ES2309045T3 - Metodo y sistema para la alineacion de polarizacion de una antena de estacion terrestre con el eje de polarizacion de una antena de satelite. - Google Patents
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Abstract
Método para la alineación de la polarización de una antena de una estación terrestre con el eje de polarización de la antena de un satélite que emite señales de balizamiento polarizadas linealmente, siendo utilizada la componente polar cruzada de la señal recibida de balizamiento polarizada linealmente, como información representativa de una desalineación de la polarización de la antena, caracterizado porque una señal de desalineación de la polarización se desarrolla por comparación de las componentes polar paralela y polar cruzada de la señal de balizamiento, comprendiendo dicho desarrollo las etapas de: - derivar una componente polar paralela de la señal de balizamiento, es decir, una componente de la polarización que la antena del satélite ha de irradiar, y una componente polar cruzada de la señal de balizamiento, es decir una componente de la polarización ortogonal a la polarización paralela; - mezclar la componente polar cruzada de la señal con dos componentes de fases ortogonales de las mismas componentes de señal de polarización paralela; - sumar las dos señales mezcladas de manera que se produzca una señal de producto escalar que representa la señal polar cruzada de balizamiento limpia de ambigüedades de frecuencia y de fase; - comparar dicha señal de producto escalar con la señal polar paralela de balizamiento utilizada como una referencia y finalmente - utilizar la señal resultante de la comparación, que es un nivel de tensión variable, para activar medios de alarma audible/visible para señalizar la despolarización.
Description
Método y sistema para la alineación de
polarización de una antena de estación terrestre con el eje de
polarización de una antena de satélite.
La presente invención se refiere a un método
para la alineación de polarización de una antena de una estación
terrestre con el eje de polarización de la antena de un satélite
que emite señales de balizamiento polarizadas linealmente y un
sistema para la puesta en práctica de este método.
Para cada nueva antena que se instala en la
estación terrestre, se pide a los operadores que realicen una
alineación de la polarización inicial y una subsiguiente
verificación continua del mismo. Actualmente se emplean dos métodos
para dicha alineación de la polarización. El primero utiliza un
emplazamiento central, tal como el Hub, para realizar el
seguimiento de las componentes polar paralela y polar cruzada de la
señal desde la estación terrestre sometida a examen, utilizando un
analizador de espectro de buena calidad. El segundo método requiere
la utilización de un analizador de espectro en cada estación
terrestre.
Sin embargo, estos dos métodos no están
adaptados para emplearse en estaciones terrestres pequeñas,
denominadas terminales de abertura muy pequeña (VSAT).
Sistemas para la alineación de la polarización y
para la corrección de la polarización son ya conocidos a partir
del documento US-A-4 060 808. Según
este documento, se requiere continuamente una corrección automática
de los efectos de despolarización tales como la rotación de
Faraday, la rotación causada por el satélite y la lluvia,
especialmente en sistemas de comunicación de dos vías en los que la
misma antena se emplea a diferentes frecuencias para comunicaciones
de recepción y de transmisión. La alineación de la polarización se
consigue por la rotación de un acoplador ortogonal respecto a la
bocina de una antena, y el acoplador, a su vez, gira por la
rotación del circuito de microondas completo incorporado en el
equipo de rotación de polarización. Además, un generador local
proporciona una primera señal de control que varía en función de la
rotación típica de la polarización de una onda transmitida en una
banda de frecuencia. El generador local proporciona también una
segunda señal de control que varía en función de la rotación típica
de la polarización de una onda recibida en la segunda banda de
frecuencia. Los medios de accionamiento que responden
respectivamente a la primera o a la segunda señal de control causan
la rotación del correspondiente ángulo de polarización del sistema
de antena a fin de corregir para compensar la rotación de
Faraday.
Según el documento
US-A-4 264 908, la separación de
polarización adaptada es necesaria para aumentar la capacidad de
datos de sistemas de comunicaciones. Sin embargo, en un sistema de
comunicaciones típico, las polarizaciones recibidas raramente están
completamente separadas debido a la diafonía de la polarización
cruzada originada por varias causas tales como lluvia, antenas no
perfectas y propagación ionosférica. A fin de reducir la diafonía,
la corrección de polarización se realiza mediante una red que
comprende una sección defasadora sin pérdidas, y sección de
ortogonalización, y una sección de control automático analógico. La
sección defasadora sin pérdidas comprende defasadores
diferenciales rotativos y un transductor ortomodo para separar las
dos señales polarizadas en sus respectivos canales. La sección de
ortogonalización comprende dos juegos de acopladores cruzados con
acopladores direccionales variables acoplados mecánicamente, y la
sección de control automático analógico comprende medios para
detectar dos tonos CW (de onda continua) de diferente frecuencia
para formar señales de control para controlar los defasadores
diferenciales rotatorios y los dos juegos de acopladores
cruzados.
Otro sistema adicional para realizar una
compensación para el acoplamiento de polarización cruzada en un
sistema de comunicaciones de satélite de polarización doble, se
describe en el documento US-A-4 056
893. En este sistema, dos ondas polarizadas de la misma frecuencia
y ortogonales entre sí se transmiten alternativamente como una onda
piloto desde una estación terrestre en un periodo predeterminado.
Las dos ondas polarizadas se envían de vuelta hacia la estación
terrestre. Para conseguir compensación para un acoplamiento de
polarización cruzada, se detectan una relación de amplitudes y una
diferencia de fase entre las mismas componentes de onda polarizadas
de las dos señales de la señal piloto recibida. La compensación de
polarización se realiza a continuación tanto en el acoplamiento
inferior como en el acoplamiento superior.
Sin embargo, estos tres sistemas de corrección
de polarización no están adaptados para emplearse en estaciones
terrestres pequeñas y especialmente en estaciones terrestres que
operan automáticamente.
El objetivo de la presente invención es
desarrollar un método y sistema de alineación de la polarización
para estación terrestre VAST de bajo coste que sea de operación
simple.
Para conseguir este objetivo, el método según la
presente invención se caracteriza mediante las características de
la reivindicación 1.
El sistema para la puesta en práctica del método
se caracteriza mediante las características de la reivindicación
6.
La presente invención se entenderá mejor y sus
objetivos, características, detalles y ventajas aparecerán más
claramente en la siguiente descripción explicativa haciéndose
referencia a los esquemas anexos citados como meros ejemplos que
ilustran dos formas de realización de la presente invención, y en
los que:
- La figura 1 es un diagrama de bloques de una
primera forma de realización de la presente invención, y
- La figura 2 es un diagrama de bloques de una
segunda forma de realización de la presente invención.
La presente invención se refiere a estaciones
terrestres pequeñas, es decir estaciones VSAT, que tienen una
antena, cuyos ejes de polarización deben alinearse con los ejes de
polarización de la antena del satélite a la cual la estación
transmitirá. En consecuencia, se ha de realizar una alineación
inicial de la polarización y una subsiguiente verificación continua
del mismo.
La presente invención se basa en el
descubrimiento de que la señal de balizamiento del satélite
procedente del satélite puede emplearse para la alineación de la
polarización de la antena de la estación terrestre VSAT y, en
particular, la componente polar cruzada de la señal de balizamiento
recibida. Esta señal de balizamiento se utiliza para alimentar a
un dispositivo que pueda fácilmente constituir un interfaz con los
subsistemas de alimentación típicos de cualquier estación VSAT. La
salida del dispositivo consiste en un nivel variable que se obtiene
a partir del procesado de la señal de balizamiento y que puede
usarse por ejemplo para activar indicaciones visuales o acústicas.
Estas indicaciones notificarán a operadores no experimentados si la
estación VSAT está o no está alineada correctamente y guiará al
operador en el restablecimiento de las condiciones nominales y
óptimas de la alineación de la polarización cruzada, a pesar de la
no visibilidad del espectro de la onda portadora del acoplamiento
superior en el centro de control de las estaciones VSAT. Puesto que
este dispositivo debe ser un dispositivo de bajo coste fácil de
operar, los componentes electrónicos que se han de integrar en este
dispositivo son todos adquiribles en el comercio y de bajo
coste.
La primera forma de realización del sistema de
alineación de la polarización según la presente invención, según la
figura 1, comprende, aguas abajo de la alimentación 1 de la antena
un transductor 2 ortomodo que tiene un puerto RX y un puerto TX. La
componente polar paralela de la señal de balizamiento está
disponible en el puerto RX y alineada a lo largo de la onda
portadora RX y por tanto, la componente de balizamiento polar
cruzada está disponible en el puerto TX y está alineada a lo largo
de la onda portadora TX de la VSAT. Sin embargo, debe hacerse
notar que también se puede operar el sistema en la polarización
opuesta, utilizando un simple conmutador como se ilustra más
adelante.
Las componentes de la señal de balizamiento se
toman por medio de acopladores de guía de ondas con una alta
direccionalidad a fin de no afectar al puerto RX y aislar
adecuadamente del sistema al amplificador de alta potencia TX. Por
consiguiente, la rama o vía polar cruzada comprende un acoplador que
debe ser un diplexor 4 o una combinación de un circulador y un
filtro de paso de banda y el paso o rama polar paralela comprende un
acoplador 5 que es un acoplador normal con un filtro de banda
pasante. En ambos casos, el ancho de banda del filtro de paso de
banda se dimensiona de tal modo que permita el paso del
balizamiento, teniendo en cuenta las desviaciones de frecuencia a
corto y largo plazo del balizamiento. Para amplificar tanto las
señales polares paralelas como las señales polares cruzadas, cada
rama comprende un amplificador de bajo nivel de ruido (LNA)
respectivamente 6 y 7. Entre las entradas de ambos LNA 6 y 7 se
monta un conmutador 8 para hacer operar el sistema en la
polarización opuesta, tal como se ha indicado anteriormente.
La componente de señal polar cruzada de
balizamiento esta mezclada con dos componentes de la componente de
señal de balizamiento polar paralela de la misma referencia
procedente de la salida de un circuito de enganche de fase (PLL)
10. El PLL está conectado a la salida del LNA 7. El PLL 10 reduce
el ruido inducido por las variaciones de frecuencia de
balizamiento. La componente polar cruzada de balizamiento está
mezclada por un primer mezclador 11 con la componente polar
paralela que procede del PLL 10, y por un segundo mezclador 12 con
la componente de balizamiento polar paralela hecha de fases
ortogonales proporcionando una línea de retardo \lambda/4 14
entre la salida del PLL10 y la entrada del mezclador 12. La etapa
de mezclado de la señal polar cruzada con dos componentes de la
señal de balizamiento polar cruzada de la misma referencia, pero
de fases ortogonales entre sí, permite conseguir una máxima
sensibilidad y es para evitar que diferentes retardos de fase a lo
largo de las dos ramas del sistema pudieran originar señales
ortogonales en las mismas condiciones y, por tanto, proporcionar
una ranura de señal de error. En efecto, la mezcla de la componente
polar cruzada con la componente polar paralela de referencia es
equivalente a un producto escalar que es igual a 0 cuando el
desfase entre los vectores relevantes es de 90°. Así, en las
salidas de los dos mezcladores se obtienen las señales
siguientes:
Estas dos componentes polares cruzadas I y Q se
aplican cada una de ellas a través de un filtro de paso de banda
estrecha, respectivamente 15 y 16, a un dispositivo
sumador-integrador 18 que produce la señal de
producto escalar (I^{2}+Q^{2})^{1/2}, que es la señal
polar cruzada de balizamiento limpia de ambigüedades de frecuencia
y de fase. Este producto escalar se aplica a una primera entrada de
un comparador 19 y la segunda entrada del mismo se acopla a la
salida de un integrador 20 que recibe la salida del PLL 10.
\newpage
Por tanto, el producto escalar en la salida del
dispositivo 18 se compara con la componente de la señal de
balizamiento polar paralela utilizada como una referencia para
compensar las variaciones de nivel de balizamiento debidas a los
efectos de la propagación.
La señal de comparación resultante en la salida
del comparador 19, que es un nivel de tensión, se empleará para
activar unos medios de alarma visible/audible 22 o un interruptor 23
para desconectar la fuente de alimentación de la unidad de radio
que está acoplada al diplexor 4 e indicada en 25. Para completar la
descripción de la figura 1, debe indicarse que la salida del
acoplador 5 está aplicada, a través de un filtro de paso de banda
27, a un convertidor reductor de bloque de bajo nivel de ruido
(LNB) 28.
El sistema que se ha descrito anteriormente como
funcionando en el caso de que la señal transmitida desde la
estación VSAT está en la polarización opuesta del balizamiento
(polar paralelo) recibido. Para hacer que el dispositivo pueda
funcionar también cuando la estación VSAT está transmitiendo en la
polarización X, es decir recibiendo en la polarización opuesta a la
señal de balizamiento recibida, el conmutador 8 se inserta en el
sistema entre las entradas de los dos amplificadores de bajo nivel
de ruido 6 y 7. Este conmutador invierte la conexión entre los
puertos del OMT 2 y las entradas de las ramas polar paralela y
polar cruzada del dispositivo. El conmutador puede obtenerse
mediante un circuito de guía de ondas de cinta que comprende
diodos PIN adecuadamente polarizados.
Una segunda forma de realización de la presente
invención se representa en la figura 2. Esta forma de realización
comprende un transductor ortomodo (OMT) tal como el OMT 2 de la
figura 1 acoplado a la alimentación 1 de la antena y comprende los
puertos RX y TX en los que están disponibles respectivamente la
componente de la señal de balizamiento polar paralela y la
componente de la señal de balizamiento polar cruzada. La rama del
puerto RX comprende un convertidor reductor de bloque de bajo nivel
de ruido (LNB) 13 y la rama TX comprende un diplexor 31 acoplado a
un convertidor reductor de bloque de bajo nivel de ruido (LNB) 32.
Estos LNBs son LNB de circuito de enganche de fase (PLL) con un
oscilador de referencia externo.
La salida del LNB 30 de la rama RX se bifurca en
33 en dos líneas, una primera línea 34 se pone a disposición de un
receptor de banda L externo, y otra línea 35 que está acoplada a un
segundo convertidor reductor 36 que comprende un oscilador local
37, un mezclador 38 y un filtro antes y detrás de este mezclador,
respectivamente 39 y 40.
El LNB 32 está acoplado también a un segundo
convertidor reductor de la misma clase que el convertidor reductor
36 y que lleva la referencia numérica 36' con un mezclador 38' y
filtros de paso de banda de entrada y salida 39' y 40'.
El oscilador local 37 está provisto de un
oscilador 42 de referencia que se usa también como un oscilador de
referencia para los LNB 30 y 32. Un módulo inyector de
referencia/DC 42, 42' se inserta entre cada LNB y el segundo
convertidor reductor 36 y 36'.
Debe indicarse que los filtros de los
convertidores reductores se usan para la selección de la señal de
balizamiento y la atenuación de la otra señal recibida por la
antena.
Las salidas de los segundos convertidores
reductores 36 y 36' se acoplan a un receptor coherente DSP de doble
canal. La señal del convertidor reductor en la banda de unos pocos
cientos de kHz en la salida del convertidor 36 se aplica al canal
principal del receptor coherente DSP 45, donde se utiliza para
sincronizar un oscilador controlado numéricamente (NCO) 46 que
desmodula ambas componentes reducidas de la señal de balizamiento
polar paralela y polar cruzada en las salidas de los convertidores
reductores 36 y 36' por multiplicación seguida de filtrado
digital.
Más exactamente, la salida del convertidor
reductor 36 está acoplada a un convertidor analógico/digital (A/D)
47, cuya salida está conectada al NCO 46 y a un desmodulador de
amplitud coherente, cuya salida está acoplada a través de un
filtro 49 a la entrada polar paralela de un integrador y comparador
de amplitud 50.
La salida del convertidor reductor 36' está
acoplada, a través de un convertidor analógico/ digital 47' a un
desmodulador I/Q coherente 51, cuyas salida I y salida Q están cada
una de ellas acopladas a través de un filtro 52 a una entrada I y Q
del comparador 50.
La solución propuesta para convertir la señal de
balizamiento polar paralela y polar cruzada reduciéndola hasta
unos pocos cientos de kHz permitirá una realización digital de la
comparación de amplitud entre las dos señales.
Debido a que el factor señal/ruido de la
componente polar cruzada del balizamiento es muy bajo, será
necesario implantar una desmodulación coherente para extraer la
información de amplitud relativa a las señales de balizamiento.
Estos desmoduladores se realizan mediante la multiplicación de la
señal que se ha de detectar, convertida a formato digital, por una
señal sinusoidal con la misma frecuencia y fase que la primera,
pero de amplitud fija. Esta última señal se obtendrá sincronizando
el NCO 46 con la componente de señal de balizamiento polar paralela
de entrada que es menos ruidosa que la componente de la señal de
balizamiento polar cruzada debido a que su nivel es más alto.
La misma señal sinusoidal de NCO se usará para
desmodular la señal de balizamiento polar cruzada obteniendo la
detección de las componentes en fase y en cuadratura de la señal.
La desmodulación de cuadratura evitará los agujeros en la detección
de señal debido a la diferencia de fase entre la rama polar
paralela y la rama polar cruzada.
Las señales obtenidas a partir de la
multiplicación se filtran digitalmente mediante los filtros 49 y
52, a fin de eliminar el término de frecuencia doble capturando la
única componente de banda de base que contiene la información de
amplitud Aco para la componente de señal polar paralela y
(Ic_{x}; Qc_{x}) para la componente polar cruzada. La
comparación entre \sqrt{I^{2}{}_{cx} + Q^{2}{}_{cx}} y una
fracción de A_{co} activará la alarma para la desalineación de la
polarización, que lo ha de corregir manualmente el operador. Los
medios de alarma de la desalineación de la polarización se
indican
en 55.
en 55.
De lo dicho anteriormente resulta que el sistema
propuesto por la presente invención es adecuado para permitir
conocer al operador la desviación de la alineación de la
polarización de antena y para restablecer luego manualmente la
condición correcta. El sistema permite también comprobar y
optimizar en todo momento la recepción del balizamiento en la
polarización de referencia durante las operaciones de la estación
terrestre.
La presente invención proporciona también la
posibilidad, en el caso de una aplicación específica denominada
SKYPLEX, de codificar digitalmente la señal de alineación de la
polarización y encapsularla a través de una interfaz adecuada en
paquetes de mensaje emitidos por la estación terrestre hacia el
satélite, de modo que la información de la desalineación de la
polarización puede recibirse y descodificarse en una estación de
gestión y supervisión central que controla todas las estaciones
terrestres.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de documentos indicada por el
solicitante se ha confeccionado exclusivamente para información del
lector y no forma parte de la documentación de la patente europea.
Dicha lista se ha elaborado con gran esmero. Sin embargo, la Oficina
Europea de Patentes declina toda responsabilidad por eventuales
errores u omisiones.
- \bullet US 4060808 A [0004]
- \bullet US 4056893 A [0006]
\bullet US 4264908 A [0005].
Claims (8)
1. Método para la alineación de la polarización
de una antena de una estación terrestre con el eje de polarización
de la antena de un satélite que emite señales de balizamiento
polarizadas linealmente, siendo utilizada la componente polar
cruzada de la señal recibida de balizamiento polarizada
linealmente, como información representativa de una desalineación
de la polarización de la antena, caracterizado porque una
señal de desalineación de la polarización se desarrolla por
comparación de las componentes polar paralela y polar cruzada de la
señal de balizamiento, comprendiendo dicho desarrollo las etapas
de:
- -
- derivar una componente polar paralela de la señal de balizamiento, es decir, una componente de la polarización que la antena del satélite ha de irradiar, y una componente polar cruzada de la señal de balizamiento, es decir una componente de la polarización ortogonal a la polarización paralela;
- -
- mezclar la componente polar cruzada de la señal con dos componentes de fases ortogonales de las mismas componentes de señal de polarización paralela;
- -
- sumar las dos señales mezcladas de manera que se produzca una señal de producto escalar que representa la señal polar cruzada de balizamiento limpia de ambigüedades de frecuencia y de fase;
- -
- comparar dicha señal de producto escalar con la señal polar paralela de balizamiento utilizada como una referencia y finalmente
- -
- utilizar la señal resultante de la comparación, que es un nivel de tensión variable, para activar medios de alarma audible/visible para señalizar la despolarización.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque una señal de desalineación de la
polarización se desarrolla por comparación de las componentes polar
paralela y polar cruzada de la señal de balizamiento.
3. Método según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha señal de desalineación de la
polarización es una señal de nivel variable tal como una señal de
tensión y se usa para activar medios de indicación visual o
acústica.
4. Método según la reivindicación 3
caracterizado porque dichos medios de indicación visual y
acústica se activan cuando dicho nivel de tensión es mayor que un
nivel umbral predeterminado.
5. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizado porque dicha
señal de desalineación de la polarización está codificada
digitalmente y encapsulada en paquetes de mensaje emitidos por la
estación terrestre hacia el satélite, para que sean recibidas y
descodificadas por una estación de gestión y de supervisión
central.
6. Sistema para la puesta en práctica del
método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque comprende un transductor ortomodo (2)
que tiene un puerto TX en el que está disponible la componente
polar cruzada de la señal de balizamiento, y un puerto RX en el
cual está disponible la componente polar paralela de la señal de
balizamiento, y porque la vía polar cruzada comprende medios
mezcladores (11, 12) para mezclar la polar cruzada con dos
componentes ortogonales de fase de la misma componente polar
paralela de balizamiento de referencia y un dispositivo
sumador-integrador (18) para producir a partir de
ello una señal de producto escalar que esté limpia de ambigüedades
de frecuencia y de fase, y porque comprende un comparador (19) que
recibe en sus entradas dicha señal de producto escalar y la salida
de un integrador (20) recibe la componente polar paralela de
balizamiento procedente de un circuito de enganche de fase (10),
produciendo dicho comparador (19) la señal de desalineación de la
polarización.
7. Sistema para la puesta en práctica del
método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque comprende un transductor ortomodo (21)
que tiene un puerto TX y un puerto RX en los que están disponibles
respectivamente las componentes polar cruzada y polar paralela de
la señal de balizamiento, medios convertidores reductores (30, 32,
36, 36') para convertir las componentes polar cruzada y polar
paralela de la señal de balizamiento reduciéndolas hasta una banda
de unos pocos cientos de kHz, siendo recibidas las componentes de
la señal reducidas, por convertidores A/D (47, 47'), cuyas salidas
están conectadas a un oscilador controlado numéricamente (46)
desmodulando las componentes polar paralela y polar cruzada de la
señal de balizamiento reducidas y a medios desmoduladores
coherentes (48, 51) adaptados para extraer las informaciones I y Q
de amplitud y polarización cruzada relativas a las componentes de
la señal de balizamiento, así como a medios comparadores
integradores (50) recibiendo en sus entradas el desmodulador de
amplitud coherente (48) y el desmodulador polar cruzado (51) y
produciendo dicha señal de desalineación de la polarización.
8. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque comprende un
medio de conmutación (8) para conmutar entre modos de operación,
donde la estación terrestre transmite en una polarización lineal
que es ortogonal a la polarización de la señal de balizamiento
recibida y en la misma polarización que esta última.
Applications Claiming Priority (1)
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