Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 9.1
Major elements of an Earth station used to provide two-way digital communications
links.

---

9.1
Basic Earth Station Configuration
293
band processing and interface with the terrestrial tail. The specific configuration
of the baseband equipment depends on the modulation and multiple access method
employed (covered in Chapter 5). In Figure 9.1, baseband equipment consists of
digital modems and a time division multiplexer. Multiple lines interconnect those
facilities because there would be several independent data channels. Also, equipment
redundancy in some form could be included. The last electronic element of the
station is the terrestrial interface along with the terminal end of a tail connection
of some kind. Interfaces must be properly engineered and specified so that communi-
cation services can be carried over the satellite link without disrupting the operation
of the overall network. It is generally a good practice to standardize this interface
to something common like Ethernet or the T1/E1.
The tail connection itself would be composed of a fiber optic cable or microwave
link, extending to the point of service such as an office building, telephone switching
office, or television studio. Tail connections deserve more attention than they
usually get because they affect quality and reliability in a direct and significant
way. Poorly engineered or installed tails introduce noise, bit errors, and, in the
case of analog voice, echo. Furthermore, the high reliability of the satellite-to-Earth
station path is easily compromised by the susceptibility of buried cable tails to
breakage, deterioration, and electrical discharges (due to power line faults and
lightning). These remarks about the terrestrial interface and tail do not apply to
VSATs and UTs, because they typically are self-contained and may not need to
extend the interface to external devices (if they do, the interfaces again need to be
properly considered).
The power and the building facilities for the Earth station (analogous to the
bus of the spacecraft), often get overlooked but are important nevertheless. Prime
ac power for the station usually is obtained from the local electric utility company.
It is common to utilize battery backup for critical parts of a station that provide
vital communications service. To do that, a multiple sequence of ac-to-dc-to-ac
conversion is followed. For example, in a typical uninterruptable power system
(UPS), commercial power (or a diesel generator in the case of a remote installation)
is converted in a rectifier to dc and tied to a lead-acid battery system capable of
powering the essential electronics (called the critical load). Nonessential loads, like
office lighting and air conditioning, are not protected in this manner. In the event
of an outage, nonessential loads would be transferred to a generator.
The function of the UPS is available in a small package suitable for a VSAT-
type installation. It consists of the ac-dc-ac electronics conversion system plus
battery backup. A diesel generator is not appropriate because of the desire for
compactness and low cost. However, it would be entirely feasible to provide enough
backup battery power to supply the terminal for many hours. That usually is
sufficient time for commercial power to be restored or to connect a portable
emergency generator.
A properly engineered facility also provides heating and cooling to maintain
the equipment within its prescribed operating temperature and humidity range.
Electronic racks often are mounted on top of a raised floor (called computer
flooring) so that conditioned air can be conveniently fed from below; that also
allows cables and waveguides to be neatly routed between racks. When done
properly, a large Earth station facility looks attractive and allows easy and conve-

---

294
Earth Stations and Network Technology
nient maintenance of the electronic equipment. A small Earth station such as a
VSAT, on the other hand, can be treated like telephone or data processing equipment
installed in an office building. Building modifications may be needed to access the
outdoor RF terminal, often roof mounted, and reliable power with UPS provisions
may still be required.
Special consideration should be given here to the RF terminal, which often is
left outside in the elements. The RF equipment could be contained in a waterproof
box similar to the cabinets used by telephone companies for street installation. As
long as the door is closed, this type of container can withstand almost anything
nature can throw at it (except a massive earthquake or hurricane). The problem
can come if the equipment must be serviced during bad weather, particularly heavy
rainfall and wind. The high voltages and ac power that may exist in the box should
not be exposed to the elements or to unprotected human beings. The solution is
to utilize an equipment shelter large enough for the service person to work inside
and be protected from the weather. Also, at least two people should work on high-
voltage power supplies and amplifiers, with one person observing and ready to
disconnect the power in case of threat to life.
Monitoring and control (M&C) functions of an Earth station allow local and
remote control operation. M&C capabilities are advancing rapidly and involve
sophisticated networks of their own. Earth stations that incorporate routers and
TDMA require a centralized system of control to ensure that the proper channel
and data packet routing are established. That can be done once or twice daily
in a preprogrammed fashion or may be changed on user demand (i.e., demand
assignment). The operation and status of RF and baseband equipment also can be
determined, and in the event of failure, redundant equipment can be switched by
remote control. In principle, M&C is to an Earth station what TT&C is to the
satellite itself.