que más de un usuario tiene acceso a uno o más
canales de radio (transpondedores) dentro de un canal de comunicaciones vía satélite. En forma característica, una empresa u
operadora común renta los transpondedores con el fin de proporcionar transmisión de voz o de datos a una multitud de usuarios.
El método por el cual se usa o accede el ancho de banda de un transpondedor depende del método de acceso múltiple que se
use

Las figuras muestra los tres arreglos de acceso múltiple de uso más común: acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, de
frequency-division multiple accessing), acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, de time-division multiple accesing) y acceso
múltiple por división de código (CDMA, de code-division multiple accessing). En el FDMA, a las transmisiones de cada estación
terrestre se les asignan bandas de frecuencia específicas de enlace de subida y de bajada, dentro del ancho de banda asignado al
satélite; pueden ser preasignadas o asignadas por demanda. En consecuencia, las transmisiones FDMA se separan en el dominio de
la frecuencia y, por consiguiente, deben compartir el ancho de banda total del transpondedor así como la potencia total del
transpondedor. En el TDMA, cada estación transmite una corta ráfaga de información durante una ranura (época) específica de tiempo
dentro de una trama TDMA.

Las ráfagas se deben sincronizar de modo que la de cada estación llegue al satélite en un momento distinto. En consecuencia, las
transmisiones TDMA están separadas en el dominio del tiempo, y en TDMA, todo el ancho de banda y la potencia del transpondedor
se usan para cada transmisión, pero sólo durante un intervalo preestablecido de tiempo. En el sistema CDMA, todas las estaciones
terrestres transmiten dentro de la misma banda de frecuencias y, para todo fin práctico, no tienen limitaciones de cuándo deben
transmitir o en cuál frecuencia de portadora. Así, en CDMA, todo el ancho de banda del satélite transpondedor lo usan todas las
estaciones en forma continua. La separación de señales se hace con técnicas de cifrado y descifrado de envolvente.

El acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, de frequency-division multiple access) es un método de acceso múltiple en el que
determinado ancho de banda de RF se divide en bandas menores de frecuencia, llamadas subdivisiones. Cada subdivisión tiene su
propia FI de portadora. Se usa un mecanismo de control para asegurar que dos o más estaciones terrestres no transmitan en la misma
subdivisión y al mismo tiempo. En esencia, el mecanismo de control designa una estación receptora para cada una de las
subdivisiones. En sistemas de asignación por demanda, el mecanismo de control también se usa para establecer o terminar los enlaces
de banda de voz entre las estaciones terrestres de origen y de destino. En consecuencia, cualquiera de las estaciones terrestres
participantes puede usar cualquiera de las subdivisiones en cualquier momento. Si cada subdivisión sólo porta un canal de banda de
voz de 4 kHz, a esto se le llama sistema de un canal por portadora (SCPC, de single-channel per carrier).

Cuando se multiplexan varios canales de banda de voz por división de frecuencia, para formar una señal compuesta de banda base
formada por grupos, supergrupos o hasta grupos maestros, se asigna una subdivisión más ancha. A esto se le llama múltiples canales
por portadora (MCPC, de multiple-channel per carrier).
Las frecuencias y anchos de banda para los sistemas satelitales FDM/FM que usan formatos de varios canales por portadora se suelen
asignar y permanecen fijos durante un largo tiempo. A esto se le llama asignación fija, acceso múltiple (FDM/FM/FAMA, de fixed-
assignment, multiple access). Un esquema alternativo de asignación de canales es el de asignación por demanda, acceso múltiple
(DAMA, de demand-assignment, multiple access). La asignación por demanda permite que todos los usuarios tengan acceso igual y
continuo de todo el ancho de banda del transpondedor, asignando frecuencias de portadora en forma temporal, y usando un proceso
de asignación estadística. El primer sistema FDMA de asignación por demanda para satélites fue desarrollado por Comsat, para usarlo
en los satélites Intelsat serie IVA y V

SPADE es acrónimo de single-channel-per-carrier PCM multiple-access demand-assignment equipment, equipo de asignación por
demanda de acceso múltiple PCM, de un solo canal por portadora. Las figs. 19-4 y 19-5 muestran el diagrama de bloques y las
asignaciones de FI respectivamente, para el sistema SPADE. En SPADE, 800 canales de banda de voz codificados por PCM modulan
por separado en QPSK a una señal portadora de FI, y de aquí el nombre SCPC, de single-carrier per channel, portadora única por
canal. Cada canal de banda de voz de 4 kHz se muestrea con frecuencia de 8 kHz y se convierte a un código PCM de 8 bits. Esto
produce un código PCM de 64 kbps para cada canal de banda de voz. Cada código PCM modula por QPSK una portadora de FI
distinta. En QPSI, el ancho mínimo de banda requerido es igual a la mitad de la frecuencia de bits en la entrada. En consecuencia, la
salida de cada modulador QPSK requiere un ancho mínimo de banda de 32 kHz. A cada canal se le asigna un ancho de banda de 45
kHz, dejando una banda de protección de 13 kHz entre pares de canales multiplexados por división de frecuencia

Las FI de portadora comienzan en 52.0225 MHz (canal 1 de banda baja) y aumentan en incrementos de 45 kHz hasta 87.9775 MHz
(el canal 400 de banda alta). Toda la banda de 36 MHz (de 52 a 88 MHz) se divide a la mitad, y se obtienen dos bandas de 400
canales, una baja y una alta. Para operación dúplex, se usan 400 canales para transmitir en una dirección y 400 para la dirección
opuesta. También, los canales 1, 2 y 400 de cada banda permanecen siempre vacíos. Así se reduce la cantidad de canales útiles
dúplex de banda de voz a 397. La banda C de 6 GHz va de 5.725 GHz a 6.425 GHz (700 MHz). Esto permite unos 36 canales de
RF de 36 MHz por sistema. Cada canal de RF tiene una capacidad de 397 canales dúplex de banda de voz.

FIGURA 19-5 Asignaciones de frecuencia de portadora para el equipo de Intelsat, de asignación por
demanda, acceso múltiple PCM y una portadora por canal (SPADE)

Cada canal de RF (fig. 19-5) tiene un canal común de señalización (CSC, de common signaling channel) de 160 kHz. El CSC es una
transmisión multiplexada por división de tiempo, que se multiplexa por división de frecuencia en el espectro de FI abajo de los
canales de banda de voz codificados por QPSK. La fig. 19-6 muestra la estructura de trama TDM para el CSC. El tiempo total de
trama es 50 ms, que se subdivide en 50 ranuras de 1 ms. Cada estación terrestre transmite en el canal CSC sólo durante su ranura
preasignada de tiempo de 1 ms. La señal CSC está en código binario de 128 bits. Para transmitir un código binario de 128 bits en 1
ms se requiere una velocidad de transmisión de 128 kbps. El código CSC se usa para establecer y desconectar enlaces de banda de
voz entre dos estaciones terrestres usuarias, cuando se usa asignación de canal por demanda

El canal CSC ocupa un ancho de banda de 160 kHz, que incluye los 45 kHz para el canal 1 de banda baja. En consecuencia, el canal
CSC va de 51.885 a 52.045 MHz. El código binario QPSC del canal CSC de 28 kbps modula una portadora de 51.965 MHz. El ancho
mínimo de banda requerido por el canal CSC es 64 kHz; esto da como consecuencia una banda de protección de 48 kHz en cada lado
de la señal CSC. En el FDMA, cada estación terrestre puede transmitir en forma simultánea dentro del mismo espectro de RF de 36
MHz, pero en dos canales distintos de voz. En consecuencia, las transmisiones simultáneas de canales de banda de voz de todas las
estaciones terrestres de la red satelital se intercalan en el dominio de la frecuencia, en el satélite transpondedor.

Las transmisiones de las señales CSC se intercalan en el dominio del tiempo. Una desventaja obvia del FDMA es que pueden haber
presentes portadoras procedentes de varias estaciones terrestres, al mismo tiempo en el satélite transpondedor. Esto causa distorsión
por modulación cruzada entre las diversas transmisiones de estaciones terrestres. Esta condición se alivia algo apagando las
subportadoras de FI de todos los canales de banda de voz de 45 kHz que no se usen. Como para generar la QPSK se usan
moduladores balanceados, es inherente la supresión de portadora. Eso también reduce la carga de potencia en un sistema, y aumenta
su capacidad reduciendo la potencia en los canales inactivos.

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo – Ingeniería Electrónica
Comunicaciones Satelitales Mg. Ing. Danny Alonzo Santa Cruz Cueva

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