TEMA 9 Tema A9-APÉNDICE A9. 7 Ejercicio global A9.1. RECEPCIÓN DEL SATÉLITE La primera parte de un sistema global de distribución audiovisual consta de un subsistema receptor de satélite, según el esquema que sigue: Transmisor 12,5GHz Tes 18K A B 0,5dB B A Gi1 28dBi AAT 4,5dB AM 3dB * *** * ** * * ** * ** TeM 283K 2 3 Gi2 34dBi Divisor de potencia 0,5+0,5 1 TeA 220K 0,3dB 300w 0,5dB G A 43 5 TtA 23º C AG 0,8dB TtG 23º C 43º 4 TeT 43K Suelo Amplificador FI LNB 6 7 GL 20dB FL ¿? dB R 8 FR 8dB Fig. 9.1 Detalle del transmisor de satélite y del enlace a Tierra Satélite; geoestacionario, consta de un transmisor de 300 watios por cada canal en la banda de 12,5Ghz ,que alimenta a dos antenas, cada una de ellas dedicada a un haz. En nuestro caso aprovechamos el haz B Las pérdidas óhmicas de las guías de onda que alimentan las antenas están marcadas sobre el esquema, así como la ganancia isótropa de las antenas de transmisión. Cada canal tiene un ancho de banda de 30Mhz El satélite está sobre un ruido de fondo estelar cuya temperatura equivalente de ruido es de 18 K. Pregunta 1ª: Averiguar los EIRP con que transmite el satélite en el centro de cada uno de los haces. Respuesta 1ª: 14/11/2015 - 5:53 Edición 2006 PÁG. 1 Sistemas de transmisión Potencia del transmisor en dBw 10log300w 24,8dBw Pérdidas en cualquiera de los casos. PA 0,5dB 0,3dB 3dB 3,8dB 49 dBw EIRP en A EIRPA 24´8dBw 3,8dB 28dB 49dBw 55 dBw EIRP en b EIRPB 24´8dBw 3,8dB 34dB 55dBw El enlace se encuentra, en tiempo claro, con una atenuación total de 4,5 dB debida a las partículas y gases atmosféricos correspondientes al ángulo de elevación de la antena (43º). La temperatura térmica media de esta masa material es de 220K. En tiempo de lluvia, la atenuación adicional producida por el meteoro se estima en 3dB y su temperatura media en 283K Debido a los lóbulos secundarios se estima que el ruido captado de la tierra circundante tiene una temperatura equivalente de ruido de 43K, medidos en el feed horn de la antena (punto 5) Igualmente, la ganancia isotrópica de la antena receptora, en el mismo punto (5) es de 43 dB Desde el feed-horn hasta el LNB la señal se conduce mediante una guía de onda, cuyas pérdidas a la temperatura de trabajo son de 0,8 dB. La temperatura térmica de trabajo de la antena y de la guía de ondas es de 23ºC El LNB y el amplificador de FI tienen los valores de ganancia y figura de ruido que figuran en el diagrama. La relación C/N necesaria para una correcta recepción de la señal en la entrada (8) del receptor ha de ser, como mínimo 9 dB Pregunta 2: Averiguar la relación C/N en la entrada del LNB (punto 6) Respuesta 2: Pérdidas netas en el espacio libre: 92,45 20log(12,5) 20log(35,786) 205,5dB Pérdidas por corrección subsatélite (gráfico, para 43º elevación): 0,4dB Pérdidas por otras atenuaciones (atmósfera; lluvia; guía) 4,5 3 0,8 8,3dB Señal recibida: 55dBw 205,5 8,3 0,4 43dBi 116,2dBw Ruido recibido: Hallemos la equivalencia de la cadena receptora desde el punto (2), al (6) (ver figura con los cálculos de la temperatura equivalente de ruido) Potencia de ruido en dBw : Nn 10log(1,381023 265 3 107 ) 129,6dBw Relación señal a ruido: C C 13,4dB 116,2dBm 129,6dBm 13,4dB N LNB N LNB Pág 2 Tema 7 –Apéndice . Fig. 9.2 - Cálculos de temperatura equivalente de ruido en la entrada del LNB Otra manera de hacerlo: Calculemos el factor de ruido del conjunto : Nube+ lluvia , +guía de onda (Friiss): 220 410,5 f E 1 (10 290 283 103 293 010,8 1 ( 10 1 ) 1 (10 1) 1 1 290 290 1) 6,266 4,5 4, 5 3 10 10 10 10 1010 Trasladada como temperatura equivalente a la entrada (punto 2) Te(2) 290(6,266 1) 1527 Añadiéndole la temperatura recibida del espacio: 1527 18 1545 3 0 ,8 4,5 1545 10 10 1010 10 10 228.6 K Llevamos todo a (6) Falta añadir la temperatura captada por la antena ;trasladarla al mismo punto , y sumar TeT (6) 228,6 43 10 0,8 10 264,4 Como se ve, muy similar a la obtenida por el otro procedimiento. Las diferencias se deben a errores de precisión. Traducida a potencia da: Nn 129,6dBw, desapareciendo las diferencias. Pregunta 3ª: ¿Cuál será la máxima figura de ruido tolerable del LNB? Res puesta 3ª: 14/11/2015 - 5:53 Edición 2004 Pág 3 Sistemas de transmisión Máximo aumento de potencia de ruido tolerable N 13,4dB 9dB 4,4dB Que, en temperatura de ruido será T 100, 44 2,75 4,4dB 10log T Como la temperatura de ruido era, antes 264,8K: TMAX 264,8 2,75 728,2K Que corresponde a un exceso de temperatura de Te 728,2 264,8 463,4K Pasado esta temperatura a figura de ruido: fT 463,4 1 2,59 290 8 f T f LNB 1010 1 10 f LNB f T 0,053 20 10 Luego: f LNB 2,59 0,053 2,54 FLNB 10log2,54 4,065dB FLNB 4,065dB Pág 4 Tema 7 –Apéndice . Parte 2 Como resultado de la captación de 40 canales como el estudiado se obtiene video y sonido de TV que se remodula en sistema PAL y/o digital (64QAM), indistintamente- Para ello la exigencia de C/N ha de ser la más estricta, que corresponde al PAL. La relación C/N en la toma de abonado mas alejada ha de ser, como mínimo de 40 dB y la peor CTB, mayor de 40dB. Para la distribución en el entorno de la cabecera se dispone de una red coaxial de cinco amplificadores en cascada tal y como se indica en el esquema. Todos los tramos y amplificadores son iguales. Fig. 9.3 – Red de distribución original El nivel de salida de la cabecera puede variarse en 0dB / 20dB sobre su valor nominal de salida ( 96dBV ) sin afectar a su C/N, que viene impuesta por los primeros pasos del sistema. No así la distorsión, que sigue las reglas habituales en función del nivel de salida PREGUNTA 4ª: Averiguar las condiciones de relación C/N e intermodulación (I2T) en la toma de abonada más alejada, para nivel de salida de la cabecera de 90dBV RESPUESTA 4ª: Comencemos por hallar la figura de ruido global de la red de distribución . Como todos los amplificadores son iguales y trabajan al mismo nivel, es de aplicación la fórmula sencilla: Fred P F 10log n Fred 25 9 10log5 41dB Desconectemos la red de distribución y pongamos en la entrada un generador de señal, sin ruido propio, que no sea térmico (a T0) y de potencia igual a la de trabajo de la red = 90dBV . Pout 90dBV Averigüemos la potencia de ruido Térmico en la entrada a la red: NT 0 10 log(1,381020 290 5 106 ) 107dBm 107 109 2dBV La relación C/N original es, pues: C/ N 0 90dBV 2dBV 88dBV En estas condiciones, el deterioro de la C/N en la red de distribución corresponde a la figura de ruido, por lo que, a la salida de la red: 14/11/2015 - 5:53 Edición 2004 Pág 5 Sistemas de transmisión C / N out 88 41 47dB Si ahora conectamos la verdadera señal saliente de la cabecera, que tiene una (C/N) de 50 dB para ese nivel de trabajo, obtendremos la C/N conjunta del sistema mediante: 1 1 1 c c c n S n 1 n 2 1 1 1 2,095 105 60 47 s 10 10 10 10 n S 1 2 Invirtiendo y tomando logaritmos: C 46,8dB N S C 5 10log 2,095 10 46.8dB N S En cuanto a la distorsión, comencemos por calcular, mediante la fórmula sencilla, la I2TR del la red de distribución: I 2TR 2 IP3 90 20log n I 2TR I 2T 20log n I 2TR 2 130 90 20log5 66dB Que hemos de combinar con la de l cabecera Para dar: I 2TS I 2TOUTC 50 (96 90) 2 62dB 66 2062 20 log10 10 20 57,75dB I 2TS 57,7dB PREGUNTA 5ª : Halle un valor aproximado del CTB para el conjunto de las 40 portadoras. Actue sobre el CTB 40dB; nivel de trabajo para conseguir cumplir: C / N 40dB RESPUESTA;: 3(n 1) 2 CTB I 2T 6 10 log 24,2 8 Supera lo establecido en 15,8 dB. Probemos a reducir el nivel de salida en la mitad de dB (8dB), para intentar entrar en especificaciones de distorsión De este modo, la CN: 39 1060 C 10 log10 10 10 38,97dB N S Observamos que, dada la diferencia de relaciones señal a ruido, prácticamente se impone la de la red y el conjunto la podriamos haber estimado, aproximadamente como: C / N 46,8dB 8dB 38,8dB Pág 6 Tema 7 –Apéndice . CTB 24,2 2 8 40,2dB y la CTB quedarían Se llega justo al límite de CTB pero queda por debajo en relación C/N CONCLUSIÓN: No hay solución aceptable con este material PREGUNTA 6ª. Pruebe con un material de mejores prestaciones, consistente en utilizar amplificadores con mejor figura de ruido FA 5dB RESPUESTA 6ª Nivel de trabajo cabecera: 82dBV I 2T 50 2 14 78dB Nivel de trabajo de la red 82dBV I 2TR 2 130 82 20log5 82,02dB Nuevo factor de ruido: Fred 25 5 10log5 37dB Relación C/N de la red C / N out 90 8 2 37 43dB Si ahora conectamos la cabecera, que tiene una (C/N) de 60 dB 43 1060 1 C 10 10 log 10 log 10 10 42,9dB s N S n S En cuanto a la distorsión, combinando red y cabecera:: I 2TS 82 , 02 2078 20 log10 10 20 73,8dB El valor aproximado del CTB para el conjunto de las 40 portadoras, será 3(n 1) 2 CTB 73,8 6 10 log 40,2dB 8 Que cumple la especificación de distorsión, como era de esperar, pues en dada hemos cambiado en este aspecto C / N 42,3dB 40dB CTB 40,2 40dB Cumplen, aunque muy justo, bajando la señal 1 dB, quedaría algo más centrado: C / N 41,3dB 40dB CTB 42.2dB 40dB PREGUNTA 7ª: Partiendo de un nivel de trabajo de 82dBV , cambie la red, introduciendo dos amplificadores de línea más de los del último tipo, ya que no se dispone de otros de mejores prestaciones, y vea si mejora el margen de trabajo. Considere los nuevos tramos de 19dB de 14/11/2015 - 5:53 Edición 2004 Pág 7 Sistemas de transmisión atenuación( 25dB 6 150 dB 19 dB 8 152 dB Proponga el nuevo nivel de trabajo óptimo del sistema RESPUESTA 7º: Nivel de trabajo cabecera: 82dBV I 2T 50 2 14 76dB Nivel de trabajo de la red 82dBV I 2TR 2 130 82 20log7 79,1dB Nuevo factor de ruido: Fred 19 5 10log7 32,45dB Relación C/N de la red C / N out 82dBV 2dBV 32,45dB 47,55dB Si ahora conectamos la cabecera, que tiene una (C/N) de 60 dB 47 , 55 1060 1 C 10 10 log 10 log 10 10 47,36dB s N S n S En cuanto a la distorsión, combinando red y cabecera: I 2TR 2 130 82 20log7 79,1dB 79 ,1 78 I 2TS 20 log10 20 10 20 72.5dB El valor aproximado n del CTB para el conjunto de las 40 portadoras, será 3(40 1) 2 CTB 72,5 6 10log 39dB 8 Para centrar el nivel de trabajo: Por razones de ruido, podremos descender la señal hasta : S MIN 82dBV (47,36dB 40dB) 74,6dBV Por razones de distorsiones de 3 orden la podríamos subir hasta: S MAX 82 dBV (39 dB 40 dB ) 81,5dBV 2 (en realidad hay que bajar…) Lo razonable es colocarla en el punto medio SW 74,6 81,5 78,2dBV 2 Quedando las especificaciones: C / N 43,8dB CTB 46,2dB Más holgadas que en la situación anterior. ___________________________________________________________ Pág 8