Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

12.5.1
Earth Station Investment Cost Elements
The major elements of a communications station were reviewed from a technical
standpoint in Chapter 9 and are illustrated in block diagram form in Figure 12.6.
The RF terminal provides the actual uplink and downlink paths to the satellite,
while the baseband equipment arranges the information (video, voice, audio, and
data channels) for efficient access. Interfacing of services with users is by way of
the terrestrial interface and tail (if required). Indicated at the bottom of the figure
are categories of expenses for monitor and control (e.g., network management),
power and utilities, as well as annual expenses for operations and maintenance.
Economic aspects of each of those sections are reviewed next.
12.5.1.1
RF Terminal
The two essential characteristics of the RF terminal are the transmit EIRP and the
receive figure of merit (G/T). Besides being the leading parameters in the uplink
and downlink, respectively, EIRP and G/T have a direct impact on the investment
Figure 12.6
Typical Earth station configuration that identifies the major elements of investment
and operations expense. Not shown is the physical building or other shelter arrange-
ment which likewise contribute to investment and operations expense.

---

12.5
Earth Station Economics
409
cost of the Earth station. In Figure 9.11, it is shown that the power output of the
HPA and the gain of the transmitting antenna combine with each other to produce
the specified value of EIRP. Figure 9.4 presents receive G/T as a function of the
antenna size and LNA noise temperature.
The relationship of performance to cost of those elements is highly nonlinear
and should be considered on a case-by-case basis using the most recent information
from equipment suppliers. For example, the investment cost of an antenna increases
at an increasing rate with diameter. Doubling the diameter from 3-m to 6-m
increases cost not by a factor of 2 but by more like a factor of 6. A Ku-band power
increase from 1W to 4W (within the typical range for low-cost SSPAs) may increase
cost only by a factor of 2. But increasing from 10W to 20W could increase cost
by a factor of 4. The use of a small antenna (with a relatively low value of gain)
could demand a relatively high HPA power output. On the other hand, increasing
the size of the antenna permits the use of a lower powered HPA at reduced cost.
There typically is an optimum point where the sum of HPA cost and antenna cost
is minimum. If that point occurs under the condition of a relatively large antenna,
there will be the benefit of improved receive gain and G/T as well. A nonoptimum
combination with a small antenna may be forced by the need to minimize the
physical size of the installation due to local zoning restrictions or the constraints
of a vehicle or aircraft. The upconverter and downconverter are essentially fixed
cost items not dependent on the RF performance of the station (except when high-
frequency accuracy or tracking ability are required).
A major factor in the cost of the RF terminal is the quantity of redundant
electronic equipment and the degree of automation with which it can be controlled.
In terms of overall network economics, the ultimate cost of outage of a critical
service could far outweigh the initial cost of providing sufficient redundancy.
Ignoring the antenna, a full set of redundancy (i.e., 100% or two-for-one backup)
more than doubles the investment cost in electronics. That usually is justified in a
major Earth station serving as a video uplink or hub in a network. A VSAT or
TVRO would have a single string of RF components (without redundancy) under
the assumption that failures are less likely with such low-power solid state electron-
ics, coupled with the likelihood that alternative means of communication and/or
rapid field service would be available in case of electronic failure.
12.5.1.2
Baseband Equipment
The modems, codecs, and compression and multiplex equipment that make up the
baseband section of an Earth station often represent a significant portion of the
investment and operation expense. Modern stations employ digital processing,
notably TDMA and packet data, providing significant flexibility in the manner in
which the station is used. On the other hand, digital technology is constantly
evolving, and few systems have been standardized (a notable exception is the DVB
standard, used for DTH television broadcasting). The result is that annual expenses
for baseband equipment are second only to RF. Trained maintenance personnel
must be close by to address technical problems when they occur. An Earth station
may be designed in such a way that the RF terminal can be retained even if the
baseband equipment is changed out. Also, baseband equipment, like computing

---

410
Satellite Systems Engineering and Economics
servers and other digital machines, tends to be sensitive to environmental conditions
like high temperature and humidity. In VSATs or TVROs, on the other hand, part
of the baseband portion may even be integrated into the RF terminal.
12.5.1.3
Terrestrial Interface and Tail
The cost of the tail is driven by the bandwidth characteristics and the distance
covered. Other important factors include the type of technology (e.g., fiber optic
or microwave radio), accessibility of installation sites, and cost of land or right-
of-way. Minimum cost goes along with tying the station directly to the user, which
is the concept behind the use of VSATs for private networks, TVROs for DTH
service, and portable terminals of all types. On the other hand, a major Earth
station can serve several users or user locations, requiring that local access or tail
facilities be included. If an extended distance is involved, the choice must be made
between renting the tail link from the local telephone company or installing a
private link or bypass. An example of this type of trade off is presented in Figure
9.16.
12.5.1.4
Monitor and Control
The traditional method of monitoring network performance is to rely on users to
complain when they experience problems. While that simple approach may have
worked in the early days of satellite communications, the expectations of today’s
users cannot be met without continuous monitoring and extensive maintenance
capabilities in the hands of the satellite operator or network service organization.
Having an automated system of monitor and control reduces or eliminates the
need for on-site maintenance or operations personnel. That clearly is preferred in a
large network where service delays and labor costs could be high. Such a specialized
network management capability raises the initial investment in the network. If not
incorporated in the beginning, an automated capability is extremely costly to add
because the electronic equipment at remote sites might not have been designed for
remote control and monitoring. Personnel at the centralized control site need to
be trained in network management. They should be able to dispatch resources to
expedite corrective actions once problems have been uncovered and isolated to a