Instalaciones de recepción y distribución de televisión satélite

Instalaciones de recepción y distribución de televisión satélite: SMATV
1.- TRANSMISIONES POR SATÉLITE
En las transmisiones de señales terrestres necesitábamos una red de transmisores
(reemisores) que nos permitieran llevar las señales de radiofrecuencias a lugares
lejanos, lo cual encarece la transmisión y aumenta la posibilidad de fallos.
En las transmisiones vía satélite, con un solo reemisor (satélite) podemos cubrir un
área muy grande.
Un satélite de comunicaciones es un sistema receptor / transmisor (reemisor) de
señales radioeléctricas que está situado en una órbita geoestacionaria alrededor del
planeta y al nivel del ecuador. Estos satélites giran en el mismo sentido y a la misma
velocidad angular que la tierra en su movimiento de rotación por lo que, para un punto
fijo (antena) situado sobre la superficie terrestre, se mantiene siempre sobre la misma
vertical.
Para poder mantener esa posición fija sin apenas consumo de energía, se sitúa a una
altura sobre el ecuador de unos 36000 Km (cinturón de Clark), distancia a la cual la
fuerza de atracción gravitatoria y la fuerza centrífuga del satélite en su movimiento de
rotación se igualan.
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Al ser satélites estacionarios respecto a cualquier punto de la tierra, podemos
establecer su posición orbital como un ángulo que tiene su origen en el centro de la
tierra y pasa por el ecuador en el meridiano de Greenwich y una línea recta que uniría
el satélite con el centro de la tierra pasando por el ecuador.
Por acuerdos internacionales se asignaron posiciones orbitales a cada país, según la
posición respecto al meridiano de Greenwich, correspondiéndole a España la posición
-31º (31º Oeste).
Los satélites deben guardar una distancia mínima de 150 Km, correspondiente a 0,2º.
Los satélites geoestacionarios están compuestos de dos partes o módulos:
a) módulo de servicio: baterías, reactores, etc.
b) módulo de comunicaciones, que básicamente se compone de:
- Antena parabólica de recepción
- Transpondedores: TRANSCEPTORES (emisor-receptor). Dispositivos que
procesan y convierten las señales recibidas de la estación terrestre a frecuencias
más bajas para su retransmisión a tierra. Un satélite puede albergar más de 64.
- Antena parabólica de emisión: envía la señal a una o varias zonas determinadas de
la tierra o a otro satélite.
Se define zona de cobertura de un satélite como la zona de la superficie terrestre,
delimitada por un contorno de densidad de flujo de potencia constante, que permite
obtener la calidad deseada de recepción.
La zona de cobertura viene determinada por la configuración de
antena emisora.
la
Podemos describir tres tipos de cobertura:
- Haz global: Alcanza el 42.2% de la superficie terrestre, máxima
área “visible” desde un satélite. Niveles bajos de recepción.
- Haz hemisférico: Alcanza el 20% de la superficie terrestre.
Suma de varios de zona.
obertura de máxima potencia de un haz.
- Haz de zona: 10 % de la superficie. Co
Utilizado normalmente.
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1.- EL SISTEMA
2.1.- Banda de frecuencias:
Para la transmisión de señales vía satélite, se emplean unas frecuencias muy altas
(entre 10 y 14 GHz), debido a su facilidad para atravesar las diferentes capas de la
atmósfera con un bajo índice de atenuación y sin refracciones.
El satélite recibe la señal procedente de la estación de transmisión en la tierra a través
del haz ascendente, de unos 14 GHz y lo reenvía a la tierra por el haz descendente, de
una frecuencia entre 10 y 13 GHz.
En la actualidad, el enlace descendente de los satélites con cobertura europea utiliza la
banda Ku.
Esta banda se divide en dos partes:
• Dos subbandas asignadas al servicio FSS:
FSS baja : de 10,7 - 11,7 GHZ
FSS alta : de 11,7 - 12,75 Ghz
• SISTEMA DBS: 11’7 - 12’5 GHz. (DIGITAL)
•
•
•
10’7÷12’75 GHz ES EL MARGEN DE FRECUENCIAS DEL ENLACE
DESCENDENTE.
OFRECE 2.050 MHz DE ANCHO DE BANDA.
COMO CADA CANAL OCUPA 27 MHz, SÓLO CABRIAN ≈ 75.
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2.2.- Polarización
Para ampliar la capacidad de canales que se pueden transmitir por cada una de estas
bandas, se recurre al concepto de polarización.
La polarización es una característica propia de las ondas electromagnéticas y se
puede definir como la trayectoria descrita por el vector campo eléctrico asociado a la
onda en propagación.
Los tipos de polarización utilizados en las transmisiones de señales de TV por satélite
son:
* DBS: polarización circular, a derechas o izquierdas.
* FSS: polarización lineal, horizontal o vertical.
Un dispositivo denominado polarizador, situado en el foco de la parábola, es el
encargado de rechazar en cada caso la polarización no deseada.
La polarización lineal es aquella en la que la antena emisora y receptora son rectas y
están colocadas vertical u horizontalmente según el tipo de polarización elegido.
Las antenas con polarización circular producen un campo eléctrico giratorio.
Polarización circular
Polarización vertical (lineal)
2.3.- Potencia emitida (PIRE)
La potencia emitida por un satélite se da en términos de PIRE: potencia isotrópica
radiada efectiva.
El PIRE representa la potencia que debería radiar una antena isotrópica para obtener
en un punto determinado del espacio el mismo nivel que conseguimos con la antena
emisora del satélite.
Concepto de potencia isotrópica radiada equivalente:
Emisión isotrópica
Emisión satélite
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2.4.- Modulación y ancho de banda
Modulación:
• Televisión satélite analógica => modulación en frecuencia (FM).
Varias subportadoras de audio.
•
Televisión satélite digital => modulación QPSK.
Varios servicios por canal. (max. 20, típ. 8).
Depende de la calidad de la emisión.
Ancho de banda:
En satélite es del orden de 27 Mhz. (18-36 MHz). Esta es otra diferencia importante
entre las señales de TV terrena (8 MHz) y satélite.
Una gran parte de los programas transmitidos por los satélites utilizan un sistema de
codificación y para poder demodularlos es necesario pagar una cuota mensual y
poseer el decodificador alquilado por la empresa.
Los sistemas de codificación más habituales utilizados por los satélites (TV
analógica) en la región europea son : Nagravisión, Videovisión, Eurocrip, Discrete ,
SIS y SMART.
3- ESTACIÓN EMISORA
La información que se desee transmitir se genera en los estudios de TV en forma de
sonido e imágenes sincronizadas. Esta información pasará a un transmisor y de éste a
una antena emisora que la envía al satélite.
Una vez en el transmisor, la señal en banda base (vídeo-audio), se modula en una
portadora de 70 ó 140 Mhz y la resultante se convierte, por medio de un oscilador de
microondas a una frecuencia del canal de satélite: 14 GHz, con un ancho de banda por
canal entre 20 y 40 Mhz.
Una etapa amplificadora final eleva la potencia de la señal antes de que esta sea
emitida mediante una antena parabólica, constituyendo el haz ascendente de enlace.
El diagrama de bloques podría ser el siguiente:
4- ESTACIÓN RECEPTORA:
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4-1 - Elementos instalados en el exterior
- Reflector parabólico o antena.
- Unidad externa, formada (en un único elemento) por:
* Alimentador
* Polarizador
* Conversor de microondas o LNB
- Sistema de motorización (si lo hay)
Para dimensionar estos elementos es necesario conocer los diagramas de radiación
del satélite en la zona geográfica donde se produce la recepción y las bandas de
frecuencias utilizadas.
4-1-1: Reflector parabólico o antena:
La antena es el elemento encargado de captar la débil señal procedente del satélite y
entregarla a la unidad externa.
Los parámetros que tendremos en cuenta a la hora de elegir una antena son:
• Ganancia
Depende del tamaño de la antena (diámetro), de la eficiencia (η) y de la longitud de
onda (λ) de la señal recibida.
La eficiencia η es el porcentaje de energía que incide en la parábola y es dirigida al
foco de la misma.
* Niveles de lóbulo secundario
* Ancho de haz
El ancho de haz y los niveles del
lóbulo secundario determinan la
capacidad que tiene la antena para
captar señal en las diversas
direcciones del espacio.
El ancho de haz viene a ser una
medida de la directividad de la antena.
Tipos de antenas:
* Antena multisatélite (multihaz):
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Presentan múltiples haces de recepción utilizando un reflector común y varios
alimentadores.
* Antenas de foco centrado: La unidad externa está situada en el foco de la parábola.
Su diámetro suele ser mayor de 0,9 m. y se utilizan en instalaciones colectivas.
* Antenas off-set: La unidad exterior está situada en el punto focal sostenida por un
brazo que sale de debajo del reflector y no proyecta “sombra”. Su diámetro es menor
de 0,9 m. Gran rendimiento. 180 cm de diámetro en foco centrado ≈ 120 cm off-set.
* Antenas Cassegrain y Gregorian: son antenas en cuyo foco se sitúa un segundo
reflector.
* Antenas planas Recepción de satélites de alta potencia. Llevan el conversor
incorporado, lo que las hace más compactas.
Off-set
Foco centrado
Cassegrain
Offset
Plana
Multisatélite
4.1.2- Unidad exterior
Actualmente designa el conjunto de dispositivos situados en el foco de la antena
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parabólica. Se encarga de transmitir la señal del satélite a las unidades interiores en
F.I.
Consta de las siguientes partes:
• Alimentador: Situado en el foco de la parábola, es el encargado de recibir la
radiación electromagnética una vez reflejada en el reflector de la antena.
• Polarizador: Rechaza la polarización no deseada. Se sitúa a la salida del
alimentador y antes del conversor (LNB). Montado delante de la unidad LNB, el
polarizador permite seleccionar el grupo de canales correspondiente a una
polaridad u otra, de los dos que componen la señal radiada.
Según el tipo de polarización pueden ser:
• Dispositivos de polarización lineal (FSS).
Actualmente la discriminación de polarizaciones es realizada por los LNB.
• Los dispositivos de polarización circular consisten, generalmente, en una
lámina de material dieléctrico (teflón), colocado en el propio alimentador de
antena.
• Conversor o LNB: Recibe la señal proveniente de la antena, la amplifica y la
convierte a una señal de frecuencia más baja para su transmisión a través del
cable coaxial de bajada a las unidades interiores:
fKu ==> LNB ==>
El rango de frecuencias de entrada que cubren estos conversores varía en
función de la frecuencia utilizada por el satélite:
* Satélites banda baja (FSS):
10,7-11,7 GHZ
* Satélites banda alta FSS:
11,7 - 12,75 GHz
LNB universal
La señal emitida por el satélite será de la frecuencia comprendida en la banda
10,7-12,75 GHz, que está dividida en subbandas. Existen conversores que cubren
todo el rango de frecuencias y por tanto permiten la recepción de todos los
satélites de difusión.
Estos LNB´s utilizan generalmente dos frecuencias de oscilador local:
- 10,7 < f < 11,7, OL ==> 9,75 GHZ.
- 11,7 < f < 12,75 , OL ==> 10,7 Ghz .
Un LNB universal permite seleccionar cualquiera de las bandas del satélite (alta
o baja). La selección se realiza mediante la activación o no de una señal de 22
KHz desde el receptor digital. De cada una de las bandas se puede elegir,
además, la polarización vertical u horizontal enviando diferentes niveles de
alimentación al LNB (13 ó 18 V.). Por otra parte, hay modelos con varias salidas
en las que aparecen separadas las polaridades V y H, con lo que nos ahorramos
tener que seleccionarlas.
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LNB doble
Similar al anterior, posee dos salidas que se pueden controlar
independientemente.
Está compuesto internamente por dos LNB´s y un polarizador,
presentando dos salidas con polaridades horizontal y vertical
en cada una de ellas en función de la tensión con que cada
LNB se alimente o si recibe o no el tono de 22 KHz. La
alimentación de la unidad se incorpora al mismo cable de
distribución de la señal con la tensión apropiada a la banda deseada o
con presencia o ausencia de tono, que es seleccionable desde la unidad
interior.
LNB quatro
Cuatro salidas independientes banda/polaridad: H/L, H/H, V/L, V/H.
Sólo se alimenta por una de sus cuatro salidas, con un
valor de tensión fijo de entre 13 a 18V c.c.
La frecuencia de salida (FI) de la unidad LNB, es:
FI = FENTRADA - FOL
FI = frecuencia de la señal de salida del LNB
FOL = frecuencia del oscilador local del LNB
• F.I. , FRECUENCIA INTERMEDIA, 950÷2.150 MHz: Conversión necesaria para
poder distribuir la señal del satélite por el cable (BW ≈ 1 GHz)
4.2. Ajustes en la unidad externa
El ajuste óptimo corresponderá a la máxima señal en lo que respecta a la posición
focal y al punto en el que ambas polarizaciones queden máximamente diferenciadas
(valor máximo para una y mínimo para otra) en lo que a posición radial se refiere.
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La relación portadora/ruido es una magnitud que determina la calidad de la señal ya
que cuando mayor sea, menos influencia ejerce el ruido sobre la señal de interés.
4.3 Elección de la antena
La antena elegida debe asegurar que la relación entre la potencia de la portadora y el
ruido C/N, recibida en cada una de las tomas de usuario sea la adecuada:
•
•
TV satélite analógica (FM): C/N ≥ 15 dB*
TV satélite digital (QPSK) : C/N ≥ 11 dB*
(de lo anterior obtenemos la explicación de por qué las antenas de Canal Satélite
Digital son de menor tamaño que las convencionales para canales analógicos).
En las huellas de cobertura de los satélites se indica la potencia con que emite el
satélite en esa zona, expresada en dBw.
Desde un punto de vista práctico, son los propios comercializadores de señal satélite
los que nos informan del tamaño mínimo de la parábola sobre los mapas de cobertura,
haciendo innecesarios los cálculos anteriores:
4.4: Instalación de antena parabólica: elevación y Azimuth
Al realizar una instalación de satélite hay que tener en
cuenta distintos aspectos que afectan directamente al
rendimiento final de la instalación. Uno de ellos es el
emplazamiento geográfico, que resulta clave a la hora de
escoger el tipo de reflector más adecuado así como de
establecer las coordenadas de orientación de la antena. Para
poder fijar precisamente la orientación de la antena receptora
y localizar la señal del satélite, será necesario calcular su
elevación y su azimuth.
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Existen diferentes métodos para obtener información de la elevación y el azimut. Lo
más simple es consultar en diferentes páginas de internet o mapas donde se especifica
para cada zona.
El instrumento con que se medirá la elevación es el inclinómetro, mientras que para
el azimuth se usa la brújula.
5. ELEMENTOS INTERIORES
5.1 Unidad interior
Este dispositivo realiza las funciones de sintonía y demodulación de un canal
específico dentro del bloque de canales a la salida del conversor.
Al igual que un sintonizador, elige un canal y extrae del mismo la información de vídeo
y sonido que deseamos obtener.
Aparte de las frecuencias elevadas que utilizan, las señales de TV enviadas por
satélite tienen unas características totalmente distintas de las terrenas (van moduladas
en frecuencia/QPSK y su ancho de banda es más elevado).
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A la salida de la unidad interior se tienen las señales de vídeo y audio modulada en el
canal deseado de UHF /VHF o en vídeo y audio en banda base.
Existen dos grandes tipos de unidades interiores, en función del tipo de instalación al
que van destinadas:
- Unidad interior colectiva
- Receptor de satélite (Unidad interior individual)
Una unidad interior colectiva tiene sintonía fija y está compuesta por tres grandes
bloques:
*
Demodulador
Encargado de recibir un canal en 1ª F.I. (950- 2150 Mhz) y convertirlo a una segunda
F.I. de 479,5 Mhz y demodularlo.
Procesador de audio-vídeo
Separa las señales de audio y vídeo y las trata por separado para entregarlas al
modulador de salida tras procesos de amplificación y filtrado. Pueden existir varias
subportadoras de audio seleccionables, en las que se incorporan sonido original,
sonido estéreo dual o emisoras de radio. Puede haber hasta ocho subportadoras.
Modulador
Entrega a su salida una señal de TV modulada en banda lateral vestigial en cualquier
canal de TV entre 47 y 860 Mhz.
Los receptores de satélite (unidad interior individual) responden al mismo esquema
de bloques que las colectivas aunque diferentes características de manejo: mando a
distancia, display y/o textos en pantalla, euroconector, salida audio estéreo.
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5.2 Otros dispositivos:
5.2.1- Procesadores de FI
Un procesador de FI es un dispositivo que convierte un canal cualquiera de la
banda 950-2150 Mhz a otra frecuencia cualquiera dentro de la misma banda, es
decir, permite seleccionar y ordenar los canales de satélite de interés dentro de una
banda limitada. Aprovecha al máximo el ancho de banda disponible en FI (950-2150
Mhz) - canales modulados en FM 18 a 36 Mhz -.
5.2.2- Amplificadores de FI:
- Central de FI alimentación remota: destinado a compensar las pérdidas de la red
de distribución.
Está diseñada para integrarse en los sistemas de amplificación terrestres.
- Central de FI de alimentación local: igual que el anterior pero de uso independiente
de la instalación terrestre.
5.2.3.- Elementos de distribución (repartidores, derivadores, y tomas):
Son elementos muy similares a los de MATV con la principal diferencia de
aumentar su ancho de banda hasta los 2150 MHz.
5.3- Distribución de TV satélite:
Una vez instalada la antena y las unidades externas y tratadas convenientemente
las distintas señales procedentes del sistema captador en el equipo de cabeza
(modulación, amplificación, demodulación, etc.), la señal recibida ha de ser
distribuida a los diferentes usuarios a través de la red de distribución.
6- TIPOS DE INSTALACIONES
6.1 INSTALACIONES COLECTIVAS:
La mayoría de las instalaciones existentes de SMATV se han formado a partir de una
instalación de MATV a la que se le añade la distribución de varios canales de satélite.
Existen varias alternativas para distribuir las señales que transmiten los satélites:
* Distribución por procesado de canales
* Distribución en F.I.
* Distribución mixta procesado / FI
* Distribución por procesado de canales:
En este caso, la señal o señales procedentes del Sistema Captador son llevadas al
equipo de cabeza, donde atacan a las unidades interiores de recepción colectivas, de
tal forma que a su salida tendremos un canal de TV modulado en AM con las mismas
características y en la misma banda de frecuencia que los canales de TV terrestre.
A partir de este punto, dicho canal será amplificado y posteriormente mezclado con
los demás canales de satélite y terrestres recibidos y distribuido en la banda VHF/UHF
a través de la red de distribución.
En la distribución por procesado de canal, todos los canales de satélite son
transmitidos por la red de distribución en la banda VHF/UHF y por tanto esta red de
distribución será exactamente la misma que la usada en MATV.
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La figura muestra el Equipo de Cabeza de una instalación SMATV para distribuir
ocho canales de satélite en las dos polaridades.. Mediante dos bajadas (una por
polaridad), se ataca al equipo de cabeza constituido por 2 repartidores de cuatro
direcciones, 8 unidades interiores (una por canal), 8 amplificadores monocanal y la
F.A. correspondientes.
La figura siguiente muestra el sistema captador y el equipo de cabeza de una
instalación de SMATV para distribuir doce canales de TV satélite de dos satélites
distintos y con todas las polaridades posibles y tres de TV terrestre más FM.
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* Distribución en FI
Consiste en la distribución de las
señales de satélite a la toma de usuario
sin demodular. Es decir, el usuario en su
toma tendrá la señal tal y como se
encuentra a la salida del conversor de la
unidad exterior. En este caso el usuario
deberá disponer de un receptor de
satélite que le permita sintonizar,
demodular y volver a modular antes de
atacar el TV. La banda utilizada para este
tipo de distribución será, lógicamente,
950-2150 Mhz.
- Distribución con dos cables de bajada:
Este tipo de distribución resulta de
duplicar la instalación de una sola
polaridad incorporando un elemento que
permite a cada usuario elegir una de las
dos derivaciones que soporta cada una
de las polaridades.
- Distribución mixta procesado / FI:
Es una mezcla de los sistemas anteriores.
SISTEMAS INDIVIDUALES:
El objetivo de un sistema de recepción vía satélite individual es distribuir canales de
satélite a una sola vivienda o a un reducido número de viviendas.
El tipo de distribución utilizado en instalaciones individuales es por FI ya que el
sistema por procesado de canales no tiene sentido en este caso.
Instalación dependiente de la existente:
Al querer combinar la instalación terrestre con la de satélite aparecerán
incompatibilidades.
Esta instalación, en la mayoría de los casos, es incompatible con la existente.
Instalaciones independientes de la existente:
Existe una gran variedad de posibilidades. Básicamente dependen del número de
polaridades y posiciones orbitales a recibir así como del número de tomas (viviendas)
a las que se quiere dar servicio.
Desde el punto de vista del sistema captador podremos tener:
•
Sistema motorizado
•
Sistema fijo
Con el primero podremos recibir todas las posiciones orbitales deseadas mediante
la reorientación automática de la parábola al satélite deseado.
El segundo es un sistema en el que no se puede variar sin reinstalación la
orientación de la antena y, por tanto, la posición orbital.
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Teniendo en cuenta los dos factores mencionados, existe un gran número de
posibilidades como las siguientes:
INSTALACIÓN INDIVIDUAL MEZCLADA
INSTALACIÓN INDIVIDUAL SEPARADA II
INSTALACIÓN INDIVIDUAL SEPARADA I
INSTALACIÓN INDIVIDUAL CONMUTADA
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