un enlace punto a punto desde la estación A hacia... con modulación QPSK y factor de forma Junio de 1997

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AUDIOVISUAL Y COMUNICACIONES
EJERCICIOS DE EXAMEN DE SATÉLITES.
Junio de 1997
EJERCICIO: Un satélite de comunicaciones en la banda 12/14 GHz es utilizado para realizar
un enlace punto a punto desde la estación A hacia la B, a una velocidad binaria de 90 Mbits/s
con modulación QPSK y factor de forma =0,3 y teniendo en cuenta los siguientes datos:
Satélite:
G/T : 5 dB/K
PIRE : 44 dBW
Long: 30º O
Estación A
R(0,01%): 35 mm/h
Latit. : 40º N
Long: 4º O
Altitud: 700 m
Estación B
R(0,01%): 60 mm/h
Latit. : 30º N
Long: 0º O
Altitud: 0 m
PT: 100 W
Antena de tierra: 6 m; (eficiencia: 0,6).
T de ruido del sistema de recepción en tierra: 160 K
Atenuación atmosférica y desapuntamiento: Enlace ascendente:1,48 dB;
Enlace descendente 0,9 dB
Distancia aproximada de las estaciones terrenas al satélite: 38000 Km.
Factores para la atenuación por lluvia:
f: 12 G0Hz (K=0,03, α=1,15);
f: 14 GHz (K=0,016, α=1,25)
a) Calcular la relación C/N en el enlace ascendente y descendente.
b) Calcular el desvanecimiento por lluvia para los dos enlaces para un porcentaje del 0,2%
total, distribuyéndolo de la siguiente forma: un 25 % de ese total para el enlace ascendente
y el resto para el descendente.
c) Comprobar si el enlace total es viable para una BER de 10-6, considerando un margen de
degradación por IES de 2,5 dB.
d) Considerando que la atenuación por lluvia produce un incremento de la temperatura de
ruido (solamente en el enlace descendente) dado por: T= 273(1 – 1/all ), comprobar si
cumple el enlace.
e) Se ha detectado la existencia de unas señales interferentes tanto en el enlace ascendente
como en el descendente dadas por una relación C/Iu=26 dB y C/Id =27 dB. Calcular el
balance del enlace total.
Septiembre de 1997
EJERCICIO: La nave espacial Mars Pathfinder transmite imágenes digitalizadas de la
superficie de Marte. Estas imágenes fijas tienen 600*600 pixels, son codificadas con 24 bits
por pixel y a continuación comprimidas mediante el algoritmo JPEG con una relación 8:1.
Posteriormente se aplica un código convolucional de protección contra errores de tasa ½, con
una ganancia de código de 6 dB.
La frecuencia utilizada es de 7 GHz ,
La modulación QPSK y factor de forma =0,3 .
La Potencia transmitida por la nave espacial es de: 10 W y la antena: D=1 m , (k= 0,6)
La estación de seguimiento en tierra tiene una antena de D= 60 m, (k=0,5) y Te T = 100 K
K = 1,38 10-23 W/K/Hz.
El radio de la órbita de la Tierra es: 1,5 10 11 m y el de Marte: 2,28 10 11 m. Las órbitas pueden
suponerse prácticamente circulares y en el mismo plano.
La probabilidad de error para QPSK (Eb/N0 veces/Hz) se ha aproximado por:
Pb 
E
1
exp ( b )
2
N0
a) Determinar la PIRE del satélite y la G/T de la estación terrena.
b) Calcular el retardo del enlace Marte-Tierra, en las situaciones donde los planetas se
encuentran más alejados y más cercanos.
c) Calcular el nº de bits para transmitir una imagen codificada.
d) Determinar la velocidad binaria de transmisión máxima y el tiempo necesario para
transmitir una imagen, en el punto más cercano y en el más lejano de la distancia entre la
Tierra y Marte, para obtener una BER de 10-6 con un margen de 3 dB.
e) Para el caso correspondiente a la máxima velocidad de transmisión obtenida anteriormente,
y teniendo en cuenta que se ha producido una señal interferente con una C/I de 10 dB,
determinar la relación Eb/N0 (dB/Hz) total obtenida y la probabilidad de error
correspondiente, teniendo en cuenta la mejora de código y el margen de 3 dB anteriormente
mencionados.
Febrero de 1998
EJERCICIO: Un sistema de transmisión de TV digital por satélite utiliza un transpondedor
del satélite Hispasat de 27 MHz de ancho de banda, en las frecuencias de 17,480 GHz para el
enlace ascendente y de 12,302 GHz para el descendente. Los datos del enlace son:
Satélite:
Estación transmisora
PIRE : 58 dBW PIRE: 72 dBW
G/T : 5 dB/K
Estación terrena Receptora
T de ruido del sistema receptor en tierra: 150 K
C/N mínimo en recepción: 14 dB
Atenuación atmosférica: Enlace ascendente: 2 dB; Enlace descendente 1 dB
Distancia aproximada de las estaciones terrenas al satélite: 40.000 Km.
a) Determinar la relación C/N del enlace ascendente.
b) Determinar el diámetro de la antena de recepción terrena, suponiendo una eficiencia de
0,6, para obtener un margen de seguridad de 5 dB con respecto al valor mínimo
considerando solamente la relación C/N descendente.
c) Calcular la C/N total (enlace ascendente + descendente) del sistema y el margen sobre el
valor mínimo en recepción en este caso.
d) Cual será el valor mínimo de C/I provocado por otro satélite en la estación terrena
receptora para un correcto funcionamiento del sistema.
e) Si la modulación utilizada es QPSK con un filtro con factor de forma =0,3 y queremos
utilizar el transpondedor para 8 canales digitales, cual ha de ser la velocidad binaria de
cada uno de ellos.
Junio de 1999
EJERCICIO: El sistema de comunicaciones móviles por satélite Globalstar constará de 48
satélites en orbitas LEO a 1400 Km del altitud y tiene las siguientes características:
Frecuencia: uplink 1.610 MHz, downlink: 2.490 MHz
Velocidad binaria para voz digitalizada: 4,8 Kbits/s
Modulación QPSK y factor de forma =0,2
Técnica de acceso múltiple CDMA/FDMA/FDD
Ancho de banda del transpondedor: 36 MHz
Satélite:
Móvil
Diámetro de la antena: 1,2 m
Eficiencia de la antena: 0,64
Potencia transmitida: 1W
Factor de ruido del receptor: 4 dB
Diámetro equivalente de la antena: 0,1 m
Eficiencia de la antena: 0,64
Potencia transmitida: 1W
Factor de ruido del receptor: 4 dB
Temperatura de ruido de la antena: 100 K
a) Calcular la relación C/N en el enlace ascendente y descendente para un canal vocal
digitalizado. (teniendo en cuenta el ancho de banda equivalente si se modulara ese canal de
forma independiente)
b) Calcular la C/N total del enlace, y el margen de desvanecimiento existente si se pretende
obtener una BER de 10-6. La probabilidad de error para el sistema de modulación utilizado
y teniendo en cuenta las imperfecciones de los equipos puede ser aproximado por la
siguiente expresión:
E
1  b
Pe  e N 0
2
c) Dado que el sistema es CDMA, se utiliza una secuencia de ensanchamiento con una
velocidad de chip de 60 Mbits/s, que ocupa el transpondedor entero. Determinar la
relación Eb/I0 para 1000 usuarios simultáneos, suponiendo que todos llegan al satélite con
la misma potencia y teniendo en cuenta que la señal de cada uno de ellos está incorrelada.
d) Considerando la influencia conjunta del ruido (banda estrecha) y la interferencia (banda
ancha) calculados en los apartados anteriores determinar la BER para un usuario mediante
la aproximación a del apartado b).
Mayo de 2000
EJERCICIO: Un sistema VSAT utiliza parte de un transpondedor del satélite Hispasat (31º
W). Se pretende analizar el enlace terminal VSAT  Satélite  HUB (centro de control).
Los datos del enlace son
Frecuencia ascendente: 17,0 GHz
Frecuencia ascendente: 12,0 GHz
Pérdidas por gases y desapuntamiento: 1 dB en los enlaces ascendente y descendente.
Modulación QPSK, Factor de forma del filtro (0,3), Ancho de Banda: 1,3 MHz
Estación VSAT
PT :
10 W
Pérdidas de acoplo: 1 dB
Diámetro antena: 1,8 m
Eficiencia:
0,6
Latitud:
43º N
Longitud:
1ºW
Satélite:
PIRES:
35 dBW
G/TS :
5 dB/K
HUB
TA antena:
NF:
Diám. antena:
Eficiencia:
Latitud:
Longitud:
100 K
3,1 dB
3 m
0,6
40º N
4º W
a) Calcular la PIRE de la estación VSAT.
b) Calcular la distancia al satélite para el enlace ascendente y descendente.
c) Calcular la atenuación total para cada uno de los enlaces.
d) Calcular la relación G/T del HUB.
e) Calcular la relación C/N0 del enlace ascendente y del descendente.
f) Calcular la relación C/N0 total del sistema y el margen para una BER de 10–3.
g) Calcular el porcentaje de tiempo anual de indisponibilidad por propagación considerando
el margen obtenido del apartado anterior y una atenuación por lluvia para el 0,01% de 7,7
dB.
h) Si la duración de los eclipses puede ser aproximada en media como de 30 minutos diarios
durante 45 días dos veces al año, determinar el porcentaje de tiempo anual de
indisponibilidad del equipo debido a esta causa. Si no se cumple la recomendación de la
UIT – R de indisponibilidad que solución se adopta.
i) Si se utiliza un sistema de acceso múltiple TRMA con paquetes de 20 Kbits de tamaño y
10 milisegundos de duración; con un tiempo (aleatorio) medio entre transmisiones de cada
estación de 10 s y con 300 terminales terrenos. Calcular el régimen binario del canal (valor
instantáneo durante una transmisión), el régimen efectivo de cada estación y el tráfico
medio ofrecido al sistema en paquetes por slot (G).
j) Calcular la eficiencia “throughput” (paquetes correctamente entregados) del sistema
anterior para ALOHA-puro y ALOHA – ranurado.
Nota: Si para un apartado se necesitan resultados de un apartado anterior que no ha
sido calculado (o se considera totalmente erróneo), utilizar para resolverlo un valor
lógico supuesto.
Junio de 2000
EJERCICIO: Un sistema de recepción de comunicaciones por satélite está compuesto por
una antena parabólica de 1,2 m de diámetro (eficiencia: 0,7) y un LNB con una ganancia de 50
dB. A la salida del LNB (LNA + conversor) se mide mediante un analizador de espectros el
nivel de potencia recibida: PLNB = -30 dBm; la relación portadora a ruido: C/N = 20 dB y el
ancho de banda del canal deseado: BW= 30 MHz. Si la frecuencia del enlace descendente es
de 12 GHz, suponemos una atenuación por gases y desapuntamiento de 0,5 dB para este
enlace y podemos despreciar el efecto de la relación portadora ruido ascendente, calcular:
Nota: Si para un apartado se necesita el resultado de alguno anterior y no se ha resuelto
suponer un valor lógico para ese dato.
a) La temperatura de ruido del sistema de recepción (a la entrada del LNB). K = -228,6
dBW/KHz
b) Si la figura de ruido del LNB es de 1,5 dB cuanto vale la temperatura de ruido captada por
la antena.
c) Cual es la relación G/T de la estación terrena.
d) Cuanto vale la PIRE en dBW del satélite si este se encuentra a 38.000 Km de la estación
terrena.
e) Si la relación portadora a ruido del enlace ascendente no fuera despreciable y la
consideráramos igual a la del enlace descendente, cuanto valdría esta última.
Septiembre de 2000
Un sistema de comunicaciones por satélite en la banda Ku (14/12 GHz) operando con una
portadora TDMA por transpondedor tiene los siguientes parámetros.
Velocidad binaria de la tram TDMA : 60 Mbps
Modulación: OQPSK, con factor de forma del filtro  = 0,2.
K = -228,6 dBW/K/Hz
Satélite:
PIRE : 44 dBW
G/T : 1,6 dB/K
Estación terrena transmisora
PT: 150 W
Diámetro antena: 7 m ( = 0,61)
Estación terrena Receptora
T ruido del sistema: 175 K
Diámetro antena: 7 m ( = 0,61)
Atenuación atmosférica y de apuntamiento: Enlace ascendente: 1,2 dB;
Enlace descendente 0,9 dB
Distancia aproximada de las estaciones terrenas al satélite: 37.700 Km.
a) Determinar las relaciones C/N del enlace ascendente y descendente.
b) Calcular la C/N total recibida, la relación Energía de bit a densidad de potencia de ruido y
el margen obtenido para una BER de 10-6 .
c) Determinar la eficiencia del sistema de acceso múltiple teniendo en cuenta que el periodo
de trama es de 2 ms, los bits equivalentes de cabecera (preámbulo) y guarda para cada
ráfaga son 256, y la trama se compone de una ráfaga de referencia (cabecera + guarda) y
24 de información (cabecera +información +guarda) .
Junio de 2001
EJERCICIO 2:
Para el enlace por satélite, cuyos datos son:
Datos:
Frec: 10/12 GHz
d = 40000Km
Pérd. desapuntamiento = 0,2dB (Desc.)
Rb = 40 Mbps
Modulación: BPSK _
 = 0:2
(C/N)T = 18dB
Agases = 0,5dB (Asc.)
Agases = 0,8dB (Desc.)
(G/T)tierra = 30,62 dB
(G/T)satelite = 15 dB
PIRE)tierra = 69 dBW
Determinar:

Relación (C/N) del enlace ascendente.

PIRE del satélite para asegurar un margen de 5dB sobre la (C/N)T necesaria, supuesto
que existe una interferente con (C/I) =25dB.

Si se prescinde del margen de seguridad. ¿ Cuál sería la nueva PIRE del satélite?
SISTEMAS Y SERVICIOS DE TELECOMUNICACION (Final)
Junio de 2002
EJERCICIO 2:
Un sistema de comunicaciones móviles por satélite utiliza:
Enlaces móviles servicio telefónico
Banda L: 1.616-1.626.5 MHz
Enlaces entre satélites
Banda Ka: 23,18-23,38 GHz
Enlaces del segmento terrestre
Enlaces descendentes
Banda K: 19,4-19,6 GHz
Enlaces ascendentes
Banda Ka: 29,1-29,3 GHz
Altura de la orbita = 800 Km
Modulación: QPSK, con factor de forma del filtro  = 0,2.
K = -228,6 dBW/K/Hz
Estación móvil
PIRE : 1 W
Satélite A:
PIRE: 25 dBW; NF total= 3 dB
Satélite B:
G/T = 10 dB
Suponiendo un enlace: Estación móvil  Satélite A  Satélite B  Segmento Terrestre.
a) Calcular el periodo orbital del satélite ( = 3,986·10 –5 km3/sg2, RT = 6371 Km)
b) Teniendo en cuenta que el área cubierta por uno de los haces de un satélite (ancho de haz a 3 dB)
corresponde a una superficie circular de 0,5 millones de km2; calcular el diámetro equivalente de la
antena utilizada en el satélite para el enlace con las estaciones móviles.
c) Determinar la relación C/N0 del enlace ascendente. (Si no se ha resuelto el apartado anterior
suponer una antena de 1 m de diámetro), Eficiencia de la antena: 0,7
d) Sabiendo que hay 10 satélites situados en cada órbita y que los satélites A y B están contiguos en
la misma órbita, calcular la relación C/N0 del enlace intersatélitee) Considerando una relación C/N0 del enlace descendente satélite B - Tierra igual a la calculada en
el apartado anterior, obtener la C/N0 del enlace total.
f) Obtener la velocidad binaria máxima para una BER de 1·10 –3, considerando un margen para
multitrayecto e interferencias de 20 dB
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AUDIOVISUAL Y COMUNICACIONES
Febrero de 2003
RADIOCOMUNICACIÓN
(Final)
Ejercicio 2º. El sistema de comunicaciones móviles por satélite Thuraya (www.thuraya.com), permite
la comunicación con terminales móviles de tamaño similar a los de GSM. Los principales datos de este
sistema multihaz son:
Satélite Geoestacionario a 44º E.
Distancia máxima al satélite. 40.000 Km
Estaciones Terrenas:
PT = 10 W,
Dantena = 6 m, = 0,6
TS = 550 K
Rb de canal: 46,8 Kbits/s
BW transpondedor: 27 MHz
Satélite:
PT = 10 W
Dantena = desconocido;   0,6
NF = 5 dB
Modulación PI/4 QPSK.
 = 0,2.
Estación móvil:
PT = 2 W
Gantena = 2 dB
NF = 3 dB
Las frecuencias utilizadas en los diferentes enlaces son las siguientes:
Enlaces con los móviles:
MS- Sat: 1626,5-1660,5 MHz. Sat- MS: 1525,0-1559,0 MHz
Enlaces con estaciones terrestres: ET- Sat: 6425.0-6725.0 MHz Sat- ET: 3400.0-3625.0 MHz.
a)
Conociendo que el sistema es FDMA, calcular el número máximo de canales simultáneos en un
transpondedor. Sería posible usar ese número de canales, ¿Porqué?.
b)
Para el caso de un enlace de voz MS-Sat-MS, se exige una BER de 1·10-3 (considerar la Peb de la
modulación PI/4 QPSK, igual a la de QPSK). Para este tipo de enlace se usa codificación bloque
y convolucional que ofrece una ganancia de código de 6 dB. Por otro lado, se deben considerar
márgenes de implementación de los equipos de 2,5 dB y un margen por multitrayecto e
interferencias de 9 dB. Obtener la relación portadora a ruido normalizada (W), y la relación
portadora a densidad espectral de ruido, necesarias para ese enlace.
c)
Obtener la ganancia, y a partir de ella el diámetro de la antena del satélite para cumplir con los
objetivos de calidad enunciados en el apartado anterior.
(Nota. Utilizar la frecuencia central de 1600 MHz para el calculo de los enlaces ascendente y
descendente con los móviles.)
d)
Determinar el radio y el área de cobertura, suponiendo esta circular, sobre la tierra, de un haz del
satélite.