Calculador Automático de Balances de Enlace en Comunicaciones

Manual de Usuario
Secuencia de Cálculos para Balances de Enlace
III. Manual de Usuario
El “Calculador Automático de Balances de Enlace en Comunicaciones por Satélite
Geoestacionarias” es una herramienta de cálculo preciso de balances de enlace que
permite extraer información completa del balance de enlace para los equipos y
condiciones creadas por el usuario.
La sección III Manual de Usuario se dedica a la explicación del funcionamiento de la
aplicación y las diferentes pantallas que encuentra el usuario a la hora de utilizarla. Se
exploran las diferentes posibilidades que ofrece, que se completan con los ejemplos
prácticos dados en la sección IV Ejemplos de Utilización.
Cuando el usuario ejecuta la aplicación se abre la pantalla principal, desde la que se
tiene acceso a las distintas secciones en las que se estructura la aplicación según se
especifica en la Descripción del Proyecto y el esquema dado en la Figura 2-1. En el
apartado siguiente se describe la pantalla principal, y desde él se da paso a la
explicación del resto de las funcionalidades en capítulos posteriores.
Calculador Automático de Balances de Enlace en Comunicaciones por Satélite Geoestacionarias
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Manual de Usuario
Pantalla Principal
5 Pantalla Principal
La pantalla inicial del programa proporciona acceso directo a las diferentes funciones
de la aplicación, que serán las siguientes:

Selección del tipo de balance de enlace, Link Budget Type, que se desea
calcular, siendo las posibilidades seleccionables:
o
Enlace completo, Bent Pipe Link Budget, en el que se calcula el balance
para los enlaces ascendente y descendente, en el que se tienen en
cuenta las relaciones entre ambos.
o
Enlace regenerativo en el enlace ascendente, Regenerative Uplink
Budget, donde se considera que el satélite es de tipo regenerativo y
capacidades de procesado de señal. En este caso sólo se considera el
enlace ascendente.
o
Enlace regenerativo en el enlace descendente, Regenerative Downlink
Budget, donde se considera que el satélite es de tipo regenerativo y por
tanto genera una señal de transmisión limpia, no afectada por el camino
de la señal en el enlace descendente. En este caso sólo se considera el
enlace ascendente.

Administración de datos, correspondiente al cuadro Manage, en el que se tiene
una serie de accesos directos a las distintas pantallas de configuración de datos
de cada parte del enlace satelital. En concreto habrá ventanas de configuración
independientes para:

o
Localizaciones, Sites.
o
Tipos de estación, Station Types.
o
Satélites, Satellites.
o
Portadoras digitales, Carriers.
Utilidades, en el recuadro de Utilities, de donde se podrán extraer distintos
tipos de información relativas a los cálculos realizados en los balances de
enlace. Las utilidades disponibles permiten sacar la siguiente información:
72
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Pantalla Principal
o
Búsqueda de ángulos de apuntamiento, Look Angles, donde para los
datos de localización dados se calculan los valores de apuntamiento en
acimut y elevación, así como la distancia que separa la estación del
satélite y el retardo de propagación que sufre la señal en el camino.
o
Gráficos, Graphs, donde se podrán obtener de forma gráfica parámetros
y resultados parciales de los cálculos intermedios correspondientes a los
Balances de Enlace.
o
Mapas, Maps, en los que se muestran los datos mediante
representación geográfica.
La pantalla de inicio puede verse en la Figura 5-1.
Figura 5-1: Pantalla de Inicio
A continuación se detallará el contenido y las posibilidades que ofrecen los diferentes
apartados de la herramienta: en primer lugar se abordará la administración e
introducción de Datos, que supone un paso previo a cualquier tipo de cálculo, a
continuación se tratarán los Balances de Enlace en sí mismos y, por último, se
detallarán las Utilidades adicionales provistas por el programa.
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73
Manual de Usuario
Administración de Datos
6 Administración de Datos
Como se ha comentado en la introducción, existe una gran cantidad de datos a
introducir a la hora de calcular un Balance de Enlace. Debido a ello, se ha optado por
incluir un apartado específico en la aplicación para administrarlos.
Se han dividido los datos en distintos grupos de naturaleza común, de modo que la
introducción de los mismos en el programa se realice de forma sencilla y clara para el
usuario. Las diferentes colecciones de datos se estructuran en torno a:

Localización (Sites)

Satélite (Satellite)

Estación (Station)

Portadora (Carrier)
6.1 Localización
El apartado de localización tiene como objeto el capturar la información relativa a los
lugares donde se ubicarán las estaciones, ya sean transmisoras o receptoras.
Para dar de alta en el programa una nueva localización se deberá seleccionar New Site
en el menú desplegable de la ventana requerirán los datos siguientes:

Nombre para la nueva localización (New Name).

Latitud (Latitude), comprendida entre 90º Norte (+90) y 90º Sur (-90).

Longitud (Longitude), cuyo rango debe oscilar entre 180º Oeste (-180) y 180º
Este (-180).

Altitud (Altitude)
Cualquiera de los valores antes descritos deberá ser un valor numérico; en otro caso se
rechazará la entrada de texto.
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Administración de Datos
Una vez se han introducido el nombre y los datos de la nueva localización, se presiona
el botón Save New Location para guardarlo en la base de datos. El guardado de nuevas
localizaciones sólo se permitirá si la toda la información registrada ha sido
correctamente introducida; en otro caso aparecerá un mensaje de error y se cancelará
el proceso.
Figura 6-1: Guardado de nueva localización
Esta ventana también permite la revisión de las localizaciones que ya se encuentran en
la base de datos. Para verlas, basta con seleccionar la localización deseada en el menú
desplegable Site. Se mostrarán la latitud, longitud y altitud guardadas para esa
localización.
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Administración de Datos
Pulsando el botón Activate Map se podrá ver a qué punto del globo corresponde esa
localización, proporcionando una comprobación visual, sobre el mapa, de los datos
introducidos. Para esconder la ventana de mapa, basta con pulsar el botón Deactivate
Map.
Figura 6-2: Revisión de Localizaciones
Es posible que se desee eliminar una localización que no se vaya a utilizar más o que se
haya introducido por error. En este caso se hará uso del cuadro Delete Site. Se
selecciona la localización a borrar de la lista y se presiona el botón Delete Location.
Tras un tiempo de actualización de base de datos y de las listas del propio interfaz, la
ventana queda como en su estado inicial.
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Administración de Datos
6.2 Satélites
La introducción de los datos relacionados con el satélite se efectúa desde la ventana
Satellites. Habitualmente, un satélite tiene varios sistemas transpondedores con
características particulares e independientes, así como varias antenas cuyas
propiedades y orientación son también diferentes.
Definir las características de un satélite en toda su magnitud, con todos sus
transpondedores y antenas puede ser un proceso largo y que requiere el acceso a una
gran cantidad de información. Además, cuando se calcula un Balance de Enlace, sólo se
evaluará (al menos simultáneamente) un transpondedor, un haz de transmisión y uno
de recepción. Por lo tanto, cada uno de los elementos Satélite que se guardará en la
base de datos corresponderá a una combinación concreta de esos elementos.
En concreto, los datos que se proporcionarán para el registro de cada uno de estos
elementos serán los siguientes:

Nombre identificativo del sistema Satélite (New Name).

Longitud orbital del satélite, que estará siempre ubicado en la órbita
geoestacionaria (Longitude). Este valor deberá estar comprendido entre 180º
Oeste (-180) y 180º Este (-180).

Ancho de Banda del Transpondedor, en MHz.

Relación G/T del haz utilizado en la recepción del satélite, medido en dB/ºK
(G/T Satellite).

Densidad de Flujo de Saturación (SFD Satellite - Saturation Flux Density ) del
satélite, que es la densidad de flujo de señal para la cual se satura el subsistema
receptor. Es un parámetro de diseño que depende de la antena y la etapa
receptora utilizada. Se mide en dBW/m2.

Back-off de entrada (IBO - Input Back-off), margen de seguridad que se habilita
para evitar el funcionamiento de los equipos amplificadores de la etapa
receptora en zona no lineal y la distorsión generada por productos de
intermodulación cuando se amplifica simultáneamente más de una portadora.
Se mide en dB y el valor tiene que ser positivo.
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Administración de Datos

Back-off de salida (OBO - Output Back-off), margen de seguridad con el mismo
concepto que el IBO, pero para la etapa transmisora. Se mide en dB y el valor
ha de ser positivo.

Potencia Isotrópica Radiada Equivalente, PIRE (Satellite EIRP – Equivalent
Isotropically Radiated Power), parámetro de diseño del satélite y dependiente
de la ganancia en transmisión de la antena utilizada, el amplificador de salida
del transpondedor y las pérdidas entre este amplificador y la entrega de la
señal al reflector de la antena. Se mide en dBW.

Relación Portadora frente a productos e intermodulación (C/IM Int TXPD) del
subsistema amplificador del transpondedor que se usa en el balance de enlace.
El proceso de registro de un nuevo conjunto transpondedor y antenas de transmisión y
recepción satelitales sigue la misma dinámica que el de nuevas localizaciones. Se
selecciona la opción New Satellite, se rellenan el nombre identificativo y todos los
datos referentes a la cadena y se pulsa el botón Save New Satellite. Se dará un mensaje
de error y no se permitirá el guardado en caso de que los datos introducidos sean
incorrectos.
La revisión de los valores asociados a una cadena satelital que ya figura en la base de
datos se hace seleccionando uno de los nombre de la lista desplegable Satellite, dentro
del recuadro Review & New Satellite. Se muestran todos los parámetros guardados.
La eliminación de cadenas satelitales que no se desee conservar se realiza
seleccionando la cadena a borrar de la lista Delete Satellites y pulsando el botón
correspondiente. Una vez se ejecute el borrado, se actualizarán las listas del GUI en
consecuencia.
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Administración de Datos
A continuación se muestran los GUI con los que se tiene acceso a la gestión de las
diferentes cadenas satelitales.
Figura 6-3: Guardado, revisión y borrado de cadenas satélite
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Administración de Datos
6.3 Estaciones
Las características de las estaciones son un punto importante a la hora de realizar el
cálculo del balance de enlace. Cada uno de los registros corresponderá a una tipología
de estación determinada.
En la aplicación se distinguen las estaciones en función de la utilización que van a
tener, siendo posibles tres tipos estándar:

Transmisión.

Recepción.

Transmisión y recepción.
En función del tipo de estación elegida, se pedirán al usuario los datos necesarios para
su caracterización.
Para las estaciones transmisoras se requerirán los datos siguientes:

Datos de antena (Antenna), que el programa da la posibilidad de introducir bien
a través de diámetro y eficiencia, bien a través de ganancia de transmisión y
ancho de haz de 3dB. Cuando se selecciona uno de los modos de entrada se
desactiva el otro:
o
Diámetro (Diameter) del reflector de la antena, medido en metros
o
Eficiencia (Efficiency) de la antena para la transmisión, en tanto por
ciento (0-100%).
o
Ganancia de Transmisión (Tx Gain), medida en dBi.
o
Ancho de Haz de 3dB (3dB Beamwidth), que representa el ángulo que
forman los puntos para los que el patrón de radiación de la antena cae
3dB respecto del máximo valor de la ganancia, es decir, los puntos en
los que la ganancia es la mitad que en el máximo. Se pide en grados.

Número de portadoras (Number of carriers) que comparten el subsistema de
transmisión.

Back-off de salida del amplificador de potencia (HPA Output Back-off), medido
en dB.
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Administración de Datos

Pérdidas de radiofrecuencia en Transmisión (Tx RF Losses), que son las
producidas entre la salida del amplificador de potencia y el alimentador de la
antena, incluido éste. Se mide en dB y se considera un valor positivo.

Pérdidas de Radomo (Tx Radome Losses). Si existe un radomo que proteja a la
antena de condiciones ambientales y atmosféricas, habrá una pérdida asociada
al mismo. Se mide en dB. Si no existe, será de 0dB.

Ganancia de la cadena de transmisión (Tx Chain Gain), que es la ganancia
aportada por todos los elementos mezcladores y amplificadores de la cadena
de transmisión. Se mide en dB.

Pérdidas en frecuencia intermedia (Tx FI Losses), debidas al transporte y
reparto de la señal desde el subsistema de banda base a las etapas mezcladoras
del sistema. Se mide en dB.

Relación portadora a productos de intermodulación del amplificador de alta
potencia (HPA C/IM), medida en dB.
Para las estaciones receptoras, los parámetros requeridos son los siguientes:

Datos de antena (Antenna) en recepción, que al igual que para las estacions
transmisoras pueden introducirse por medio del diámetro y la eficiencia; o a
través de la ganancia de recepción y el ancho de haz de 3dB. Cuando se
selecciona uno de los modos de entrada se desactiva el otro:
o
Diámetro (Diameter) del reflector de la antena, medido en metros
o
Eficiencia (Efficiency) de la antena para la recepción, en tanto por ciento
(0-100%).
o
Ganancia de Transmisión (Tx Gain), medida en dBi.
o
Ancho de Haz de 3dB (3dB Beamwidth), que representa el ángulo que
forman los puntos para los que el patrón de radiación de la antena cae
3dB respecto del máximo valor de la ganancia, es decir, los puntos en
los que la ganancia es la mitad que en el máximo. Se pide en grados.
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Administración de Datos

Temperatura de Ruido de Antena (Antenna Noise Temperature), que es el
equivalente, en términos de temperatura de ruido, al generado por factores
externos y recogido por la antena junto a la portadora de información. Se mide
en ºK.

Pérdidas de radiofrecuencia en Recepción (Rx RF Losses), que son las
producidas entre la salida del alimentador de la antena y la entrada del bloque
o amplificador de bajo ruido del subsistema de recepción. Se mide en dB y se
considera un valor positivo.

Pérdidas de Radomo (Rx Radome Losses), asociada al radomo de la antena en
caso de que existiese. Se mide en dB. Si no hay radomo, será de 0dB.

Ganancia del amplificador o bloque de bajo ruido (LNA Gain – Low Noise
Amplifier), que es la aportada por el primer amplificador que encuentra la señal
al salir de la antena. Se mide en decibelios.

Ruido en el amplificador o bloque de bajo ruido (LNA Noise), cuyo valor puede
ser proporcionado mediante uno de estos dos parámetros. La aplicación
calculará automáticamente el otro valor:

o
Temperatura de Ruido del LNA (Temperature), medida ºK.
o
Figura de Ruido del LNA (Noise Figure), medida en decibelios.
Ganancia de la cadena de recepción (Rx Chain Gain), que es la ganancia
aportada por los elementos mezcladores de frecuencia o amplificadores de la
cadena de recepción, excluido el LNA. Se mide en decibelios.

Ruido en la cadena de recepción (Rx Chain Noise), cuyo valor puede ser
proporcionado mediante uno de estos dos parámetros. El sistema calculará
automáticamente el otro valor:
o
Temperatura de Ruido de la cadena de recepción (Temperature),
medida en grados Kelvin ºK.
o
Figura de Ruido de la cadena de recepción (Noise Figure), medida en
decibelios.
Las estaciones que ejercen a la vez de estaciones receptoras y transmisoras requerirán
la introducción de todos los parámetros comentados.
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Administración de Datos
El proceso de registro de una nueva estación es similar a los comentados en apartados
previos. En el menú desplegable del cuadro Review & New Station se selecciona un
nombre para la estación que se desee introducir y el tipo de estación (transmisora,
receptora, o ambas) en el desplegable Station Type. En función de la selección se
iluminarán los valores que han de ser introducidos.
Si los valores introducidos no son adecuados, se mostrará un mensaje de error y se
solicitará al usuario que repita la operación.
Sólo si todos los valores son coherentes se registrará el nuevo tipo de estación en la
base de datos. En otro caso, se cancela la operación y se muestra un mensaje de error.
Figura 6-4: Registro de nueva estación
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83
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Tanto la revisión de las estaciones ya introducidas y el borrado de estaciones se
realizan de forma similar a como se explicó en los apartados anteriores. Se muestra un
ejemplo en la Figura 6-5.
Figura 6-5: Revisión y borrado de estaciones
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6.4 Portadoras
El Calculador Automático de Balances de Enlace está diseñado para trabajar con
portadoras digitales. La caracterización de estas portadoras es la que tiene lugar en
este apartado, Carrier.
Los datos que habrá que aportar para la definición de una portadora se presentan a
continuación:

Tasa de bits de Información (Information Bit Rate), expresado en Kbps.

Cabeceras e información adicional (Information Overhead), expresada en tanto
por ciento (0-100%).

Tasa de FEC (FEC rate – Forward Error Correction). Es habitual en
comunicaciones digitales el uso de algoritmos de detección y corrección de
errores, que además de aportar mayor seguridad al enlace introducen una serie
de bits de redundancia. La tasa de FEC es la relación entre los bits de
información transmitidos respecto al número total de bits transmitidos. Tiene
un valor entre 0 y 1. Si no es aplicable, se especifica el valor a 1.

Reed Solomon es un algoritmo corrector de errores que puede emplearse de
forma adicional. Se da la relación m/n, bits de información frente a bits totales.
Si no es aplicable, se pone a 1.

Factor de espaciado de portadoras (Spacing Carrier Factor), expresado en
porcentaje (0-100%).

Factor de ancho de banda ocupado (Occupied BW Factor), que se corresponde
con el valor de roll-off y es expresado en porcentaje (0-100%).

Factor de modulación (Modulation Factor), adecuado al tipo de modulación
digital empleada. Se expresa en número de bits por símbolo.

Eb N 0 requerida (Required Eb N 0 ), tasa de energía de bit respecto a la
densidad espectral de potencia de ruido. Es necesario respetar esta tasa para
mantener, de manera constante, la comunicación en los niveles de calidad
deseados. La calidad del enlace viene dada por la garantía de provisión de
servicio con una tasa de error de bit máxima, BER (Bit Error Rate). En función de
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85
Manual de Usuario
Administración de Datos
la modulación empleada, la utilización de códigos detectores y correctores de
errores y las tasas empleadas en ellos, se determinará la Eb N 0 necesaria para
el mantenimiento de las comunicaciones en estas condiciones.

Margen de seguridad adicional (Additional Margin), expresado en decibelios.
Cuando se salva una portadora con determinadas características, se realizan una serie
de cálculos con los datos proporcionados por el usuario:

Tasa de símbolos (Symbol Rate), medida en kilosímbolos por segundo.

Eficiencia (Efficiency), que da una idea del aprovechamiento que se hace del
ancho de banda mediante el cálculo de los bits por segundo transmitidos en
cada hercio.

Tasa de bits de transmisión (Transmission Bit Rate), tasa de bits de transmisión
total incluyendo todas las cabeceras y los bits de redundancia introducidos por
los códigos FEC.

Ancho de banda rectangular equivalente (Rectangular Equivalent BW), en el
que la señal mantiene su valor de potencia por encima de -3dB. Se mide en
KHz.

Ancho de banda ocupado (Occupied Bandwidth), en el que la señal está por
encima de -10dB. También en KHz.

Ancho de banda asignado (Assigned Bandwidth), donde se tiene en cuenta
tanto el ancho de banda de la señal como el espaciado entre portadoras. Se
mide en KHz.

C N 0 requerida (Required C N 0 ), cálculo de la relación portadora frente a
densidad espectral de ruido que garantiza la posibilidad de comunicación
dentro de las condiciones que se han dado para la portadora.
86
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Administración de Datos
El registro de nuevos tipos de portadora, la revisión de las ya creadas y el borrado
siguen la misma filosofía que se ha comentado en los apartados anteriores.
El GUI generado en Matlab para la gestión de información relativa a las portadoras se
presenta en la Figura 6-6.
Figura 6-6: Guardado, revisión y borrado de Portadoras
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87
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Balances de Enlace
7 Balances de Enlace
El objeto de la aplicación desarrollada es el de proporcionar al usuario una
herramienta para el cálculo de Balances de Enlace, por lo que podría decirse que éste
es el núcleo de la misma.
Como se ha explicado previamente, es posible el cálculo de tres tipos de Balance de
Enlace mediante la aplicación, que serían los siguientes:

Enlace completo, Bent Pipe Link Budget, en el que se calcula el balance para los
enlaces ascendente y descendente, en el que se tienen en cuenta las relaciones
entre ambos.

Enlace regenerativo en el enlace ascendente, Regenerative Uplink Budget,
donde se considera que el satélite es de tipo regenerativo y capacidades de
procesado de señal. En este caso sólo se considera el enlace ascendente.

Enlace regenerativo en el enlace descendente, Regenerative Downlink Budget,
donde se considera que el satélite es de tipo regenerativo y por tanto genera
una señal de transmisión limpia, no afectada por el camino de la señal en el
enlace descendente. En este caso sólo se considera el enlace ascendente.
En función del tipo de función que se seleccione, la pantalla de la aplicación cambiará,
adaptándose y mostrando la información apropiada para cada uno de los casos
contemplados.
En los apartados siguientes se explica el modo de uso de estas pantallas principales,
que tendrán elementos comunes y se manejarán de modo similar.
88
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Balances de Enlace
7.1 Balance de Enlace Completo
El Balance de Enlace completo es el más complejo de los casos que se nos pueden dar,
por lo que el cálculo seleccionado es de este tipo se muestra la pantalla completa, en
la que figura toda la información que es necesario precisar la realización del Balance de
Enlace.
En la Figura 7-1 se muestra la pantalla principal de usuario para el Balance de Enlace
completo.
Figura 7-1: Balance de Enlace completo
La mayor parte de la introducción de datos en esta pantalla se realiza a través de
menús desplegables en los que se seleccionan las localizaciones, tipos de estación,
satélite y tipos de portadora que se van a considerar en el balance. Los datos
particulares para cada uno habrán sido registrados en la parte correspondiente de
administración que ya se ha comentado. Buena parte de los datos mostrados en esta
pantalla son de carácter informativo, para que el usuario pueda comprobar que
efectivamente son los que quiere emplear.
Calculador Automático de Balances de Enlace en Comunicaciones por Satélite Geoestacionarias
89
Manual de Usuario
Balances de Enlace
Se divide la pantalla en cuatro bloques principales, de los cuales los tres primeros son
puramente de selección e introducción de datos:

Enlace Ascendente, Uplink, donde tendrán que seleccionarse:
o
Localización de la estación transmisora.
o
Tipo de estación transmisora.
o
Frecuencia a la que se va a realizar la transmisión, medida en MHz.
o
Interferencias que se considerarán en el enlace. Los tipos de interferencias
que se tendrán en cuenta son las siguientes:

Interferencias debidas al canales adyacentes, C/I Adjacent channel
interference, definida como la relación señal portadora a
interferencia y medida en decibelios.

Interferencias debidas a satélites adyacentes, C/I Adjacent satellite
interference, definida como la relación señal portadora a
interferencia y medida en decibelios.

Interferencias debidas a polarización cruzada, C/I Cross polarization
interference, definida como la relación señal portadora a
interferencia y medida en decibelios.

Bloque portadora, satélite y calidad requerida, en el que se tendrán que
especificar:
o
Tipo de portadora digital que va a transmitirse, en el recuadro Carrier.
o
Satélite que se emplea en la comunicación. Además, en este caso se
considera que las estaciones terrestres no se encontrarán en el centro de la
huella de cobertura del satélite, por lo que se añaden dos campos de
edición de texto para la especificación de:

Desviación de la PIRE, EIRP Deviation, para la estación terrestre
receptora, y que será la diferencia respecto a la PIRE total del
satélite, medida en decibelios.

Desviación de la G/T, G/T Deviation, que mide la desviación de la
G/T entre el satélite y la estación transmisora. Se mide en decibelios
90
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Manual de Usuario
Balances de Enlace
o
Calidad requerida, Required Quality, en la cual se especifican los
porcentajes de tiempo en los que se quieren garantizar las comunicaciones
satelitales con el enlace. Se separa en dos, aunque en condiciones normales
tendrán el mismo valor:


Para el enlace ascendente, Availability Uplink.

Para el enlace descendente, Availability Downlink.
Enlace descendente, Downlink, para la que habrá que definir los mismos
parámetros que para el enlace ascendente, es decir:
o
Localización de la estación receptora.
o
Tipo de estación receptora.
o
Frecuencia a la que se espera la recepción, medida en MHz.
o
Interferencias que se considerarán en el enlace descendente. Los tipos de
interferencias que se tendrán en cuenta son las siguientes:

Interferencias debidas al canales adyacentes, C/I Adjacent channel
interference, definida como la relación señal portadora a
interferencia y medida en decibelios.

Interferencias debidas a satélites adyacentes, C/I Adjacent satellite
interference, definida como la relación señal portadora a
interferencia y medida en decibelios.

Interferencias debidas a polarización cruzada, C/I Cross polarization
interference, definida como la relación señal portadora a
interferencia y medida en decibelios.
El último de los bloques es el de control, en el que se encuentran un campo de edición
y botones para la configuración y el cálculo del enlace.
El factor que queda por indicar al programa para el cálculo de todo el balance de
enlace es el de la Potencia de Transmisión con la que se transmite la portadora desde
la estación transmisora terrestre, Tx Power.
Calculador Automático de Balances de Enlace en Comunicaciones por Satélite Geoestacionarias
91
Manual de Usuario
Balances de Enlace
Puede ser introducida de dos formas:

PIRE dedicada a la portadora por la estación transmisora, EIRP Uplink, medida
en dBW.

Potencia de salida del amplificador de la estación transmisora, HPA Power,
expresada en vatios.
El botón de Configuración del Balance de Enlace, Config Link Budget, sirve para la
caracterización de los factores que se van a tener en cuenta a la hora de calcular el
enlace. Se abre la ventana de la Figura 7-2.
Figura 7-2: Configuración del enlace
En esta ventana se selecciona, para los enlaces ascendente y el descendente, si se
tienen en consideración o no los siguientes parámetros:
92

Atenuación atmosférica, Atmospheric attenuation.

Atenuación por lluvias, Rain attenuation.

Atenuación por nubes, Cloud attenuation.

Pérdidas por desapuntamiento, Misalignment.
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Balances de Enlace
En cada uno de los casos puede seleccionarse bien el cálculo automático de las
atenuaciones o pérdidas, bien la introducción de un valor concreto asociado a cada
concepto de atenuación o pérdidas.
El botón Reset Data elimina los valores de todas las variables asociadas al enlace.
Con el botón de Cálculo del Balance de Enlace, Link Budget Calculation, se lanzan todos
los cálculos asociados al mismo, obteniéndose como resultado los márgenes del
recuadro bajo el propio botón.
Se mostrarán los márgenes, calculados en decibelios, para cada uno de los casos
siguientes:

Sin lluvia en ninguno de los enlaces, No Rain.

Lluvia en el enlace ascendente, Rain Uplink.

Lluvia en el enlace descendente, Rain Downlink.

Lluvia en los enlaces ascendente y descendente, Rain DL and UL.
Los márgenes, dados en decibelios, determinarán si es posible garantizar una
comunicación estable con la calidad deseada, de acuerdo a los parámetros y datos
introducidos y las condiciones de contorno dadas en la configuración del Balance de
Enlace.
Los valores se mostrarán iluminados en verde, si el margen es positivo, o en rojo, si es
negativo.
En el caso de que los márgenes sean negativos, el usuario tiene la opción de cambiar el
punto de trabajo del amplificador de la estación transmisora, subiendo la PIRE o la
potencia del amplificador; o de rebajar los parámetros de calidad del enlace hasta
llegar al compromiso adecuado.
Calculador Automático de Balances de Enlace en Comunicaciones por Satélite Geoestacionarias
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Manual de Usuario
Balances de Enlace
7.2 Balance de Enlace Ascendente Regenerativo
En caso de que en la pantalla principal se seleccione el tipo de balance de enlace como
ascendente regenerativo, sólo se tendrá en cuenta a la hora del cálculo la
comunicación que se establece entre la estación transmisora y el satélite.
Todos los cálculos de señal sobre ruido se realizan para el módulo satelital, que en este
tipo de balances recuperan la información original, la procesan y la retransmiten. De
este modo, se desligan completamente los enlaces ascendente y descendente,
pudiendo tratarse de forma completamente independiente.
Cuando el usuario selecciona el balance de enlace regenerativo ascendente la
aplicación muestra una ventana como la de la Figura 7-3.
Figura 7-3: Balance de Enlace Ascendente Regenerativo
94
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Balances de Enlace
Será necesario indicar a la aplicación cierta información sobre el enlace que se desea
calcular, relativa a:

El enlace ascendente en el recuadro Uplink, es decir:
o
Localización, Location.
o
Tipo de estación, Tx Station, y frecuencia de transmisión, en MHz.
o
Interferencias, en el cuadro UL Interferences, según lo explicado en el
apartado previo.

La portadora, dada en el menú de selección Carrier.

Satélite utilizado, así como la desviación de la G/T satelital sobre la posición
correspondiente a la estación transmisora.

Porcentaje de disponibilidad para el enlace ascendente, dado en el cuadro de
datos Required Quality.

Potencia de la estación transmisora, Tx Power, dada por:
o
La PIRE total del terminal, EIRP Uplink, medida en dBW.
o
La potencia del amplificador de transmisión, HPA Power, dada en vatios.
La aplicación deshabilita los parámetros no correspondientes al enlace ascendente,
quedando activos únicamente los parámetros a rellenar.
Una vez se han introducido todos estos parámetros, será necesario marcar las
condiciones del balance. Para ello, se puede realizar un ajuste de los parámetros en los
que se desea calcular el balance de enlace, de un modo similar al balance de enlace
completo. Pueden habilitarse o deshabilitarse las pérdidas debidas a:

Atenuación atmosférica.

Atenuación por lluvias.

Atenuación por nubes.

Pérdidas de desapuntamiento.
Y se podrán computar de manera automática o por introducción manual de los valores
asociados.
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Balances de Enlace
La ventana mostrada se ajusta al tipo de enlace seleccionado:
Figura 7-4: Configuración del Enlace Ascendente
Pulsando el botón de cálculo del enlace, Link Budget Calculation, se obtienen los
márgenes de potencia que se dan para los datos y condiciones introducidos por el
usuario. En este caso se verán los márgenes para los casos de ausencia o presencia de
lluvia en el enlace ascendente en el recuadro Margin.
El botón de análisis de enlace da acceso a una serie de herramientas para la ayuda del
análisis de los datos obtenidos a través del cálculo del balance de enlace.
96
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Balances de Enlace
7.3 Balance de Enlace Descendente Regenerativo
El Balance de Enlace Descendente Regenerativo sigue el mismo patrón que los dos
apartados anteriores. Las ventanas principales de introducción de datos y de
configuración de las pérdidas consideradas en el enlace se adaptan al tipo de enlace
elegido, mostrando sólo la información adecuada.
Figura 7-5: Balance de Enlace Descendente Regenerativo
Del mismo modo, sólo quedan activos los márgenes que tienen que ver con el enlace
descendente, esto es:

Margen sin lluvia.

Margen con lluvia en el enlace descendente.
El funcionamiento es similar al de los balances de enlace comentados previamente.
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Utilidades
8 Utilidades
8.1 Búsqueda de Ángulos
La aplicación de búsqueda de ángulos (Look Angles) proporciona para una localización
y un satélite dados, los valores de:

Acimut.

Elevación.

Distancia de Propagación.

Retardo de propagación.
El GUI para la búsqueda de ángulos se presenta en la Figura 8-1.
Figura 8-1: Búsqueda de Ángulos
Si no es posible llegar al satélite porque no haya visibilidad del mismo desde la
localización seleccionada, se muestra un mensaje de error en pantalla.
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Utilidades
8.2 Gráficos
El Calculador Automático de Balances de Enlace permite la generación de gráficos de
utilidad para el estudio y análisis de diversos elementos relacionados con los factores
intervinientes en los balances de enlace.
8.2.1 Atenuación Específica Atmosférica
La atenuación específica debida al aire seco y al vapor de agua tiene una relación
directa con la atenuación atmosférica producida en el camino de la señal entre
estación terrestre y satélite, o viceversa.
Con la utilidad de gráficos del Calculador Automático del Balances de Enlace es posible
generar las gráficas correspondientes a la atenuación específica de acuerdo a los
desarrollos matemáticos dados en la Recomendación ITU-R P.676-7 relacionada con la
atenuación debida a los gases atmosféricos.
La tabla de selección de parámetros se puede ver en la Figura 8-2
Figura 8-2: Tabla de selección de parámetros gráfica atenuaciones específicas
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Utilidades
En el cuadro de datos se seleccionan los siguientes:

Atenuación específica que se desea mostrar:
o
Aire Seco (Dry Air).
o
Vapor de Agua (Water Vapor).
o
Total.
Los botones interruptor cambian de estado en función de si son o no
seleccionados:
Figura 8-3: Selección de atenuaciones específicas

Rango de frecuencias (Frequency Range) en el que se quiere obtener la gráfica
de salida, en unidades de MHz
100

Densidad de vapor de agua (Water Vapor Density), medida en g/m3.

Presión atmosférica (Atm Pressure), en Hectopascales.

Temperatura (Temperature), en grados centígrados.
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Utilidades
Una vez insertados todos los datos y pulsando el botón Generate Graph se obtiene en
pantalla el gráfico deseado:
Figura 8-4: Gráfica de atenuaciones específicas
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101
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Utilidades
Cuando
las
condiciones
de
entrada
cambian,
las
gráficas
generadas
se
redimensionarán de manera automática para mostrar toda la información de interés,
como puede verse en la Figura 8-5.
Figura 8-5: Redimensionamiento de gráficas
102
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Utilidades
8.2.2 Atenuación Cenital
Del mismo modo que en el apartado anterior, también existe una utilidad para mostrar
gráficas de la atenuación cenital (Zenith Attenuation) debida a la atmósfera seca y al
vapor de agua, también según la recomendación de la UIT-R P.676-7 [8].
Las opciones son similares a las de la gráfica de atenuación específica, pero incluyen
como una nueva variable el valor de la altitud (Altitude), en metros, como se puede ver
en la Figura 8-6.
Figura 8-6: Datos para la gráfica de atenuación cenital
Los controles son exactos a los de atenuación específica:

Generar gráfica (Generate Graph) para mostrar la gráfica de acuerdo a os
valores introducidos en el recuadro de datos.

Reiniciar la gráfica (Reset) para borrar la gráfica actual y dejar la figura en
blanco.

Cerrar (Close) para cerrar la ventana de gráfica.
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103
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Utilidades
Un ejemplo de gráfica generada a través de la aplicación se presenta en la Figura 8-7,
en la que se representa la atenuación cenital a la altura del nivel del mar para
frecuencias comprendidas entre 1 y 350GHz, una densidad de vapor de agua de
7.5g/m3, una presión atmosférica de 1033hPa y una temperatura de 15ºC.
Figura 8-7: Gráfica de atenuación cenital
104
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Utilidades
8.2.3 Atenuación Específica de las Nubes
Una representación gráfica de la atenuación específica asociada a las nubes y a la
niebla también puede obtenerse mediante las utilidades del Calculador Automático de
Balances de Enlace.
Se tomará como base la atenuación calculada según la Recomendación UIT-R P.840-5
[12], aunque en este caso los valores de entrada serán únicamente:

Rango de frecuencias (Frequency Range), expresados los valores inicial y final
en MHz.

Temperatura (Temperature), expresada en grados centígrados.
Un ejemplo de gráficas sacadas a distintas temperaturas se muestra en la Figura 8-8.
Figura 8-8: Atenuación específica de las nubes a varias temperaturas (-8ºC, 0ºc, 10ºc y 20ºc)
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105
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Utilidades
8.3 Mapas
8.3.1 Altura Media de la Lluvia sobre el Nivel del Mar
El Calculador Automático de Balances de Enlace calcula de modo autónomo la altura
media de la lluvia por encima del nivel del mar, pero además permite mostrar esta
información sobre mapas en zonas de interés.
Figura 8-9: Mapa de altura media de lluvias sobre el nivel del mar
106
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Utilidades
El mapa mostrado es configurable por el usuario a través del siguiente cuadro de
datos:
Figura 8-10: Datos para el mapa de altura media de lluvias
Los valores a introducir se explican a continuación:

Puede definir cuál es la información que se quiere mostrar, dentro de estas dos
posibilidades:
o
Altura media de la lluvia sobre el nivel del mar, seleccionando el botón
Mean Rain Height.
o
Altura media de la isoterma a 0ºC., correspondiente con la opción 0ºC
Isotherm.

Seleccionar para qué zona del planeta quiere mostrar esta información,
definiendo los límites de latitud entre [-90º,90º] y longitud [-180º,180º]. La
resolución de la imagen se adaptará en función de las horquillas de valores
seleccionados.

Elegir con qué proyección cartográfica ha de mostrarse el mapa, dentro de las
posibilidades siguientes:
o
Robinson.
o
Miller.
o
Mercator.
o
Fournier.
o
Equidistant Conic.
o
Platee Carrée.
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Utilidades
Algunos ejemplos pueden verse en la Figura 8-11 y Figura 8-12 que se muestran a
continuación, con diferentes zonas de interés y distintos tipos de proyecciones
cartográficas:
Figura 8-11: Isoterma a 0ºC para sur de Europa y Norte de África, con proyección Robinson
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Figura 8-12: Altura media de la lluvia para el continente americano, con proyección Platee Carrée
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Utilidades
8.3.2 Tasa de Lluvia excedida en un Año
El Calculador de Balances de Enlace realiza los cálculos relativos a la tasas de lluvia RP
excedida en un año medio con una probabilidad dada para un cuadrícula completa de
pares latitud y longitud, y permite su representación en forma de distribución
geográfica.
Es posible, por tanto generar mapas que muestren esta información. En la Figura 8-13
se muestra un Mapamundi con toda la información relativa a las lluvias superadas con
una probabilidad del 0.01%.
Figura 8-13: Mapamundi de tasa de lluvias superadas para el 0.01% del año medio
110
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Utilidades
En este caso, el cuadro de datos a rellenar para la generación del mapa se expone en la
Figura 8-14:
Figura 8-14: Datos para el mapa de tasa de lluvia excedida
Los parámetros a introducir se describen a continuación:

La probabilidad para la que se desea obtener la tasa de lluvia que se excederá
en un año medio. Se introducirá el valor, en porcentaje, en el cuadro editable
Probability.

Seleccionar para qué zona del planeta quiere mostrar esta información,
definiendo los límites de latitud entre [-90º,90º] y longitud [-180º,180º]. La
resolución de la imagen se adaptará en función de las horquillas de valores
seleccionados.

Elegir con qué proyección cartográfica ha de mostrarse el mapa, dentro de las
posibilidades siguientes:
o
Robinson.
o
Miller.
o
Mercator.
o
Fournier.
o
Equidistant Conic.
o
Platee Carrée.
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111
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Utilidades
Para apreciar la fidelidad del resultado de los mapas generados por la herramienta, se
presentan en las siguientes figuras los mapas obtenidos por el programa para la tasa
de lluvia rebasada el 0.01% del tiempo de un año medio para centro y Norteamérica y
el dado en la recomendación de la UIT para esa misma zona, comprobándose que
existe correspondencia entre los valores dados en ambos.
Figura 8-15: Mapa de tasa de lluvias obtenido con el Calculador Automático de Enlaces para Centro y
Norteamérica
112
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Utilidades
El mapa dado en la recomendación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones
para la misma zona de interés se representa en la Figura 8-16.
Figura 8-16: Mapa de tasa de lluvias dado en la recomendación UIT-R 839-5
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Utilidades
Es posible obtener mapas de tasa de lluvias rebasadas para porcentajes diferentes del
año medio con el Calculador de Balances de Enlace. De forma similar a como se
calculaba para el 0.01%, se presenta en la Figura 8-17 y la Figura 8-18 dos ejemplos en
los que se introducen diferentes porcentajes de probabilidad de lluvia excedida para la
que quiera obtenerse el mapa en cuestión.
En ambos mapas se contempla la misma zona de interés, pero los valores
representados son sustancialmente diferentes.
Figura 8-17: Tasa de lluvias rebasadas durante el 0.005% de un año medio en el Océano Índico y Oceanía
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Para una tasa de lluvias rebasada en un 0.1% del tiempo anual se muestra el mapa
obtenido en la Figura 8-18.
Figura 8-18: Tasa de lluvias rebasadas durante el 0.1% de un año medio en el Océano Índico y Oceanía
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